Influence of γ-irradiation on the expression of encoding ABA metabolism enzymes in barley embryos

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Small doses of radiation stimulate the growth and development of plants including seed germination. ABA plays a key role not only in seed dormancy and germination but also in the regulation of adaptive reactions of plants.

The aim of our work was to study the effect of γ-irradiation of barley seeds in a small doses on the expression of genes encoding ABA biosynthesis enzyme 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (HvNCED1) and catabolism enzyme ABA 8’-hydroxylase (HvABA8’OH-1).

Materials and Methods. The barley seeds were irradiated at dose range of 4–50 Gy at a dose rate of 60 Gy/h, the radiation source was 60Co. The study was carried out in the embryos within the first 30 hours after germination. Relative gene expression was investigated using real-time PCR (RT-PCR).

Results. It was shown that γ-irradiation of barley seeds changes the expression of ABA biosynthesis and catabolism genes in all experimental groups.

Conclusion. This alterations can lead to a decrease the ABA content under irradiation with stimulating doses and increase the biosynthesis of phytohormone under irradiation with inhibitory dose.

About the authors

Sofia V. Bitarishvili

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Author for correspondence.
Email: bitarishvili.s@gmail.com

Jr Researcher, Laboratory of Radiobiology and Ecotoxicology of Plants

Russian Federation, 109 km, Kievskoe shosse, Kaluga region, Obninsk, 249032

Vladimir S. Bondarenko

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: bvs79@mail.ru

PhD, Leading Researcher, Laboratory for the Study of the Effects of Agrocenoses Exposure to Non-ionizing Radiation

Russian Federation, 109 km, Kievskoe shosse, Kaluga region, Obninsk, 249032

Stanislav A. Geras’kin

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: stgeraskin@gmail.com

Doctor of Science, Professor, Head of the Laboratory of Radiobiology and Ecotoxicology of Plants

Russian Federation, 109 km, Kievskoe shosse, Kaluga region, Obninsk, 249032

References

  1. Finkelstein R. Abscisic Acid synthesis and response. Arabidopsis Book. 2013;11:e0166. doi: 10.1199/tab.0166.
  2. Christmann A, Weiler EW, Steudle E, Grill E. A hydraulic signal in root-to-shoot signalling of water shortage. Plant J. 2007;52(1):167-174. doi: 10.1111/j.1365-313X.2007.03234.x.
  3. Deborah V, Malone RP, Dix PJ. Increased tolerance to abiotic stress in tobacco plants expressing a barley cell wall peroxidase. J Plant Sci. 2011;6(1):1-13. doi: 10.3923/jps.2011.1.13.
  4. Козьмин Г.В., Гераськин С.А., Санжарова Н.И. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. – Обнинск: ВНИИРАЭ, 2015. [Koz’min GV, Geras’kin SA, Sanzharova NI. Radiatsionnye tekhnologii v sel’skom khozyaystve i pishchevoy promyshlennosti. Obninsk: VNIIRAE; 2015. (In Russ.)]
  5. Битаришвили С.В., Волкова П.Ю., Гераськин С.А. Влияние γ-облучения семян на фитогормональный статус проростков ячменя // Физиология растений. – 2018. – Т. 65. – № 3. – С. 223–231. [Bitarishvili SV, Volkova PY, Geras’kin SA. γ-Irradiation of Barley Seeds and Its Effect on the Phytohormonal Status of Seedlings. Fiziologiia Rastenii. 2018;65(3):223-231. (In Russ.)]. doi: 10.7868/S0015330318030065.
  6. Nambara E, Marion-Poll A. Abscisic acid biosynthesis and catabolism. Annu Rev Plant Biol. 2005;56:165-185. doi: 10.1146/annurev.arplant.56.032604.144046.
  7. Tuan PA, Kumar R, Rehal PK, et al. Molecular Mechanisms Underlying Abscisic Acid/Gibberellin Balance in the Control of Seed Dormancy and Germination in Cereals. Front Plant Sci. 2018;9:668. doi: 10.3389/fpls.2018.00668.
  8. ГОСТ 12038_84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Межгосударственный стандарт. Стандарты на методы контроля. – М., 2002. [GOST 12038_84. Semena sel’skokhozyaystvennykh kul’tur. Metody opredeleniya vskhozhesti. Mezhgosudarstvennyy standart. Standarty na metody kontrolya. (In Russ.)]
  9. Millar AA, Jacobsen JV, Ross JJ, et al. Seed dormancy and ABA metabolism in Arabidopsis and barley: the role of ABA 8’-hydroxylase. Plant J. 2006;45(6): 942-54. doi: 10.1111/j.1365-313X.2006.02659.x.
  10. Bahin E, Bailly C, Sotta B, et al. Crosstalk between reactive oxygen species and hormonal signalling pathways regulates grain dormancy in barley. Plant Cell Environ. 2011; 34:980-993. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02298.x.
  11. Jarosova J, Kundu JK. Validation of reference genes as internal control for studying viral infections in cereals by quantitative real-time RT-PCR. BMC Plant Biol. 2010;10:146. doi: 10.1186/1471-2229-10-146.
  12. Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT Method. Methods. 2001;25:402-408. doi: 10.1006/meth.2001.1262.
  13. Гераськин С.А., Чурюкин Р.С., Казакова Е.А. Модификация развития ячменя на ранних этапах онтогенеза при воздействии γ-облучения на семена // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2015. – Т. 55. – № 6. – С. 607–615. [Geras’kin SA, Chu rukin RS, Kazakova EA. Modification of Barley Development at Early Stages after Exposure of Seeds to γ-Irradiation dification of Barley Development at Early Stages after Exposure of Seeds to γ-Irradiation. Radiation biology, radioecology. 2015;55(6):607-615. (In Russ.)]. doi: 10.7868/S0869803115060065.
  14. Волкова П.Ю., Чурюкин Р.С., Гераськин С.А. Влияние γ-облучения семян на активность ферментов в проростках ячменя // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2016. – Т. 56. – № 2. – С. 1–7. [Volkova PY, Churyukin RS, Geras’kin SA. Influence of γ-Irradiated Seeds on the Enzyme Activity in Barley Seedlings. Radiation biology, radioeco logy. 2016;56(2):1-7. (In Russ.)]. doi: 10.7868/S0869803116020144.
  15. Esnault MA, Legue F, Chenal C. Ionizing radiation: advances in plant response. Environ Exp Bot. 2010;68(3):231-7. doi: 10.1016/j.envexpbot.2010.01.007.
  16. Huang GT, Ma SL, Bai LP, et al. Signal transduction during cold, salt, and drought stresses in plants. Mol Biol Rep. 2012;39:969-987. doi: 10.1007/s11033-011-0823-1.
  17. Ishibashi Y, Aoki N, Kasa M, et al. The interrelationship between abscisic acid and reactive oxygen species plays a key role in barley seed dormancy and germination. Front Plant Sci. 2017;8:275. doi: 10.3389/fpls.2017.00275.
  18. Ishibashi Y, Kasa S, Sakamoto N, et al. A role for reactive oxygen species produced by NADPH oxidases in the embryo and aleurone cells in barley seed germination. PLoS One. 2015;10(11): e0143173. doi: 10.1371/journal.pone.0143173.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Transcriptional activity of the gene HvNCED1 encoding the ABA biosynthesis enzyme in embryos depending on the dose of seed irradiation and incubation time in rolls with distilled water. 0 – no detection; *differences are statistically significant compared to control values, p < 0.05, Mann-Whitney U-test

Download (49KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Transcriptional activity of the gene HvABA8’OH-1 encoding the ABA catabolism enzyme in embryos depending on the dose of seed irradiation and incubation time in rolls with distilled water. * differences are statistically significant compared to control values, p < 0.05, Mann-Whitney U-test

Download (43KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2018 Bitarishvili S.V., Bondarenko V.S., Geras’kin S.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


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».