Участие агглютинина зародыша пшеницы в формировании устойчивости пшеницы к токсическому действию кадмия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.05, кандидат наук Мурзабаев, Альберт Рустемович

• Мурзабаев, Альберт Рустемович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Мурзабаев, Альберт Рустемович

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ б

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. АЗП как представитель лектинов злаковых

1.1.1. Общие сведения о лектинах

1.2.2. Структура и физико-химические свойства АЗП

1.1.3. Функции АЗП

1.1.3.1. Участие АЗП в гормональной регуляции ростовых процессов

растений пшеницы

1.1.3.2. Участие АЗП в формировании ассоциативных 15 взаимоотношений пшеницы с азотфиксирующими бактериями

1.1.3.3. Защитные функции АЗП

1.1.3.4. Участие АЗП в ответе пшеницы на абиотический стресс 18 1.2. Защитные механизмы растений в ответ на действие токсических

ионов кадмия

1.2.1. Проникновение кадмия и его распределение в органах и тканях 21 растений

1.2.2. Механизмы токсического действия кадмия на растения

1.2.3. Сигналинг 29 1.2.4 Регуляция гомеостаза

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 3

2.1. Объект исследования

2.2. Постановка опытов при воздействии ацетата кадмия

2.3. Определение митотического индекса в клетках зоны меристемы 38 корней пшеницы

2.4. Определение содержание свободных фитогормонов и АЗП 38 2.4.1. Экстрагирование фитогормонов и лектина из одной

растительной навески

2.4.2. Метод ИФА для оценки содержания лектина и фитогормонов

2.5. Иммунолокализация АБК и АЗП

2.6. Локализация кадмия в клеточных стенках тканей корней растений

2.7. Отложение лигнина в клеточных стенках

2.8. Определение концентрации кадмия

2.9. Определение концентрации активных форм кислорода

2.10. Определение активности супероксиддисмутазы

2.11. Определение активности пероксидазы

2.12. Оценка гистохимического распределения Н202 и пероксидазы

2.13. Определение содержания малонового диальдегида

2.14. Выделение и очистка РНК из растений

2.15. Полимеразная цепная реакция

2.16. Реакция обратной транскрипции РНК и полуколичественный 47 анализ транскрипции генов

2.17. Электрофорез фрагментов ДНК в агарозном геле 47 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Влияние ацетата кадмия на рост и гормональный статус проростков 49 пшеницы и количественный уровень АЗП в них

Рост

Гормональный статус

Экспрессия АЗП в корнях проростков пшеницы

Экскреция лектина в наружную среду

3.2. Проявления защитного действия АЗП на растения пшеницы в 63 условиях кадмиевого стресса

3.2.1. Влияние предобработки АЗП на рост и гормональный статус 63 растений пшеницы при стрессе

3.2.2. Ко-иммунолокализация АЗП и АБК в тканях корней 4-сут 69 проростков пшеницы, подвергнутых воздействию кадмия

3.2.3. Влияние предобработки АЗП на состояние про- 71 /антиоксидантного статуса проростков при кадмиевом стрессе

3.2.4. Влияния АЗП на отложение лигнина в базальной части корней в 76 условиях кадмиевого стресса и распределение токсических ионов по тканям

3.3. Вклад АЗП в индуцированной салициловой кислотой устойчивости 82 пшеницы к токсическому действию ионов кадмия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

93

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

98

99

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

С 1с N Ас — Л^-ацетил-£>-глюкозамин

АБК - абсцизовая кислота

АЗП - агглютинин зародыша пшеницы

АФК - активные формы кислорода

ГК — гибберелловая кислота

ИУК - индолилуксусная кислота

ИФА - иммуноферментный анализ

МДА - малоновый диальдегид

МИ — митотический индекс

НСТ - нитросиний тетразолий

ОФД - ортофенилендиамин

ТМ — тяжелые металлы

ПОЛ - перекисное окисление липидов

СК — салициловая кислота

СОД - супероксиддисмутаза

ФМС - феназинметасульфат

ФТ — фосфатный буфер с твин-20

ЦК — цитокинины

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Участие агглютинина зародыша пшеницы в формировании устойчивости пшеницы к токсическому действию кадмия»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Растительный организм в связи с прикрепленностыо к месту обитания вынужден приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды и развивать широкий спектр защитных реакций, лежащих в основе адаптации к ним, что требует координации функционирования в растениях эффективных систем регуляции метаболической активности клеток. Известно, что первоочередную роль в формировании адаптации растений к неблагоприятным факторам играет гормональная система, которая чутко реагирует на малейшие изменения условий произрастания (Шакирова, 2001; Shakirova et al., 2010). К универсальным ответным реакциям на стрессовые факторы относится накопление АБК, которой отводится ключевая роль в индукции экспрессии генов многих стрессовых, а также присущих норме белков, задействованных в защите растений (Roychoudhury et al., 2013). К таковым, в частности, относится ген, кодирующий агглютинин зародыша пшеницы (АЗП) (Skriver, Mundy, 1990), типичный представитель лектинов злаков, интенсивный синтез и аккумуляция которого наблюдается не только в зародышах в период обезвоживания семян, но и в вегетирующих растениях при воздействии стрессовых факторов биотической и абиотической природы (Cammue et al., 1989; Raikhel, Lee, 1993; Антонюк, Евсеева, 2006; Шакирова, Безрукова 2007; Бабоша, 2008; Jiang et al., 2010).

В связи с ростом техногенного загрязнения среды остро встала проблема исследования молекулярных механизмов устойчивости растений к тяжелым металлам (ТМ), что необходимо для целенаправленного управления этим процессом. В ряду ТМ кадмий рассматривают в качестве наиболее токсичного элемента. Как известно, кадмий, не выполняет в растениях биологических функций, вместе с тем, воздействие его ионов вызывает в растениях окислительный стресс и обезвоживание, что приводит к нарушению протекания важнейших физиолого-биохимических процессов, лежащих в основе роста и развития растений (Серегин, Иванов, 2001; Polle, Schutzendubel, 2003; DalCorso et al., 2008; Gallego et al., 2012). В целом это отражается в торможении ростовых процессов растений, уменьшении урожая и ухудшению его качества (Холодова и др., 2005; Azevedo et al., 2012). Поскольку кадмий вызывает в растениях накопление АБК (Polle, Schutzendubel, 2003; Hsu, Као, 2005), можно было ожидать участия АЗП в АБК-контролируемых защитных реакциях пшеницы в

ответ на кадмиевый стресс. Преимущественным местом синтеза и накопления АЗП в проростках являются меристематические ткани корней, из которых он экскретируется в наружную среду, что дает основание предполагать вовлечение этого лектина в защиту пшеницы от токсического действия кадмия. Цель н задачи исследований. Цель работы состояла в выяснении механизмов регуляции защитного действия АЗП на растения пшеницы в условиях токсического действия ацетата кадмия. Для достижения цели были поставлены следующие задачи.

1) С использованием ингибитора синтеза АБК флуридона выявить роль эндогенной АБК в регуляции вызываемых 1 мМ ацетатом кадмия изменений в:

а) транскрипционной активности гена АЗП в корнях;

б) концентрации АЗП в корнях;

в) интенсивности экскреции лектина в окружающую среду.

2) Выявить иммуногистохимическое распределение АЗП и АБК в подвергнутых воздействию ионов кадмия корнях проростков пшеницы.

3) Исследовать влияние АЗП на про- и антиоксидантный статус растений пшеницы в условиях кадмиевого стресса.

4) Изучить динамику отложения лигнина в клеточных стенках корней пшеницы в условиях кадмиевого стресса и выявить участие экзогенного АЗП в этом процессе.

5) Оценить вклад АЗП в проявление протекторного действия салициловой кислоты на деление клеток корней проростков пшеницы в присутствии или отсутствие флуридона.

Научная новизна. Впервые продемонстрирована индукция экспрессии АЗП в корнях проростков пшеницы в ответ на обработку ацетатом кадмия и ключевая роль эндогенной АБК в регуляции этого процесса. Получены приоритетные данные о ко-иммунолокализации АБК и АЗП на поперечных срезах корней пшеницы в условиях кадмиевого стресса. Выявлена способность экзогенного АЗП сбалансировано активировать про-/антиоксидантную системы в корнях проростков, задействованных в усилении отложения лигнина в клеточных стенках и укрепление их барьерных свойств, что вносит важный вклад в торможение проникновения кадмия в корни предобработанных АЗП растений и отражается в существенном уменьшении уровня кадмий-индуцированной продукции АФК и, соответственно, снижении активности антиоксидантных ферментов и

поддержании интенсивности ростовых процессов растений при стрессе на уровне близком контролю. Выявлено участие АЗП в проявлении защитного действия салициловой кислоты (СК) на растения пшеницы в условиях кадмиевого стресса. Практическая значимость. Учитывая свойство АЗП экскретироваться в окружающую корни внешнюю среду и выявленную в работе его способность тормозить продвижение ионов кадмия по растению, АЗП может вносить свой вклад в улучшение качества урожая пшеницы. Совокупность полученных результатов свидетельствуют о разнообразии проявлений протекторных свойств АЗП, имеющих большое значение в формировании устойчивости пшеницы как основной хлебной культуры страны, что дополняет и расширяет знания об естественных механизмах устойчивости растений.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. АЗП как представитель лектинов злаковых

1.1.1. Общие сведения о лектннах

Лектины - это группа белков не иммуноглобулиновой природы, обладающие способностью не каталитически высокоспецифично и обратимо связываться с углеводными лигандами, разнообразные по структуре и функциям встречающиеся во всех живых организмах. За время изучения растительных лектинов было сделано множество попыток их классификации в зависимости от таких показателей, как: количество углеводсвязывающих доменов, специфичность связывания определенных углеводов, трехмерная структура, серологические свойства, сходство кодирующих ДНК-последовательностей и их эволюционное родство, доменные структуры и филогенетическое положение, а также другие свойства и особенности (Jiang et al., 2010). При этом предпринимаются попытки уточнения и совершенствования существующих классификаций лектинов (Fujimoto et al., 2014).

В растительном организме лектины выполняют самые различные функции. Они могут служить в качестве запасных белков, принимать участие в транспортировке Сахаров, гормонов и некоторых других соединений, участвовать в регуляции роста и развития растений и созревания семян и плодов, осуществлять защитную функцию в отношении как биотических, так и абиотических стрессовых факторов, а также являться важными компонентами развития симбиотических отношений между растениями и микроорганизмами (Антонюк, Игнатов, 2001; Шакирова, Безрукова, 2007; Бабоша, 2008; Kovalchuk et. al, 2012). Таким образом, лектины, вовлекаются практически во все процессы жизнедеятельности растений в ходе всего онтогенеза.

Строения и функции фитолектинов изучаются уже более ста лет и за это время накоплено большое количество данных, суммированных в довольно большом количестве статей и обзоров (Van Damme et al., 2008; De Hoff et al.,

2009; Kovalchuk et al., 2012). В данном разделе мы постараемся уделить большее внимание агглютинину зародыша пшеницы (АЗП), являющимся типичным представителем лектинов злаков.

1.1.2. Структура и физико-химические свойства АЗП

АЗП представляет собой димерный термостабильный белок со средней молекулярной массой одной субъединицы 18 кДа. Этот лектин, обладает большим содержанием глицина и цистеина (23% и 18% соответственно), кроме того, отличается высоким сродством к 1Ч-ацетил-0-глюкозамину (GlcNAc) и N-ацетил-D-нейраминовой кислоте (NeuNAc) и принадлежит семейству хитин-связывающих белков, содержащих гевеин-подобный домен (Schwefel et al., 2010). АЗП не имеет металлсвязывающих центров (Nagata, Burger, 1974) и не гликозилирован (Allen et al., 1973). Стабильность в широком диапазоне рН и температуры АЗП, вероятно, определятся большим количеством дисульфидных мостиков. Трехмерная структура АЗП представляет собой димер, состоящий из двух мономеров, связанных нековалентными связями, каждый из которых имеет по 4 домена (Al, Bl, CI hDI у мономера I и А2, В2, С2 и D2 у мономера И), состоящих из 43 аминокислотных остатков (рис. 1). За исключением очень короткой а-спирали из 5 аминокислотных остатков все домены не имеют вторичной структуры и состоят в основном из витков и изгибов. Расположение доменов осуществляется по принципу «голова к хвосту», таким образом, что получаются пары A1-D2, С1-В2, В1-С2, D1-A2. Одна пара формирует одни углеводсвязывающий сайт, а каждый домен образует одну а-спираль и четыре дисульфидных мостика, таким образом, 32 дисульфидных мостика стабилизируют структуру белка (Van Damme et al., 1998). Примечательно, что все восемь углевод-связывающих сайтов димера АЗП могут функционировать независимо и одновременно (рис. 2) (Schwefel et al., 2010).

Субъединицы АЗП синтезируются в виде препробелка с М.м. 21 кДа на шероховатой эндоплазматической сети и котрансляционно транспортируется в просвет ЭПС (Mansfield et al., 1988). После удаления сигнальной последовательности образуется субъединица с М.м. 20 кДа, состоящая из 186

аминокислот с глутамином в качестве N-концевого остатка. Затем, этот пробелок гликозилируется с образованием полипептида массой 23 кДа (Mansfield et al., 1988). Во время транспортировки из шероховатой ЭПС через комплекс Гольджи в вакуоль пробелок подвергается пострансляционному процессингу в результате, которого удаляется карбокситерминальный гликопротеид, содержащий высокоманозный глюкан и 15 аминокислотных остатков, таким образом, этот полипептид преобразуется в мономер АЗП с молекулярной массой 18 кДа (Mansfield et al., 1988; Bednarek., 1990).

Рис. 1. Трехмерная структура димера АЗП (Van Damme et al., 1998).

GlcNAc

Рис. 2. Трехмерная структура димера АЗП в комплексе с GlcNAc (Schwefel et al., 2010)

Поскольку растения Triticum aestivum - гексаплоиды, образованные слиянием 3-х диплоидных геномов, а лектин состоит из 2-х гомологичных субъединиц, то растения содержать 6 изолектинов, обладающие высокой степенью идентичности, нуклеотидной и аминокислотной последовательностям (Peumans et al., 1982; Шакирова, Безрукова, 2007).

Массированный синтез и накопление лектина у злаков наблюдается в зародыше в период эмбриогенеза в ходе формирования семян (Peumans, 1984). В зрелых семенах АЗП обнаруживается в поверхностном слое зародышевого корешка, первичных адвентивных корней и колеоптиле (Mishkind et al., 1982; Raikhel et al., 1986). Хотя впервые АЗП найден в зародыше, он также обнаруживается в значительных количествах в вегетирующих растениях, причем уровень его содержания претерпевает на протяжении онтогенеза пшеницы значительные флюктуации (Mishkind et al., 1982; Cammue et al., 1989; Shakirova et al., 2001). Это дает основание предполагать существование неких важных физиологических функций этого лектина не только при формировании и созревании семян и поддержании состоянии покоя, но и на всех этапах онтогенеза пшеницы.

1.1.3. Функции АЗП

1.1.3.1. Участие АЗП в гормональной регуляции ростовых процессов растений пшеницы

Поскольку синтез АЗП происходит в ходе формирования и созревания зародышей пшеницы, когда происходит обезвоживание семян, а в регуляции этих процессов ключевую роль играет эндогенная АБК, то неудивительно, что ген АЗП относится к разряду RAB (Responsive to АВА)-генов (Skriver, Mundy, 1990). Вместе с тем, АБК индуцирует экспрессию гена АЗП и накопление этого лектина также и в тканях вегетирующих растений (Peumans, 1984; Raikhel Lee., 1993; Шакирова и др., 1995).

Вместе с тем и другие гормоны способны вызывать изменения в количественном уровне АЗП в растениях пшеницы, что было продемонстрировано в опытах с экзогенными фитогормонами. Так, исследование

динамики содержания АЗП и АБК показали, что обработка проростков пшеницы ИУК и цитокинином БАП приводит к увеличению уровня АЗП, которое опосредовано транзиторным увеличением содержания АБК под влиянием этих гормонов (Авальбаев и др., 2001). В то же время, двукратное транзиторное усиление синтеза и накопления АЗП под влиянием гибберелловой кислоты и 24-эпибрассинолида без видимых изменений в содержании АБК указывает в пользу реализации независимых от АБК путей регуляции этими гормонами количественного уровня лектина (БЬак^гоуа е1 а1., 2001; Авальбаев и др., 2001; Шакирова и др., 2002). Это, в свою очередь, свидетельствует в пользу вовлечения АЗП в реализацию их рост-стимулирующего действия.

Действительно, полученные ранее в нашей лаборатории сведения на примере ЭБ убедительно подтверждают это предположение (8Ьак1гоуа е1 а1., 2004). Так, было выявлено, что предпосевная обработка 0.4 нМ и 0.4 мкМ ЭБ вызвала двукратное обратимое накопление АЗП в корнях прорастающих растений, однако максимум в изменении этого показателя в случае 0.4 нМ ЭБ приходился на третьи сутки, тогда как 0.4 мкМ - четвертые. Кроме того, был проведен анализ влияния предпосевной обработки ЭБ в обеих концентрациях на митотический индекс (МИ) корней, который выявил максимумы стимулирующего действия ЭБ на этот параметр в разных концентрациях в те же сроки, на котороые приходится накопление АЗП в корнях: в случае предобработки 0.4 нМ ЭБ - на третьи сутки, а в случае 0.4 мкМ ЭБ - четвертые. Результаты параллельного анализа влияния предобработки 0.4 нМ и 0.4 мкМ ЭБ на интенсивность митотической активности клеток апикальной меристемы корней и динамику содержания АЗП в корнях позволили прийти к заключению о вовлечении ЭБ-индуцированного накопления лектина в реализацию стимулирующего действия ЭБ на деление клеток. Для проверки этого предположения были проведены опыты с инкубированием предобработанных ЭБ в обеих концентрациях 3-сут проростков на среде, содержащей 28 нМ АЗП. Выявлено, что экзогенный лектин оказался способным к активации деления клеток корней предобработанных 0.4 нМ ЭБ проростков, но не 0.4 мкМ ЭБ, которые и так характеризовались высоким

уровнем МИ (Shakirova et al., 2004). В этой же работе было показано, что обработка АЗП вызывает быстрые сдвиги в гормональном балансе, связанные с транзиторным накоплением сначала АБК, затем ИУК и цитокининов в корнях проростков.

Таким образом, данная модель опытов позволила получить веские аргументы в пользу важной роли эндогенного АЗП в проявлении стимулирующего действия ЭБ на рост клеток корней пшеницы делением (Shakirova et al., 2004). Внимания заслуживают также и данные об активации под влиянием АЗП деления клеток корней проростков ячменя и риса, лектины, которых обладают высоким уровнем гомологии с АЗП, как и лектины других злаков, что также обусловлено АЗП-индуцированными изменениями в состоянии их гормональных систем (Безрукова и др., 2011). В связи с этим интересно отметить данные о способности лектинов ржи и ячменя гетеродимеризоваться АЗП (De Hoffet al., 2009).

В пользу вовлечения АЗП в гормональную регуляцию ростовых процессов пшеницы свидетельствует тот факт, что благодаря наличию сайтов гидрофобного связывания, он взаимодействует с высокой степенью сродства с аденином и аденин-содержащими цитокининами, с АБК, ГК и ИУК (Bogoeva et al., 2004; Кильдибекова и др., 2004а). Интересно, что степень сродства АЗП с аденином и цитокининами почти на два порядка выше в сравнении с лектинами бобовых (Bogoeva et al., 2004). Важно отметить, что введение специфичного к АЗП углевода GlcNAc в разных разведениях в среду инкубирования АЗП с зеатином или ИУК не оказало влияния на его способность взаимодействовать с фитогормонами, что, в свою очередь, указывает на независимое функционирование гидрофобных и углеводсвязывающих сайтов лектина пшеницы (Кильдибекова и др., 2004а). Данный факт свидетельствует в пользу выполнения АЗП функций хранения и транспорта гормонов по тканям и его важной роли в процессах деления, растяжения и дифференцировки клеток (Шакирова, Безрукова, 2007). Действительно, высокий потенциал гидрофобного взаимодействия АЗП с гормонами и, вероятно, лигандами разной природы, может

быть обусловлен уникальной молекулярной архитектурой четырех пар одинаково сложенных структурных доменов (Bogoeva et al., 2004). Так, в полярном растворителе большинство гидрофобных цепей АЗП обращено наружу, что было продемонстрировано с помощью флоуресцентной метки (Bogoeva et al., 2004). Кроме того, молекулы АЗП характеризуются низкой плотностью упаковки, что способствует легкой перестройке боковых цепей для связывания лигандов (Bogoeva et al., 2004).

1.1.3.2. Участие АЗП в формировании ассоциативных взаимоотношений пшеницы с азотфиксирующими бактериями. Как известно, лектины бобовых играют ключевую роль в образовании симбиотических взаимоотношений растений и азотфиксирующих микроорганизмов, что детально было проанализировано в системе бобовые - бактерии-симбионты рода Rhizobium (Sharon, Lis, 2004; Бабоша, 2008). Предполагается, что при установлении взаимоотношений между бобовыми растениями и клубеньковыми бактериями рецепторами растительного лектина служат бактериальные поверхностно-локализованные экзополисахариды и липополисахариды микросимбионта (Бабоша, 2008). Причем индуктором синтеза этих полисахаридов может являться дефицит питания (Бабоша, 2008). Усиление инфекционности бактерий под влиянием экзогенных лектинов может быть обусловлено их токсическим или раздражающим действием на ризобиальную клетку, по образному выражению авторов гипотезы, «лектин не обязательно должен нравиться ризобии» (Kijne et al., 1997).

В процессах взаимодействия с азотфиксирующими бактериями, наряду с бобовыми лектинами, участвуют и другие. Так, имеются данные о способности АЗП привлекать свободно живущие ризобактерии родов Azotobacter и Spirillum, а лектин зародыша риса, кроме того, Beijerinckia V. (Tabary et al., 1984; Антонюк, Игнатов, 2001). К примеру, было показано, что предварительная обработка семян лектин-бактериальной композицей Azotobacter chroococcum Т79 способствовала увеличению нитрогеназной активности ризосферных микроорганизмов, с одной стороны, и повышению содержания хлорофиллов и углеводов в листьях,

накоплению биомассы яровой пшеницы и увеличению урожая (КлпсЬепко, 2012). Следует отметить, что наиболее сильное взаимодействие АЗП выявлено с ассоциативным для злаковых культур азотфиксирующим микроорганизмом АгойртИит ЪгаьИете и усиление под влиянием лектина азотфиксирующей активности (ВегуегкИоуа е1 а1., 2002; Антонюк, Евсеева, 2006). Так, выявлено, что АЗП, экскретируемый из кончиков корней, способен привлекать А. ЬгазИете и участвовать в формировании ассоциативных взаимоотношений пшеницы и бактерии, при этом АЗП реструктурирует метаболизм и поведение бактериальной клетки для успешной колонизации и образования эффективных взаимоотношений (Антонюк, Евсеева, 2006). В частности, показано, что АЗП:

• участвует в прикреплении бактерии к клеточной стенке растения;

• меняет соотношение фенотипов А. brasilen.se с преобладающего роящегося (фенотип 8\уа+) на агрегированный (фенотип Оп+);

• повышает нитрогеназную активность бактерий;

• усиливает продукцию ауксинов азоспириллами (Антонюк, Евсеева, 2006).

Эти данные позволили высказать предположение о том, что АЗП связывается с С1с1ЧАс-содержащими участками одного или нескольких гликополимеров клеточной поверхности А. ЬгаэИете (Антонюк, Игнатов, 2001). Этими авторами выдвинута гипотеза о выполнении АЗП при колонизации корневой системы растения азоспириллами функции сигнальной молекулы для этих бактерий и изменении их метаболизма в направлении, благоприятном для роста и развития растения. Наряду с взаимодействием АЗП с ассоциативными микроорганизмами, показано участие лектинов клеточной поверхности А. Ь^Иете и А. Иро/егит в специфической адгезии бактерий на корнях пшеницы, а также способность лектинов этих бактерий к взаимодействию с АЗП (Никитина и др., 2005). Важно подчеркнуть, что в процитированных работах приведены доводы в пользу участия экзогенного АЗП в существенном увеличении азотфиксации этих бактерий и выходе аммония в среду их культивирования, а также усиления под влиянием АЗП продукцию ими ауксина, что, вероятно,

вносит важный вклад в проявление A. brasilense ростстимулирующей активности на растения. (Антонюк, Евсеева, 2006).

По мнению некоторых авторов, азотфиксация свободноживущими бактериями не является основным механизмом, влияющим на рост растений, большее значение в проявление их ростстимулирующего эффекта на растения отводится продукции микроорганизмами гормонов роста, витаминов, антибиотиков, аминокислот (Kusey et al., 1989; Dobbelaere et al., 2003; Glick, 2014).

Суммируя вышесказанное, можно с уверенностью заключить, что АЗП является важным участником формирования взаимовыгодных отношений пшеницы и окружающих ее ризосферных микроорганизмов. 1.1.3.3. Защитные функции АЗП

Защита от фитопатогенов. Благодаря своей специфичности к мономеру хитина одной из наиболее очевидных функций АЗП является защитная от хитинсодержащих фитопатогенов и вредителей. В ряде работ показана эффективность АЗП в подавлении прорастания спор возбудителей грибных болезней пшеницы in vitro Fusarium graminearum, F. oxysporum (Ciopraga et al., 1999), Tilletia caries, Pitccinia graminis, а при взаимодействии АЗП с гифами грибов Helminthosporia sativum и с гаусториями Erysiphae graminis наблюдался лизис грибных клеток (Лахтин, Яковлева, 1987; Шакирова, 2001, Sharon, Lis, 2004; Шакирова, Безрукова, 2007; Бабоша, 2008). Также доказано, что АЗП оказывает токсическое действие на прорастание спор Phytophtora infestans и Pseudoperonospora ciibensis, однако он не обладает фунгистатическим действием по отношению к Alternaria sp. и может стимулировать рост бактерий Erwinia, причем степень фунгистатического влияния определяется концентрацией этого лектина (Сытников, Коць, 2009). Кроме того, несмотря на отсутствие прямых доказательств участия АЗП в ингибировании роста патогенов in vivo, в пользу защитного действия АЗП свидетельствует 2-3-х-кратное повышение содержания этого лектина в ответ на инфицирование возбудителями корневой гнили и септориоза (Шакирова, Безрукова, 2007). Вероятно, механизм фунгистатичной

функции лектина обусловлен перекрестным связыванием молекул хитина и других полимеров клеточной стенки, в результате чего происходит дестабилизация мембран, что ограничивает рост апекса гифов грибов (Бабоша, 2008).

Защита от фитофагов. Высокая аффинность АЗП к олигцмерам хитина наводит на мысль о его возможной инсектицидной активности. Есть данные о способности хитинсвязывающих агглютининов, имеющих в своем составе гевеиновый домен, таких как АЗП, лектины риса (Oryza sativa, OSA), крапивы (Urtica dioica, UDA), картофеля (Solanum tuberosum, STA) и дурмана {Datura stramonium, DSA) значительно снижать интенсивность роста и развития многих представителей чешуекрылых (Lepidoptera): зерновки пятнистой (Callosobruchiis maciilatiis F.), вредителя зернобобовых культур хлопкового червя (Helicoverpa armígera) (Vandenborre et al., 2009). Кроме того, на личинках блошки длинноусой (Diabrotica undecimpimctata) показано, что присутствие АЗП в рационе ингибировало их рост, а также некоторых представителей отряда полужесткокрьтлых (Hemiptera) (Vandenborre et al., 2009). 1.1.3.4. Участие АЗП в ответе пшеницы на абиотический стресс

Сейчас уже не вызывает сомнений факт участия АЗП в формировании ответных реакций растения пшеницы на стрессовые воздействия абиотической природы. В одной из первых работ, посвященной этой теме (Cammue et al., 1989), показано, что при засухе, индуцированной полиэтиленгликолем 6000 или маннитом, осмотический стресс вызывает многократное возрастание концентрации АЗП в молодых проростках пшеницы, которому предшествует стресс-индуцированное накопление АБК, что является принципиально важным, поскольку использование ингибитора новообразования флуридона предотвращало не только вызываемое стрессом накопление АБК, но и, как следствие, увеличение содержания АЗП (Cammue et al., 1989).

Имеются данные об ускорении экспрессии гена АЗП в ходе формирования зерновок пшеницы в условиях дефицита влаги, которому предшествует существенное стресс-индуцированное накопление АБК (Singh et al., 2000).

Значительное АБК-опосредуемое транзиторное увеличение содержания лектина в клетках пшеницы наблюдали в ответ на гипертермию (Shakirova et al., 1996), а также гипотермию (Безрукова и др., 2012), при этом нужно отметить данные об усилении лектиновой активности белков пшеницы разной локализации в условиях низкотемпературного стресса (Комарова и др., 2003; Тимофеева и др., 2008; 2010). Так, гипотермия приводит к сдвигам в соотношении клеточно-стеночных и растворимых лектинов пшеницы, причем важная роль в регуляции участия лектинов в низкотемпературном закаливании отводится кальциевому сигналингу, что было выявлено с использованием блокатора кальциевых каналов дилтиазема (Тимофеева и др., 2010).

Существенные изменения в содержании АЗП наблюдаются в растениях пшеницы, подвергнутые натрий-хлоридному засолению, которому также предшествует вызываемое этим стрессом быстрое накопление АБК (Шакирова и др., 1993; Шакирова, Безрукова, 1998). Причем, увеличение содержания АЗП наблюдается уже в первые два часа. Уже сама скорость ответа наталкивает на мысль о возможной АБК-обусловленной регуляции накопления лектина не только на уровне транскрипции гена АЗП, но и за счет активации пула ранее синтезированных лектиновых мРНК, а также интенсификации мобилизации пробелков АЗП в процессинг. Использование ингибиторного анализа позволило выявить быстрые механизмы регуляции количественного уровня этого белка в условиях сильного стресса, вызываемого 2%-ным NaCl. Так, обнаружено, что вызываемая засолением индукция накопления АЗП в проростках пшеницы может происходить в условиях подавленной кордицепином транскрипции, а также трансляции, что было показано с использованием ингибитора элонгации синтеза белка циклогексимида (Шакирова и др., 2003). Такая ситуации может иметь место благодаря ускорению под влиянием засоления прохождения достаточно сложного процессинга пробелка АЗП, этапы которого детально описаны ранее (Peumans, 1984; Raikhel, Lee., 1993).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мурзабаев, Альберт Рустемович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Авальбаев А. М., Безрукова М. В., Шакирова Ф. М. Множественная гормональная регуляция содержания лектина в корнях проростков пшеницы // Физиология растений. 2001. Т. 48. С. 718-722.

Антонюк Л. П., Евсеева Н. В. Лектин пшеницы как фактор растительно-микробной коммуникации и белок стрессового ответа // Микробиология. 2006. Т.75. С. 544-549.

Антонюк Л. П., Игнатов В. В. О роли агглютинина зародыша пшеницы в растительно-бактериальном взаимодействии: гипотеза и экспериментальные данные в ее поддержку // Физиология растений. 2001. Т. 48. С. 427-433.

Ахиярова Г. Р., Фрике В., Веселов Д. С., Кудоярова Г. Р., Веселов С. Ю. Накопление и распределение АБК в тканях листа и устьичная проводимость при водном стрессе, индуцированном засолением // Цитология. 2006. Т. 48. С. 918923.

Бабоша А. В. Индуцибельные лектины и устойчивость растений к патогенным организмам и абиотическим стрессам //Биохимия. 2008. Т. 73. С. 1007-1022.

Безрукова М. В., Кильдибекова А. Р., Авальбаев А. М., Шакирова Ф. М. Участие агглютинина зародыша пшеницы в регуляции деления клеток апикальной меристемы корней проростков //Цитология. 2004. Т. 46. С. 35-38.

Безрукова М. В., Лубянова А. Р., Фатхутдинова Р. А. Участие лектинов пшеницы и фасоли в регуляции деления клеток апикальной меристемы корней разных видов растений //Физиология растений. 2011. Т. 58. С. 174-180.

Безрукова М. В., Лубянова А. Р., Гималов Ф. Р., Шакирова Ф. М. Участие агглютинина зародыша пшеницы в формировании устойчивости растений к гипотермии // Агрохимия. 2012. С. 37-42.

Дубинина Е. Е., Сальникова Л. А., Ефимова Л. Ф. Активность и изоферментный спектр супероксиддисмутазы эритроцитов и плазмы крови человека//Лаб. дело. 1983. Т. 10. С. 30-33.

Иванов В. Б., Быстрова Е. И., Серегин И. В. Сравнение влияния тяжелых металлов на рост корня в связи с проблемой специфичности и избирательности их действия // Физиология растений. 2003. Т. 50. С. 445-454.

Кабузенко С. Н., Горшенков А. В., Володькина J1. С. Влияние хлоридного засоления и цитокинина на митотическую активность корней пшеницы и кукурузы // Физиология и биохимия культурных растений. 1995. Т. 27. С. 31-35.

Кильдибекова А. Р., Авальбаев А. М., Безрукова М. В., Шакирова Ф. М. Оценка сродства АЗП с фитогормонами методом иммуноанализа // Итоги биологических исследований. Сборник научных трудов. Уфа: БашГУ, 2004а. Вып. 8. С. 33-38.

Кильдибекова А. Р., Безрукова М. В., Авальбаев А. М., Фатхутдинова Р. А., Шакирова Ф.М. Механизмы защитного действия агглютинина зародыша пшеницы на рост клеток корней проростков пшеницы при засолении // Цитология. 20046. Т. 46. С. 312-316.

Комарова Э. Н., Выскребенцева Э. И., Трунова Т. И. Активность лектиноподобных белков клеточных стенок и внешних мембран органелл и их связь с эндогенными лигандами в проростках озимой пшеницы при холодовой адаптации // Физиология растений. 2003. Т. 50. С. 511-516.

Кудоярова Г. Р., Веселов С. Ю., Каравайко Н. Н. и др. Иммуноферментная тест-система для определения цитокининов // Физиология растений. 1990. Т. 37. С. 193-199.

Лахтин В. М., Яковлева 3. М. Связывание лектина из зародышей пшеницы с поверхностью мицелия и спор Helminthosporum sativum И Известия АН СССР. Сер. биол. 1987. С. 792-795.

Луценко Э. К., Марушко Е. А., Кононенко Н. В., Леонова Т. Г. Влияние фузикокцина на ранние этапы роста сорго при высоких концентрациях NaCl // Физиология растений. 2005. Т. 52. С. 378-383.

Масленникова Д. Р., Фатхутдинова Р. А., Безрукова М. В., Аллагулова Ч. Р., Ключникова Е. О., Шакирова Ф. М. Механизмы протекторного действия

салициловой кислоты на растения пшеницы в условиях кадмиевого стресса. Агрохимия. 2013. С. 72-79.

Никитина В. Е., Пономарева Е. Г., Аленькина С. А. Лектины клеточной поверхности азоспирилл и их роль в ассоциативных взаимоотношениях с растениями // Молекулярные основы взаимоотношений ассоциативных микроорганизмов с растениями. М.: Наука, 2005. С. 70-117.

Паушева 3. П. Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат. -1988.-207 с.

Серегин И. В. Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений //Успехи Биол. Химии. 2001. Т. 41. С. 283-300

Серегин И. В., Иванов В. Б. Гистохимические методы изучения распределения кадмия и свинца в растениях //Физиология растений. 1997. Т. 44. С. 915-921.

Серегин И. В., Иванов В. Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. 2001. Т. 48. С. 606-630.

Серегин И. В., Кожевникова А. Д. Роль тканей корня и побега в транспорте и накоплении кадмия, свинца, никеля и стронция // Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 3-26.

Сытников Д. М., Коць С. Я. Участие лектинов в физиологических процессах растений // Физиология и биохимия культурных растений. 2009. Т. 41. С. 279-296 Тарчевский И. А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002.

294 с.

Тимофеева, О. А., Гараева, Л. Д., Чулкова, Ю. Ю., Хохлова, Л. П. Влияние картолина на оризалин-индуцированные изменения активности лектинов при низкотемпературном закаливании растений //Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 333-337.

Тимофеева О. А., Невмержицкая Ю. Ю., Московкина М. А. Активность и состав лектинов клеточной стенки пшеницы при действии низких температур и

ингибиторов кальциевой сигнальной системы // Физиология растений. 2010. Т. 57. С. 209-216.

Фурст Г. Г. Методы анатомо-гистохимического исследования растений. М. : Наука, 1979. 155 с.

Хайруллин Р. М., Шакирова Ф. М., Максимов И. В., Ямалеев А. М. Изучение содержания лектина, абсцизовой и индолилуксусной кислот в растениях пшеницы, инфицированных Sepîoria novorum. Berk // Физиология и биохимия культ, растений. 1993. Т. 25. С. 138-144.

Хайруллин Р. М., Юсупова 3. Р., Максимов И. В. Защитные реакции пшеницы при инфицировании грибными патогенами. 1: Взаимодействие анионных пероксидаз пшеницы с хитином, хитозаном и телиоспорами Tilletia caries II Физиология растений. 2000. Т. 47. С. 108-113

Холодова В. П., Волков К. С., Кузнецов В. В. Адаптация к высоким концентрациям солей меди и цинка хрустальной травки и возможность их использования в целях фиторемедиации // Физиология растений. 2005. Т. 52. С. 848-858.

Чевари С., Чаба И., Секей Й. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах // Лабораторное дело. 1985. N. 11. С. 678-681.

Чулкова, Ю. Ю., Гараева, Л. Д., Тимофеева, О. А., Хохлова, Л. ГХ Лектиновая и митотическая активность корневых меристем озимой пшеницы в связи с действием оризалина//Цитология. 2005. Т. 47. С. 163-170.

Шакирова Ф. М. Салициловая кислота - индуктор устойчивости растений // Агрохимия. 2000. Т. 11. С. 87-95.

Шакирова Ф. М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция //Уфа: Гилем. 2001. Т. 159. С. 1.

Шакирова Ф. М., Безрукова М.В., Хайруллин Р. М., Ямалеев А. М. Увеличение уровня лектина в проростках пшеницы под влиянием солевого стресса//Известия АН. 1993. №. 1. С. 142-145.

Шакирова Ф. М., Безрукова М.В., Шаяхметов И. Ф. Влияние теплового стресса на динамику накопления АБК и лектина в клетках каллуса пшеницы // Физиология растений. 1995. Т. 42. С. 700-702.

Шакирова Ф. М., Безрукова М. В. Изменение содержания АБК и лектина в корнях проростков пшеницы под влиянием 24-эпибрассинолида и засоления // Физиология растений. 1998. Т. 45. С. 451^155.

Шакирова Ф. М., Безрукова М. В., Авальбаев А. М., Гималов Ф. Р. Стимуляция экспрессии гена агглютинина зародыша пшеницы в корнях проростков под влиянием 24-эпибрассинолида // Физиология растений. 2002. Т. 49. С. 253-256.

Шакирова Ф. М., Безрукова М. В., Авальбаев А. М., Фатхутдинова P.A. Механизмы регуляции накопления лектина в проростках пшеницы при засолении // Физиология растений. 2003. Т. 50. С. 341-345.

Шакирова Ф. М., Безрукова М. В. Современные представления о предполагаемых функциях лектинов растений // Журнал общей биологии. 2007. Т. 68. С.98-114.

Шакирова Ф. М., Аллагулова Ч. Р. Безрукова М. В., Авальбаев А. М., Гималов Ф. Р. Роль АБК в индуцируемой холодом экспрессии TADHN гена дигидрина в проростках пшеницы // Физиология растений. 2009. Т. 56. С. 796-800.

Ямалеев А. М., Яруллина JI. Г., Шакирова Ф. М., Каравайко Н. Н., Кудоярова Г. Р., Мустафина А. Р., Мошков И. В. Влияние байтана на содержание индолилуксусной и абсцизовой кислот в листьях пшеницы при заражении корневыми гнилями // Физиология растений. 1989. Т.36. С.397-403.

Ahsan N., Renaut J., Komatsu S. Recent developments in the application of proteomics to the analysis of plant responses to heavy metals // Proteomics. 2009. V. 9. P. 2602-2621.

Allen A. K., Neuberger A., Sharon N. The purification, composition and specifity of wheat-germ agglutinin//Biochem. J. 1973. V. 131. P. 155-162.

Azevedo R. A., Gratao P. L., Monteiro C. C., Carvalho R. F. What is new in the research on cadmium-induced stress in plants? // Food Energy Security. 2012. V. 1. P. 133-140.

Barba-Espin, G., Diaz-Vivancos, P., Clemente-Moreno, M. J., Albacete, A., Faize, L., Faize, M., Pérez-Alfocea F., Hernández, J. A. Interaction between hydrogen peroxide and plant hormones during germination and the early growth of pea seedlings // Plant Cell Environ. 2010. V. 33. P. 981-994.

Bednarek S. Y., Wilkins T. A., Dombrowski J. E., Raikhel N. V. A carboxyl terminal propeptide is necessary for proper sorting of barley lectin to vacuoles of tobacco // Plant Cell. 1990. V. 2. P. 1145-1155.

Belkadhi A., De Haro A., Soengas P., Obregon S., Cartea M. E., Chaibi W., Djebali W. Salicylic acid increases tolerance to oxidative stress induced by hydrogen peroxide accumulation in leaves of cadmium-exposed flax (.Limun usitatissimum L.) // J. Plant Interact. 2014. V. 9. P. 647-654.

Besson-Bard A., Gravot A., Richaud P., Auroy P., Due C., Gaymard F., Wendehenne D. Nitric oxide contributes to cadmium toxicity in Arabidopsis by promoting cadmium accumulation in roots and by up-regulating genes related to iron uptake // Plant Physiol. 2009. V. 149. P. 1302-1315.

Bezrukova M., Kildibekova A., Shakirova F. WGA reduces the level of oxidative stress in wheat seedlings under salinity // Plant Growth Regul. 2008. V. 54. P. 195-201.

Bezverkhova N. V., Safronova V. I., Antonyuk L. P., Belimov A. A. Involvement of the bacterium Azospirillam brasilense in wheat tolerance to cadmium // Metal Ions in Biol, and Med. 2002. V. 7. P. 268-271.

Bindschedler, L. V., Minibayeva, F., Gardner, S. L., Gerrish, C., Davies, D. R., Bolwell, G. P. Early signalling events in the apoplastic oxidative burst in suspension cultured French bean cells involve cAMP and Ca2+ // New Phytologist. 2001. V. 151. P. 185-194.

Bogoeva, V. P., Radeva, M. A., Atanasova, L. Y., Stoitsova, S. R., Boteva, R. N. Fluorescence analysis of hormone binding activities of wheat germ agglutinin // Biochim. Biophys. Acta - Proteins and Proteomics. 2004. V. 1698. P. 213-218.

Boothe J. G., de Beus M. D., Johnson-Flanagan A.M. Expression of a low-temperature-induces protein in Brassica napus II Plant Physiol. 1995. V. 108. P. 95-803.

Cammue B. P. A., Broekaert W. F., Kellens J. T. C., Raikhel N. V., Peumans W. J. Stress-induced accumulation of wheat germ agglutinin and abscisic acid in roots of wheat seedlings // Plant Physiol. 1989. V. 91. P. 1432-1435.

Chen F., Wang F., Wu F., Mao W., Zhang G., Zhou M. Modulation of exogenous glutathione in antioxidant defense system against Cd stress in the two barley genotypes differing in Cd tolerance // Plant Physiol. Biochem. 2010. V. 48. P. 663-672.

Ciaffi M., Paolacci A. R., D'Aloisio E., Tanzarella O. A., Porceddu E. Cloning and characterization of wheat PDI (Protein Disulfide Isomerase) homoeologous genes and promoter sequences // Gene. 2006. V. 366. P. 209-218.

Ciopraga J., Gozia O., Tudor R., Brezuica L., Doyle R. J., 1999. Fusarium sp. growth inhibition by wheat germ agglutinin // Biochim. Biophys. Acta. V. 1428. P. 424-432

Clemens S. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants //Biochimie. 2006. V. 88. P. 1707-1719.

DalCorso G., Farinati S., Maistri S., Furini A. How plants cope with cadmium: staking all on metabolism and gene expression // J. Integr. Plant Biol. 2008 V. 50. P. 1268-1280.

Das P., Samantaray S., Rout G. R. Studies on cadmium toxicity in plants: a review // Environ. Pollution. 1997. V. 98. P. 29-36.

De Hoff P. L., Brill L. M., Hirsch A. M. Plant lectins: the ties that bind in root symbiosis and plant defense // Molecular Genetics and Genomics. 2009. V. 282. P. 115.

Dobbelaere S., Vanderleyden J., Okon Y. Plant growth-promoting effects of diazotrophs in the rhizosphere //Critical Reviews in Plant Sciences. 2003. V. 22. P. 107-149.

Eapen S., D'Souza S. F. Prospects of genetic engineering of plants for phytoremediation of toxic metals // Biotech. Adv. 2005. V. 23. P. 97-114.

Ernst W. H. 0., Krauss G. J., Verkleij J. A. C., Wesenberg D. Interaction of heavy metals with the sulphur metabolism in angiosperms from an ecological point of view // Plant Cell Environ. 2008. V. 31. P. 123-143.

Fujimoto Z., Tateno H., Hirabayashi J. Lectin Structures: Classification Based on the 3-D Structures // Lectins. Springer New York. 2014. P. 579-606.

Fusconi A., Repetto O., Bona E., Massa N., Gallo C., Dumas-Gaudot E., Berta G. Effect of cadmium on meristem activity and nucleus ploide in roots of Pisum sativum L. cv. Frisson seedlings // Environ. Exp. Bot. 2006. V. 58. P. 253-260.

Gallego S. M., Pena L. B., Barcia R. A., Azpilicueta C. E., Iannone M. F., Rosales E. P., Zawoznika M. S., Groppa M. D., Benavides M. P. Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: insight into regulatory mechanisms // Environ. Exp. Bot. 2012. V. 83. P. 33-46.

Ge C. L., Wang Z. G., Wan D. Z., Ding Y., Wang Y. L., Shang Q., Luo S. S. Proteomic study for responses to cadmium stress in rice seedlings // Rice Sci. 2009. V. 16. P. 33-44.

Gerbeau P., Amodeo G., Henzler T., Santoni V., Ripoche P., Maurel C. The water permeability of Arabidopsis plasma membrane is regulated by divalent cations and pH // Plant J. 2002. V. 30. P. 71-81.

Gill S. S., Hasanuzzaman M., Nahar K., Macovei A., Tuteja N. Importance of nitric oxide in cadmium stress tolerance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. 2013. V. 63. P. 254-261.

Gill S. S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. 2010. V. 48. P. 909930.

Gratao P. L., Monteiro C. C., Rossi M. L., Martinelli A. P., Peres L. E., Medici L. O., Azevedo R. A. Differential ultrastructural changes in tomato hormonal mutants exposed to cadmium // Environ. Exp. Bot. 2009. V. 67. P. 387-394.

Guo J., Hu X., Duan R. Interactive effects of cytokinins, light, and sucrose on the phenotypes and the syntheses of anthocyanins and lignins in cytokinin overproducing transgenic Arabidopsis // J. Plant Growth Regul. 2005. V. 24. P. 93-101.

Guo W. J., Meetam M., Goldsbrough P. B. Examining the specific contributions of individual Arabidopsis metallothioneins to copper distribution and metal tolerance // Plant Physiol. 2008. V. 146. P. 1697-1706.

Gupta K. J., Fernie A. R., Kaiser W. M., van Dongen J. T. On the origins of nitric oxide // Tr. Plant Sci. 2011. V. 16. P. 160-168.

Hara M., Kondo M., Kato T. A KS-type dehydrin and its related domains reduce Cu-promoted radical generation and the histidine residues contribute to the radical-reducing activities//J. Exp. Bot. 2013. V. 64. P. 1615-1624.

Hasezawa S., Nagata T. Dynamic organization of plant microtubules at the three distinct transition points during the cell cycle progression of synchronized tobacco BY-2 cells // Botanica acta. 1991. T. 104. C. 206-211.

Hashem H. A. Cadmium toxicity induces lipid peroxidation and alters cytokinin content and antioxidant enzyme activities in soybean // Botany. 2014. V. 92. P. 1-7.

Hayat, Q., Hayat, S., Irfan, M., Ahmad, A. Effect of exogenous salicylic acid under changing environment: a review // Environ. Experimental Bot. 2010. T. 68. C.14-25.

Hossain M. A., Piyatida P., Teixeira da Silva J. A., Fujita M. Molecular mechanism of heavy metal toxicity and tolerance in plants: central role of glutathione in detoxification of reactive oxygen species and methylglyoxal and in heavy metal chelation // J. Bot. 2012. doi: 10.1155/2012/872875.

Hsu Y. T., Kao C. H. Abscisic acid accumulation and cadmium tolerance in rice seedlings //Physiol. Plant. 2005. V. 124. P. 71-80.

Hsu Y. T., Kao C. H. Distinct roles of abscisic acid in rice seedlings during cadmium stress at high temperature // Botan. Stud. 2008. V. 49. P. 335-342.

Hsu Y. T., Kao C. H. Cadmium toxicity is reduced by nitric oxide in rice leaves // Plant Growth Regul. 2004. V. 42. P. 227-238.

Iannone M. F., Rosales E. P., Groppa M. D., Benavides M. P., Reactive oxygen species formation and cell death in catalase-deficient tobacco leaf disks exposed to cadmium // Protoplasma. 2010. V. 245. P. 15-27.

Javed M. Т., Stoltz Е., Lindberg S., Greger M. Changes in pH and organic acids in mucilage of Eriophorum angustifolium roots after exposure to elevated concentrations of toxic elements // Environ. Sci. Pollut. Res. 2013. V.20. P. 1876-1880.

Jiang S. Y., Ma Z., Ramachandran S. Evolutionary history and stress regulation of the lectin superfamily in higher plants // BMC evolutionary biology. 2010. V 10. P. 79-103.

Kapoor D., Bhardwaj R. Influence of cadmium metal toxicity on hormones profiling of Brassica juncea L. plants I I Intern. J. Sci. Res. 2014. V. 3. P. 1628-1631.

Kijne J. W., Bauchrowitz M. A., Diaz C. L. Root lectins and rhizobia //Plant Physiol. 1997. V. 115. P. 869.

Kirichenko E. V. Effect of pretreatment of spring wheat seeds by lectin and lectin-bacterial composition on the physiological indexes of plant development and productivity //Сельхоз. Биология. 2012. № 1. P. 98-104.

Kohli A., Sreenivasulu N., Lakshmanan P., Kumar P.P. The phytohormone crosstalk paradigm takes center stage in understanding how plants respond to abiotic stresses // Plant Cell Rep. 2013. V. 32. P. 945-957

Kovacik J., Klejdus B. Dynamics of phenolic acids and lignin accumulation in metal-treated Matricaria chamomilla roots // Plant Cell Rep. 2008. V. 27. P. 605-615.

Kovalchuk N. V., Melnykova N. M., Musatenko L. I. Role of phytolectin in the life cycle of plants // Biopolymers and Cell. 2012. V. 28. P. 171-180.

Krantev A., Yordanova R., Janda Т., Szalai G., Popova L. Treatment with salicylic acid decreases the effect of cadmium on photosynthesis in maize plants // J. Plant Physiol. 2008. V. 165. P. 920-931.

Kusey R. M. N., Janzen H. H., Leggett M. E. Microbially Mediated Increases in Plant-Available Phosphorus // Adv. Agronom. 1989. V. 42. P. 199-203.

Lane T. W., Morel F. M. M. A biological function for cadmium in marine diatoms // PNAS. 2000. V. 97. P. 4627-4631.

Lee K., Bae D. W., Kim S. H., Han H. J., Liu X., Park H. C., Lima С. O., Lee S. Y., Chung W. S. Comparative proteomic analysis of the short-term responses of rice roots and leaves to cadmium // J. Plant Physiol. 2010. V. 167. P. 161-168.

Lequeux H, Hermans C., Lutts S., Verbruggen N. Response to copper excess in Arabidopsis thaliana: Impact on the root system architecture, hormone distribution, Iignin accumulation and mineral profile // Plant Physiol. Biochem. 2010. V. 48. P. 673682.

Liu C., Guo J., Cui Y., Lu T., Zhang X., Shi G. Effects of cadmium and salicylic acid on growth, spectral reflectance and photosynthesis of castor bean seedlings // Plant Soil. 2011. V. 344. P. 131-141.

Liu J., Kapron C. M. Differential induction of MAP kinase signalling pathways by cadmium in primary cultures of mouse embryo limb bud cells // Reprod. Toxicol. 2010. V. 29. P. 286-291.

Lux A., Martinka M., Vaculik M., White P. J., Root responses to cadmium in the rhizosphere: a review // J. Exp. Bot. 2011. V. 62. P. 21-37.

Maksymiec W. Effects of jasmonate and some other signalling factors on bean and onion growth during the initial phase of cadmium action // Biol. Plant. 2011. V. 55. P. 112-118.

Mansfield M. A., Peumans W. J., Raikhel N. V. Wheat-germ agglutinin is synthesized as a glycosylated precursor // Planta. 1988. V. 173. P. 482-489.

McMurray C. T., Tainer J. A. Cancer, cadmium and genome integrity // Nature genetics. 2003. V. 34. P. 239-241

Mendoza-Cozatl D., Loza-Tavera H., Hernandez-Navarro A., Moreno-Sanchez R. Sulfur assimilation and glutathione metabolism under cadmium stress in yeast, protists and plants // FEMS Microbiol. Rev. 2005. V. 29. P. 653-671.

Metwally A, Finkemeier I, Georgi M, Dietz K.-J. Salicylic acid alleviates the cadmium toxicity in barley seedlings // Plant Physiol. 2003. V. 132. P. 272-281.

Miller G. A. D., Suzuki N., Ciftci-Ylmaz S. U., Mittler, R. O. N. Reactive oxygen species homeostasis and signalling during drought and salinity stresses // Plant Cell Environ. 2010. V. 33. P. 453-467.

Minibayeva, F. V., Gordon, L. K., Kolesnikov, O. P., Chasov, A. V. Role of extracellular peroxidase in the superoxide production by wheat root cells // Protoplasma. 2001. V. 217. P. 125-128.

Mishkind D., Raikhel N. V., Palevits B. A., Keegstra K. Immunocytochemical localization of wheat germ agglutinin in wheat // J. Cell Biol. 1982. V. 92. P. 753-764.

Miura K., Tada Y. Regulation of water, salinity, and cold stress responses by salicylic acid // Front. Plant Sci. 2014. T. 5. P 1-12.

Muñoz N., González C., Molina A., Zirulnik F. Cadmium-induced early changes in 02*-, H202 and antioxidative enzymes in soybean {Glycine max L.) leaves // Plant Growth Regul. 2008 V. 56. P. 159-166.

Nakashima K., Yamaguchi-Shinozaki K. ABA signaling in stress-response and seed development // Plant Cell Rep. 2013 V. 32. P. 959-970.

Noriega G., Cruz D.S., Batlle A., Tomaro M., Balestrasse K. Heme oxygenase is involved in the protection exerted by jasmonic acid against cadmium stress in soybean roots // J. Plant Growth Regul. 2012. V. 31. P. 79-80.

Ntoni, J., Begonia M., Begonia G., Miller G., Benjamin A. Chelate-mediated changes in soil metal solubility: implications in the uptake and translocation of cadmium by wheat {Triticum aestivum L.) at different growth stages // J. Miss. Acad. Sci. 2011. V. 56. P. 271-281.

Pena L. B., Pasquini L. A., Tomaro M. L., Gallego S. M. 20S proteasome and accumulation of oxidized and ubiquitinated proteins in maize leaves subjected to cadmium stress // Phytochemistry. 2007. V. 68. P. 1139-1146.

Perfus-Barbeoch L., Leonhardt N., Vavasseur A., Forestier C. Heavy metal toxicity: cadmium permeates through calcium channels and disturbs the plant water status // Plant J. 2002. V. 32. P. 539-548.

Peumans W. J. Biochemistry, cell-biology, physiology, biosynthesis and function of gramineae lectins // Proefschift. Leuven: Katholike univ., Lab. voor Pflatenbiochemie. 1984.211 P.

Peumans W. J. Stinessen H. M. Carlier A. R. Isolation and partial characterization of wheat-germ-agglutinin-like lectins from rye {Secale cereal) and barley {Hordeum vulgare) embryos // Biochem. J. 1982. V. 203. P. 239-243.

Polle A., Schutzendubel A. Heavy metal signalling in plants: linking cellular and organismic responses. In: H. Hirt, K. Shinozaki (Eds.). Plant Responses to Abiotic Stress. Springer-Verlag. Berlin. Heidelberg. Germany. 2003. P. 187-215.

Prévéral S., Gayet L., Moldes C., Hoffmann J., Mounicou S., Gruet A., Forestier C. A common highly conserved cadmium detoxification mechanism from bacteria to humans heavy metal tolerance conferred by the atp-binding cassette (ABC) transporter sphmtl requires glutathione but not metal-chelating phytochelatin peptides // J. Biol. Chem. 2009. V. 284. P. 4936-4943

Raikhel N. V., Lee H.-I. Structure and function of chitin-binding proteins // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1993. V. 44. P. 591-615.

Rascio N., Navari-Izzo F. Heavy metal hyperaccumulating plants: how and why do they do it? And what makes them so interesting? // Plant Sci. 2011. V. 180. P. 169181.

Raskin I. Role of salicylic acid in plants //Annual review of plant biology. 1992. T. 43. P. 439-463.

Rock C. D., Sakata Y., Quatrano R. S. Stress signaling I: the role of abscisic acid (ABA) //Abiotic Stress Adaptation in Plants. Springer Netherlands. 2010. P. 33-73.

Rodriguez-Serrano M., Romero-Puertas M. C., Pazmino, D. M., Testillano, P. S., Risueño, M. C., del Rio L. A., Sandalio L.M. Cellular response of pea plants to cadmium toxicity: cross talk between reactive oxygen species, nitric oxide, and calcium // Plant Physiol. 2009. V. 150. P. 229-243.

Romero-Puertas, M. C., Corpas, F. J., Rodriguez-Serrano, M., Gomez, M., del Rio, L. A., Sandalio, L.M., Differential expression and regulation of antioxidative enzymes by Cd in pea plants // J. Plant Physiol. 2007. V. 164. P. 1346-1357.

Roth U., Von Roepenack-Lahaye E., Clemens S. Proteome changes in Arabidopsis thaliana roots upon exposure to Cd2+ // J. Exp. Bot. 2006. V. 57. P. 40034013.

Roychoudhury A., Paul S., Basu S. Cross-talk between abscisic acid-dependent and abscisic acid-independent pathways during abiotic stress // Plant Cell Rep. 2013. V. 32. P. 985-1006

Sagi M., Fluhr R. Superoxide production by plant homologues of the gp91phox NADPH oxidase. Modulation of activity by calcium and by tobacco mosaic virus infection // Plant Physiol. 200l.V. 126. P. 1281-1290.

Sambrook J. Fritsch E. F., Maniatis T. Molecular cloning. New York : Cold spring harbor laboratory press, 1989. T. 1. P 1626.

Sarwar N., Malhi S. S., Zia M. H., Naeem A., Bibi S., Farid G. Role of mineral nutrition in minimizing cadmium accumulation by plants // J. Sci. Food Agricul. 2010. V. 90. P. 925-937.

Satoh T, Hosokawa M. Structure, function and regulation of carboxylesterases // Chem. Biol. Interact. 2006. V. 162. P. 195-21.

Schiitzendiibel A., Nikolova P., Rudolf C., Polle A. Cadmium and H202-induced oxidative stress in Populus canescens roots // Plant Physiol. Biochem. 2002. V. 40. P. 577-584.

Schwefel D., Maierhofer C., Beck J. G., Seeberger S., Diederichs K., Moller H. M., . Welte W., Wittmann V. Structural basis of multivalent binding to wheat germ agglutinin//J. Amer. Chem. Society. 2010. V. 132. P. 8704-8719.

Shakirova F. M., Bezrukova M. V., Maslennikova D. R. Endogenous ABA as a Hormonal Intermediate in the Salicylic Acid Induced Protection of Wheat Plants Against Toxic Ions // Salicylic Acid. Springer Netherlands, 2013. P. 119-140.

Shakirova F. M., Sakhabutdinova A. R., Bezrukova M. V., Fatkhutdinova R. A., Fatkhutdinova D. R. Changes in the hormonal status of wheat seedlings induced by salicylic acid and salinity // Plant Sci. 2003. V. 164 P. 317-322

Shakirova F. M., Avalbaev A. M., Bezrukova M. V., Gimalov F.R. Induction of wheat germ agglutinin synthesis by abscisic and gibberellic acids in roots of wheat seedlings // Plant Growth Regul. 2001. V. 33. P. 111-115.

Shakirova F. M., Avalbaev A. M., Bezrukova M. V., Kudoyarova G. R. Role of endogenous hormonal system in the realization of the antistress action of plant growth regulators on plants //Plant Stress. 2010. V.4. P. 32-38.

Shakirova F. M., Bezrukova M. V., Shayakhmetov I. F. Effect of heat shock on dynamics of ABA and WGA accumulation in wheat cell culture // Plant Growth Regul. 1996. V. 19. P. 85-87.

Shakirova F. M., Kildibekova A. R., Bezrukova M. V. Avalbaev A. M. Wheat germ agglutinin regulates cell division in wheat seedlings roots // Plant Growth Regul. 2004. V. 42. P. 175-180.

Sharon N., Lis H. Lectins: from hemagglutinins to biological recognition molecules: ahystorical overview//Glycobiology. 2004. V. 14. P. 53-62.

Shim D., Hwang J. U., Lee J., Lee S., Choi Y., An G., Martinoia E., Lee Y. Orthologues of the class A4 heat shock transcription factor HsfA4a confer cadmium tolerance in wheat and rice // Plant Cell. 2009. V. 21. P. 4031-4043

Singh P., Bhaglal P., Bhullar S.S. Wheat germ agglutinin (WGA) gene expression and ABA accumulation in the developing embryos of wheat (Triticum aestivum) in response to drought // Plant Growth Regul. 2000.V. 30. P. 145-150.

Skriver K., Mundy J. Gene expression in response to abscisic acid and osmotic stress //Plant Cell. 1990. V. 2. P. 503-512.

Souza V. L., de Almeida A. A. F., Lima S. G., Cascardo J. C. D. ML, Silva D. D. C., Mangabeira P. A., Gomes F. P. Morphophysiological responses and programmed cell death induced by cadmium in Genipa americana L. (Rubiaceae) // Biometals. 2011. V. 24. P. 59-71.

Szabados L, Savoure A. Proline: a multifunctional amino acid // Tr. Plant Sci. 2009. V. 15. P. 89-97.

Tabary F., Balandreau J., Bourrillon R. Purification of the rice embryo lectin and its binding to nitrogen-fixing bacteria from the rhizosphere of rice // Biochem. Biophys. Res. Com. 1984. V. 119. P. 549-555.

Tamás L., Mistrík I., Huttová J., Halusková L.U., Valentovicová K., Zelinová V. Role of reactive oxygen species-generating enzymes and hydrogen peroxide during cadmium, mercury and osmotic stresses in barley root tip // Planta. 2010. V. 231. P. 221-231.

Uraguchi, S., Kamiya, T., Sakamoto, T., Kasai, K., Sato, Y., Nagamura, Y., Yoshidab A., Kyozukab J., Ishikawa S., Fujiwara, T. Low-affinity cation transporter (OsLCTl) regulates cadmium transport into rice grains // PNAS. 2011. V. 52. P. 2095920964.

Valentovicova K., Haluskova L., Huttova J., Mistnk I., Tamas L. Effect of cadmium on diaphorase activity and nitric oxide production in barley root tips // J. Plant Physiol. 2010. V. 167 P. 10-14.

Van Belleghem, F., Cuypers A., Semane B., Smeets K., Vangronsveld J., d'Haen, J., Valcke R. Subcellular localization of cadmium in roots and leaves of Arabidopsis thaliana II New Phytol. 2007. V. 173. P. 495-508.

Van Damme E. J. M., Lannoo N., Peumans W. J. Plant lectins // Adv. Bot. Res. 2008. V. 48. P. 107-209.

Van Damme E., Peumans W.J., Barre A., Rouge P. Plant lectins: a composite of several distinct families of structurally and evolutionary related proteins with diverse biological roles// Crit. Rev. Plant Sci. 1998. V. 17. P. 575-692.

Vandenborre G., Van Damme E. J. M., Smagghe G. Natural products: plant lectins as important tools in controlling pest insects // Biorational control of arthropod pests. - Springer Netherlands, 2009. P. 163-187.

Veselov D., Kudoyarova G., Symonyan M., Veselov St. Effect of cadmium on ion uptake, transpiration and cytokinin content in wheat seedlings // Bulg. J. Plant Physiol. Sp. Issue. 2003. P. 353-359.

Vicente, M. R.-S., Plasencia, J.. Salicylic acid beyond defence: its role in plant growth and development//!. Exp. Bot. 2011. V. 62. P. 3321-3338.

Viehweger K. How plants cope with heavy metals // Botan. Stud. 2014. V. 55. P.

1-12.

Visioli G., Marmiroli N. The proteomics of heavy metal hyperaccumulation by plants // J. Proteomics. 2013. V. 79. P. 133-145.

Vitti A., Nuzzaci M., Scopa A., Tataranni G., Remans T., Vangronsveld J., Sofo A. Auxin and cytokinin metabolism and root morphological modifications in

Arabidopsis thaliana seedlings infected with cucumber mosaic virus (CMV) or exposed to cadmium II Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14. P. 6889-6902.

Vlot A. C., Dempsey D. M. A., Klessig D. F. Salicylic acid, a multifaceted hormone to combat disease //Ann. Rev. Phytopathol. 2009. V. 47. P. 177-206.

Wang C.Q., Song H. Calcium protects Trifolium repens L. seedlings against cadmium stress // Plant Cell Rep. 2009. V. 28. P. 1341-1349.

Weber M., Trampczynska A., Clemens S. Comparative transcriptome analysis of toxic metal responses in Arabidopsis thaliana and the Cd hypertolerant facultative metallophyte Arabidopsis halleri II Plant Cell Environ. 2006. V. 29. P. 950-963.

Xu J., Wang W., Yin H., Liu X., Sun H., Mi Q. Exogenous nitric oxide improves antioxidative capacity and reduces auxin degradation in roots of Medicago truncatula seedlings under cadmium stress // Plant Soil. 2010. V 326. P. 321-330.

Yannarelli G. G., Fernandez-Alvarez A. J., Santa-Cruz D. M., Tomaro M. L. Glutathione reductase activity and isoforms in leaves and roots of wheat plants subjected to cadmium stress // Phytochemistry. 2007. V. 68. P. 505-512.

Zhao F. J., Jiang R. F., Dunham S. J., McGrath S. P. Cadmium uptake, translocation and tolerance in the hyperaccumulator Arabidopsis halleri II New Phytol. 2006. V. 172. P. 646-654.

Zhigang A., Cuijie L., Yuangang Z., Yejie D., Wachter A., Gromes R., Rausch T. Expression of BjMT2, a metallothionein 2 from Brassica juncea, increases copper and cadmium tolerance in Escherichia coli and Arabidopsis thaliana, but inhibits root elongation in Arabidopsis thaliana seedlings // J. Exp. Bot. 2006. V. 57. P. 3575—3582