ACCUMULATION OF DEHYDRINS IN SIBERIAN STONE PINE NEEDLES IN THE CONDITIONS OF THE HIGH-ALTITUDE ZONE OF THE WESTERN SAYAN

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Current climate change has a significant impact on the functioning of forest ecosystems. For mountainous areas, it is typical for undergrowth to colonize new territories. An urgent task in the observed conditions is to study the adaptation mechanisms of dominant trees. The object of the study was Siberian stone pine trees ( Pinus sibirica Du Tour) of the second age class, growing in the conditions of the altitudinal zonation of the Western Sayan. Important biochemical factors of resistance to stress associated with moisture loss include the synthesis of hydrophilic proteins. For the first time for this species, the features of accumulation of stress proteins-dehydrins (dhn) in needles during the transition to winter dormancy in conditions of altitudinal zonation were studied. It was found that open habitats of Siberian pine growing above the forest line are characterized by a reliable increase in the accumulation of dhn 65 kD in needles. In the studied areas, significant differences in the accumulation of stress protein in individual trees were recorded. The trees most resistant to climatogenic stress were identified as the most promising for obtaining seeds and reproducing forests under climate change conditions. The results obtained suggest the possibility of using the definition of dhn in needles, in combination with other parameters, to develop a comprehensive approach to identifying resistant and productive trees.

About the authors

I. G. Gette

Siberian Federal University

Author for correspondence.
Email: igette@sfu-kras.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation

N. V. Pakharkova

Siberian Federal University

Email: npakharkova@sfu-kras.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation

N. E. Korotaeva

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Email: knev73@yandex.ru
Irkutsk, Russian Federation

References

  1. Азаркович М. И. Дегидрины в ортодоксальных и рекальцитрантных семенах // Физиол. раст. 2020. Т. 67. № 2. С. 130-140.
  2. Алексеев В. М., Константинов А. В., Бурцев Д. С. Реакция лесов на изменение климата // Инновации и технологии в лесном хозяйствеве - 2013: Материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, СПбНИИЛХ, 22-24 мая 2013 г. СПб.: СПбНИИЛХ, 2013. Ч. 1. С. 26-34.
  3. Коротаева Н. Е., Иванова М. В., Суворова Г. Г., Боровский Г. Б. Дегидрины в адаптации сосны обыкновенной и ели сибирской к условиям произрастания в период вегетации // Сиб. лесн. журн. 2020. № 6. С. 54-63.
  4. Коротаева Н. Е., Шмаков В. Н., Молдавска С. Э. Влияние водного дефицита на накопление дегидринов в клетках каллусной культуры сосны обыкновенной // ИВУЗ. Прикл. хим. и биотехнол. 2023. Т. 13. № 4. С. 519-587.
  5. Пахарькова Н. В., Кузьмина Н. А., Кузнецова Г. В., Кузьмин С. Р. Диагностика устойчивости представителей рода Pinus к периодическим повышениям температуры в зимне-весенний период // Изв. СПбЛТА. 2019. № 227. С. 88-106.
  6. Пахарькова Н. В. Гаевский Н. А., Гетте И. Г. Параметры фотосинтетического аппарата Pinus sibirica в фенотипировании деревьев в условиях высотной поясности Западного Саяна // Журн. СФУ. Биол. 2024а. № 17 (2). С. 119-133.
  7. Пахарькова Н. В., Масенцова И. В., Гетте И. Г., Позднякова Е. Е., Калабина А. А. Фотосинтетический аппарат хвои сосны сибирской кедровой в период выхода из состояния зимнего покоя в условиях высотной поясности Западного Саяна // Сиб. лесн. журн. 2024б. № 2. С. 41-49.
  8. Петров И. А., Харук В. И. Двинская М. Л., Им С. Т. Реакция хвойных экотона альпийской лесотундры Кузнецкого Алатау на изменение климата // Сиб. экол. журн. 2015. № 4. С. 518-527.
  9. Петров И. А., Шушпанов А. С., Голюков А. С., Двинская М. Л., Харук В. И. Динамика древесно-кустарниковой растительности в горной лесотундре Восточного Саяна // Экология. 2021. № 5. С. 372-379.
  10. Погода и климат, 2025. http://www.pogodaiklimat.ru/climate/29974.htm
  11. Природный парк «Ергаки». Климат, 2025. https://www.ergaki-park.ru/about/klimat/
  12. Прожерина Н. А., Наквасина Е. Н. Изменение климата и его влияние на адаптацию и внутривидовую изменчивость хвойных пород Европейского Севера России // ИВУЗ. Лесн. журн. 2021. № 2. С. 9-25.
  13. Сергиенко В. Г. Динамика границ лесорастительных зон России в условиях изменения климата // Тр. СПбНИИЛХ. 2015. № 1. С. 5-19.
  14. Татаринова Т. Д., Перк А. А., Пономарев А. Г., Васильева И. В. Особенности стрессовых белков-дегидринов березы Betula L. в условиях криолитозоны // Сиб. лесн. журн. 2020. № 2. С. 21-30.
  15. Татаринова Т. Д., Перк А. А., Пономарев А. Г., Васильева И. В. Связь дегидринов с адаптацией лиственницы Каяндера к условиям криолитозоны Якутии // Физиол. раст. 2023. Т. 70. № 5. С. 537-546.
  16. Усольцев В. А. Продуктивность ассимиляционного аппарата лесообразующих видов в климатических градиентах Евразии // Сиб. лесн. журн. 2017. № 4. С. 52-65.
  17. Юзбеков А. К. Сезонная динамика фотосинтетической продуктивности ели европейской в лесных сообществах Валдая // Экол. мониторинг и моделирование экосист. 2022. Т. 33. № 3-4. С. 37-51.
  18. Azarkovich M. I. Dehydrins in orthodox and recalcitrant seeds // Rus. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. Iss. 2. P. 221-230 (Original Rus. Text © M. I. Azarkovich, 2020, publ. in Fiziologiya rasteniy. 2020. N. 2. Р. 130-140).
  19. Aziz M., Sabeem M., Mullath S. K., Brini F., Masmoudi K. Plant group II LEA proteins: Intrinsically disordered structure for multiple functions in response to environmental stresses // Biomolecules. 2021. V. 11. Iss. 11. Article 1662. 27 p.
  20. Aitken S. N., Yeaman S., Holliday J. A., Wang T., Curtis-McLane S. Adaptation, migration or extirpation: climate change outcomes for tree populations // Evol. Appl. 2008. V. 1. Iss. 1. P. 95-111.
  21. Colmer T. D., Flowers T. J., Munns R. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat // J. Exp. Bot. 2006. V. 57. Iss. 5. P. 1059-1078.
  22. Harsch M. A. Hulme P. E., McGlone M. S., Dunca R. P. Are treelines advancing? A global meta-analysis of treeline response to climate warming // Ecol. Lett. 2009. V. 12. Iss. 10. P. 1040-1049.
  23. Kartashov A. V, Zlobin I. E., Pashkovskiy P. P., Pojidaeva E. S., Ivanov Y. V., Mamaeva A. S., Fesenko I. A., Kuznetsov V. V. Quantitative analysis of dierential dehydrin regulation in pine and spruce seedlings under water de cit // Plant Physiol. Biochem. 2021. V. 162. P. 237-246.
  24. Kharuk V. I., Im S. T., Dvinskaya M. L. Forest-tundra ecotone response to climate change in the Western Sayan Mountains, Siberia // Scand. J. For. Res. 2010. V. 25. Iss. 3. P. 224-233.
  25. Kharuk V. I., Im S. T., Petrov I. A. Alpine ecotone in the Siberian mountains: vegetation response to warming // J. Mount. Sci. 2021. V. 18. Iss. 12. P. 3099-3108.
  26. Kharuk V. I., Petrov I. A., Golyukov A. S., Im S. T., Shushpanov A. S. Mountain taiga in a warming climate: Contrast of Siberian Pine growth along an elevation gradient // Forests. 2024. V. 15. Iss. 1. Article 50. 13 p.
  27. Kjellsen T. D., Yakovlev I. A., Fossdal C. G., Strimbeck G. R. Dehydrin accumulation and extreme low-temperature tolerance in Siberian spruce (Picea obovata) // Tree Physiol. 2013. V. 33. Iss. 12. P. 1354-1366.
  28. Kosová K., Vítámvás P., Prášil I. T. Wheat and barley dehydrins under cold, drought, and salinity - what can LEA-II proteins tell us about plant stress response? // Front. Plant Sci. 2014. V. 5. Article 343.
  29. Korotaeva N. E., Oskorbina M. V., Kopytova L. D., Suvorova G. G., Borovskii G. B., Voinikov V. K. Variations in the content of stress proteins in the needles of common pine (Pinus sylvestris L.) within an annual cycle // J. For. Res. 2012. V. 17. Iss. 1. P. 89-97.
  30. Korotaeva N., Romanenko A., Suvorova G., Ivanova M., Lomovatskaya L., Borovskii G., Voinikov V. Seasonal changes in the content of dehydrins in mesophyll cells of common pine needles // Photosynth. Res. 2015. V. 124. Iss. 2. P. 159-169.
  31. Larcher W., Kainmüller C., Wagner J. Survival types of high mountain plants under extreme temperatures // Flora: Morphol., Distribut., Funct. Ecol. Plants. 2010. V. 205. Iss. 1. P. 3-18.
  32. Neuner G., Huber B., Plangger A., Pohlin J.-M., Walde J. Low temperatures at higher elevations require plants to exhibit increased freezing resistance throughout the summer months // Environ. Exp. Bot. 2020. V. 169. Article 103882.
  33. Petrov I. A., Kharuk V. I., Dvinskaya M. L., Im S. T. Reaction of coniferous trees in the Kuznetsk Alatau alpine forest-tundra ecotone to climate change // Contemp. Probl. Ecol. 2015. V. 8. Iss. 4. P. 423-430 (Original Rus. Text © I. A. Petrov, V. I. Kharuk, M. L. Dvinskaya, S. T. Im, 2015, publ. in Sib. Ekol. Zhurn. 2015. N. 4. P. 518-527).
  34. Petrov I. A., Shushpanov A. S., Golyukov A. S., Dvinskaya M. L., Kharuk V. I. Dynamics of tree and shrub vegetation in the eastern Sayan mountain tundra) // Rus. J. Ecol. 2021. V. 52. Iss. 5. P. 399-405 (Original Rus. Text © Petrov I. A., Shushpanov A. S., Golyukov A. S., Dvinskaya M. L., Kharuk V. I., 2021, publ. in Ekologiya. 2021. N. 5. Р. 372-379).
  35. Perdiguero P., Barbero M. C., Cervera M. T., Soto A., Collada C. Novel conserved segments are associated with differential expression patterns for Pinaceae dehydrins // Planta. 2012. V. 236. Iss. 6. P. 1863-1874.
  36. Riyazuddin R., Nisha N., Singh K., Verma R., Gupta R. Involvement of dehydrin proteins in mitigating the negative effects of drought stress in plants // Plant Cell Rep. 2022. V. 41. Iss. 2. P. 519-533.
  37. Rosbakh S., Hartig F., Sandanov D. V., Bukharova E. V., Miller T. K., Primack R. B. Siberian plants shift their phenology in response to climate change // Glob. Change Biol. 2021. V. 27. Iss. 18. P. 4435-4448.
  38. Scheller H. V., Haldrup A. Photoinhibition of photosystem I // Planta. 2005. V. 221. Iss. 1. P. 5-8.
  39. Sena J. S., Giguère I., Rigault P., Bousquet J., Mackay J. Expansion of the dehydrin gene family in the Pinaceae is associated with considerable structural diversity and drought-responsive expression // Tree Physiol. 2018. V. 38. Iss. 3. P. 442-456.
  40. Singh S. Understanding the role of slope aspect in shaping the vegetation attributes and soil properties in Montane ecosystems // Tropical Ecol. 2018. V. 59. Iss. 3. P. 417-430.
  41. Tatarinova T. D., Perk A. A., Ponomarev A. G., Vasil’eva I. V. Relationship between dehydrins and adaptation of Cayander larch to Yakutia cryolithozone conditions // Rus. J. Plant Physiol. 2023. V. 70. Article 99 (Original Rus. Text © T. D. Tatarinova, A. A. Perk, A. G. Ponomarev, I. V. Vasil’eva, 2023, publ. in Fiziol. rast. 2023. V. 70. N. 5. Р. 537-546).
  42. Tchebakova N. M., Parfenova E. I., Soja A. J. Climate change and climate-induced hot spots in forest shifts in central Siberia from observed data // Reg. Environ. Change. 2011. V. 11. Iss. 4. P. 817-827.
  43. Tchebakova N. M., Parfenova E. I., Bazhina E. V., Soja A. J., Groisman P. Y. Droughts are not the likely primary cause for Abies sibirica and Pinus sibirica forest dieback in the south Siberian mountains // Forests. 2022. V. 13. Iss. 9. Article 1378. 19 p.
  44. Velasco-Conde T., Yakovlev I., Majada J. P., Aranda I., Johnsen Ø. Dehydrins in maritime pine (Pinus pinaster) and their expression related to drought stress response // Tree Genet. Genom. 2012. V. 8. Iss. 5. P. 957-973.
  45. Vuosku J., Martz F., Hallikainen V., Rautio P. Changing winter climate and snow conditions induce various transcriptional stress responses in Scots pine seedlings // Front. Plant Sci. 2022. V. 13. Article 1050903.
  46. Welling A., Rinne P., Viherä-Aarnio A., Kontunen-Soppela S., Heino P., Palva E. T. Photoperiod and temperature differentially regulate the expression of two dehydrin genes during overwintering of birch (Betula pubescens Ehrh.) // J. Exp. Bot. 2004. V. 55. Iss. 396. P. 507-516.
  47. Yakovlev I. A., Asante D. K. A., Fossdal C. G., Partanen J., Junttila O., Johnsen Ø. Dehydrins expression related to timing of bud burst in Norway spruce // Planta. 2008. V. 228. Iss. 3. P. 459-472.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».