ПРОРОСТАННЯ СПОР ЧОЛОВІЧОЇ ПАПОРОТІ (DRYOPTERIS FILIX-MAS) ПІД ДІЄЮ ГЕКСАНОЇЛГОМОСЕРИНЛАКТОНУ
DOI: 10.17721/1728.2748.2024.98.42-46
Ключові слова:
Dryopteris filix-mas, спори, проростання, гаметофіт, гексаноїлгомосериллактон, quorum sensing.Анотація
Вступ. Рослини існують у тісній взаємодії з мікроорганізмами. Бактерії використовують особливу систему міжклітинної комунікації яка отримала назву «quorum sensing» (QS). Ця система залежить від щільності бактеріальноі популяції і координує формування відповідей на зміну умов середовища. Системам QS належить ключова роль у регуляції метаболічних і фізіологічних процесів бактеріальної клітини. Бактеріальний сигналінг сприймається еукаріотами, які утворюють симбіоз з мікробними спільнотами. Ріст і розвиток рослин, асиміляція поживних речовин, стресостійкість багато в чому визначаються характером такої взаємодії. Ключовою групою QS-взаємодії у популяції грамнегативних бактерій є ацилгомосеринлактони (AГЛ), які впливають на ріст та розвиток рослин. Вплив AГЛ на квіткові рослини був ретельно проаналізований. Є дані і щодо впливу цих речовин на гаметофіти мохів. Однак інформація щодо впливу АГЛ на представників клади папоротеподібних зовсім відсутня.
Методи. Динаміку проростання спор Dryopteris filix-mas визначали на рідкому середовищі Кнопа із вмістом 1 мкМ, 0.1 мкМ, 0.01 мкМ та 0.001мкМ С6-ГГЛ. Контроль проростання здійснювали методом світлової мікроскопії (Zeiss Axiocam MRc 5, Carl Zeiss).
Результати. В роботі вперше проаналізовано вплив гексаноїлгомосеринлактону (С6-ГГЛ), бактеріальної сигнальної молекули класу АГЛ, на проростання спор та початкові етапи розвитку гаметофітів рівноспорової папороті Dryopteris filix-mas. Було встановлено помірний стимулюючих вплив (зростання на 6%) низьких концентрацій С6-ГГЛ (0.01 мкМ та 0.001мкМ) та інгібуючий ефект (зниження на 5.7 %) більш високих концентрацій (1 мкМ, 0.1 мкМ) на проростання спор та розвиток гаметофітів.
Висновки. Результати свідчать про чутливість гаметофітів D. filix-mas до впливу АГЛ бактеріальної природи.
Посилання
Babenko, L.M., Futorna, O.A., Romanenko, К.O., Smirnov, O.E., Rogalsky, S.P., Kosakivska, I.V., Skwarek, E., & Wisniewska, M. (2024). Exogenous N-hexanoyl-L-homoserine lactone mitigates acid rain stress effects through modulation of structural and functional changes in Triticum aestivum leaf. Applied Soil Ecology, 193, 105151. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.105151
Babenko, L.M., Kosakivska, I.V., Romanenko, К.О. (2022). Molecular mechanisms of N‐acyl homoserine lactone signals perception by plants. Cell Biology International, 46:523-534. https://doi.org/10.1002/cbin.11749
Ding, L., Cao, J., Duan, Y., Li, J., Yang, Y., Yang, G., & Zhou, Y. (2016). Proteomic and physiological responses of Arabidopsis thaliana exposed to salinity stress and N-acyl-homoserine lactone. Physiol Plantar, 158: 414-434. doi:10.1111/ppl.12476
Dytham, C. (2011). Choosing and Using Statistics: A Biologist's Guide. Wiley-Blackwell. – 3nd ed.
Hartmann, A. & Schikora, A. (2012). Quorum Sensing of Bacteria and Trans-Kingdom Interactions of N-Acyl Homoserine Lactones with Eukaryotes. J. Chem. Ecol., 38, 704–713. https://doi.org/10.1007/s10886-012-0141-7
Hornschuh, M., Grotha, R., & Kutschera, U. (2002). Epiphytic bacteria associated with the bryophyte Funaria hygrometrica: Effects of Methylobacterium strains on protonema development. Plant Biol., 4, 682–687. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.105151
Joint, I., Tait, K., & Wheeler, G. (2007). Cross-kingdom signalling: Exploitation of bacterial quorum sensing molecules by the green seaweed Ulva. Philos. Trans. R. Soc. B. Biol. Sci., 362, 1223–1233. doi: 10.1098/rstb.2007.2047
Kosakivska, I.V., Babenko, L.M., Vasyuk, V.A., Voytenko, L.V., Shcherbatiuk, M.M. (2024). Natural growth regulators as inducers of resistance in cereal plants against extreme environmental factors. In: Yastreb T.O., Kolupaev Y.E., Yemets A.I., Blume Y.B. (eds.). Regulation of Adaptive Responses in Plants. New York: Nova Science Publishers, Inc.. P. 33-81.
Kutschera U. Plant-associated methylobacteria as co-evolved phytosymbionts: A hypothesis. (2007). Plant Signal. Behav, 2, 74–78. doi: 10.4161/psb.2.2.4073.
Liu, F., Bian, Z., Jia, Z., Zhao, Q., & Song, S. (2012). The GCR1 and GPA1 participate in promotion of Arabidopsis primary root elongation induced by N-acyl homoserine lactones, the bacterial quorum-sensing signals. Mol Plant-Microbe Interact. 25(5): 677-683. http://doi.org/10.1094/MPMI-10-11-0274.
Mathesius, U., Mulders, S., Gao, M., Teplitski, M., Caetano-Anolles, G., Rolfe, B.G., & Bauer, W.D. (2003). Extensive and specific responses of a eukaryote to bacterial quorum-sensing signals. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 100, No. 3, 1444-1449. https://doi.org/10.1073/pnas.262672599
Miao, C., Liu, F., Zhao, Q., Jia, Z., & Song, S. (2012). A proteomic analysis of Arabidopsis thaliana seedling responses to 3-oxo-octanoyl-homoserine lactone, a bacterial quorum-sensing signal. Biochem Biophys Res Commun. 427: 293-298. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2012.09.044
Moshynets, O.V., Babenko, L.M., Rogalsky, S.P., Iungin, O.S., Foster, J., Kosakivska, I.V., Potters, G., & Spiers A.J. (2019) Priming winter wheat seeds with the bacterial quorum sensing signal N-hexanoyl-L-homoserine lactone (C6-HSL) shows potential to improve plant growth and seed yield. PLOS ONE, 14(2), e0209460. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0209460
Ortiz-Castro, R.A, Martinez-Trujillo, M.I., Lуpez-Bucio, J.O. (2008). N-acyl-L-homoserine lactones: a class of bacterial quorum-sensing signals alter post-embryonic root development in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Environ. 31(10): 1497-1509. https://doi.org/ 10.1111/j.1365-3040.2008.01863.x
Prigge, M.J., & Bezanilla, M. (2010). Evolutionary crossroads in developmental biology: Physcomitrella patens. Development, 137, 3535–3543. doi: 10.1242/dev.049023
von Rad, U., Klein, I., Dobrev, P.I., Kottova, J., Zazimalova, E., Fekete, A., Hartmann, A., Schmitt-Kopplin, P., & Durner, J. (2008). Response of Arabidopsis thaliana to N-hexanoyl-DL-homoserine-lactone, a bacterial quorum sensing molecule produced in the rhizosphere. Planta, 229(1): 73-85. https://doi.org/10.1007/s00425-008-0811-4
Schikora, A., Schenk, S.T., & Hartmann, A. (2016). Beneficial effects of bacteria-plant communication based on quorum sensing molecules of the N-acyl homoserine lactone group. Plant Mol. Biol., 90, 605–612. doi: 10.1007/s11103-016-0457-8
Shrestha, A., Grimm, M., Ojiro, I., Krumwiede, J., & Schikora, A. (2020). Impact of Quorum Sensing Molecules on Plant Growth and Immune System. Frontiers in microbiology, 11, 1545. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01545
Singh, R.P., Baghel, R.S., Reddy, C.R.K., & Jha, B. (2015) Effect of quorum sensing signals produced by seaweed-associated bacteria on carpospore liberation from Gracilaria dura. Front. Plant Sci., 6, 117. doi: 10.3389/fpls.2015.00117. eCollection 2015
Song, S., Jia, Z., Xu, J., Zhang, Z., & Bian, Z. (2011) N-butyryl-homoserine lactone, a bacterial quorum-sensing signaling molecule, induces intracellular calcium elevation in Arabidopsis root cells. Biochem Biophys Res Commun., 414(2): 355-360. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.09.076
Twigg, M.S., Tait, K., Williams, P., Atkinson, S., & Cámara, M. (2014) Interference with the germination and growth of Ulva zoospores by quorum-sensing molecules from Ulva-associated epiphytic bacteria. Environ. Microbiol. 16, 445–453.
Vesty, E.F., Whitbread, A.L., & Needs, S. (2020). Cross-kingdom signalling regulates spore germination in the moss Physcomitrella patens. Sci Rep. 10, 2614. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59467-5
Wheeler, G.L., Tait, K., Taylor, A., Brownlee, C., & Joint, I. (2006) Acyl-homoserine lactones modulate the settlement rate of zoospores of the marine alga Ulva intestinalis via a novel chemokinetic mechanism. Plant, Cell Environ., 29, 608–618. doi: 10.1111/j.1365-3040.2005.01440.x
