Ферментная инженерия
Открытый доступ

Абстрактный

Окислительный стресс у растений в условиях засухи и роль различных ферментов

Леонора Мансур Маттос, Селсо Луис Моретти

Влияние стрессов засухи на метаболизм растений может быть прямым или вторичным. Окислительный стресс вызывается широким спектром биотических и абиотических стрессов, включая УФ-излучение, вторжение патогенов (реакция гиперчувствительности), действие гербицидов, нехватку кислорода и другие. Засуха и солевой стресс обычно приводят к образованию реагирующих форм кислорода (ROS), таких как перекись водорода (H2O2) и супероксид (O2 ·–), которые производятся в ряде клеточных реакций, включая катализируемую железом реакцию Фентона, и различными ферментами, такими как липоксигеназы, пероксидазы, НАДФН-оксидаза и ксантиноксидаза. Для контроля уровня ROS в условиях стресса ткани растений содержат ряд ферментов-поглотителей ROS. Основными клеточным компонентами, восприимчивыми к повреждению свободными радикалами, являются липиды (перекисное окисление ненасыщенных жирных кислот в мембранах), белки и ферменты (денатурация), углеводы и нуклеиновые кислоты. Баланс углерода растений в период стресса соли/воды и последующего восстановления может зависеть как от скорости и степени восстановления фотосинтеза, так и от степени и скорости снижения фотосинтеза при уменьшении количества воды. Текущие знания о физиологических ограничениях восстановления фотосинтеза после различной интенсивности стресса воды и соли все еще скудны. Из большого количества данных, доступных по исследованиям транскрипт-профилирования у растений, подвергшихся засухе, становится очевидным, что растения воспринимают и реагируют на эти стрессы, быстро изменяя экспрессию генов параллельно с физиологическими и биохимическими изменениями; это происходит даже в условиях слабого и умеренного стресса. Из недавнего комплексного исследования, сравнивающего стресс соли и засухи, очевидно, что оба стресса привели к снижению регуляции некоторых генов фотосинтеза, причем большинство изменений были небольшими, возможно, отражающими легкий вызванный стресс. Засуха и солевой стресс являются серьезными проблемами для человечества. Использование различных стратегий, а именно генной и ферментной инженерии, может способствовать смягчению связанных с ними окислительных стрессов. Регулирование экспрессии генов, кодирующих определенные белки и ферменты, может привести к устойчивости к засухе и соли. Различные генотипы сельскохозяйственных культур, такие как сахарный тростник, соя и пшеница, уже были разработаны для устойчивости к засухе. Генотипы пшеницы показали изменения в антиоксидантных ферментах, а также в ферментах, связанных с метаболизмом углерода. Эти важные стратегии станут жизненно важным инструментом в стремлении смягчить будущие проблемы Земли, касающиеся продовольствия, энергии и окружающей среды. Настоящий обзор сосредоточен на окислительных стрессах, связанных с засухой и солевыми условиями, и рассматривает метаболомику, вовлеченную в такие ограничения.