danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-3-317-324dan-618Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYВлияние экзогенного β-1,3-глюкана на величину pH апопласта и цитоплазмы в тканях здоровых и инфицированных Bipolaris sorociniana (Sacc.) Shoem. проростках ячменя (Hordeum vulgare L.)Influence of exogenous β-1,3-glucane on the pH level of apoplast and cytoplasm in healthy and Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. seedlings of barley (Hordeum vulgare L.)-infected tissuesСавченкоГ. Е.SavchenkoG. E.

Савченко Галина Евсеевна – канд. биол. наук, доцент, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск, Республика Беларусь

Savchenko Galina Evseevna – Ph. D. (Biology), Associated professor, Senior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

gesavchenko@gmail.comБачищеТ. С.BachyshchaT. S.

Бачище Татьяна Сергеевна – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск, Республика Беларусь

Bachyshcha Tatsiana Sergeevna – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

tatsiana.bachyshcha@gmail.comКабашниковаЛ. Ф.KabashnikovaL. F.

Кабашникова Людмила Федоровна – член-корреспондент, д-р биол. наук, доцент, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, Минск, Республика Беларусь

Kabashnikova Liudmila Fedorovna – Corresponding Member, D. Sc. (Biology), Associated professor, Head for the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

kabashnikova@ibp.org.byИнститут биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus201927062019633317324Copyright © Савченко Г.Е., Бачище Т.С., Кабашникова Л.Ф., 20192019Савченко Г.Е., Бачище Т.С., Кабашникова Л.Ф.Savchenko G.E., Bachyshcha T.S., Kabashnikova L.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/618

С помощью рН-чувствительных зондов FITC-декстрана и пиранина исследовали механизмы действия β-1,3-глюкана из эвглены (Euglena gracilis) на уровне изменений рН вне и внутри клетки в тканях листа 7-дневных проростков ячменя in vivo. Установлено, что инкубация листьев ячменя, отделенных от корней, на растворе β-1,3-глюкана (0,01 %) в течение 40 мин не вызывала закисления цитоплазмы как типичного неспецифического ответа растения на раневой стресс. Инокуляция интактных проростков спорами гриба Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. приводила к защелачиванию апопласта на 1,7 единиц рН, а предобработка проростков β-1,3-глюканом за сутки до грибного заражения способствовала его закислению на 1,04 единиц по сравнению с инфицированным вариантом, что свидетельствует об усилении работы АТФаз, выкачивающих протоны из цитоплазмы в апопласт. Проведенные исследования способствуют подбору оптимальных концентраций β-1,3-глюкана для иммуномодулирующих смесей.

Еffects of β-1,3-glucan from euglena (Euglena gracilis) were studied in vivo by evaluating pH changes outside and inside the cell in the tissues of the 7-day leaves of barley seedlings with the use of pH-sensitive probes of FITC-dextran and pyranine. It was found that the incubation of barley leaves separated from the roots in the solution of β-1,3-glucan (0.01 %) for 40 min did not cause acidification of cytoplasm as a typical nonspecific plant response to wound stress. The inoculation of intact seedlings with Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. spores resulted in alkalization of apoplast by 1.7 pH units, and pretreatment of seedlings with β-1,3-glucan a day before the fungal infection promoted its acidification (1.04 pH units) compared to the infected variant, indicating an increased performance of ATPase, which pumped protons from cytoplasm into apoplast. The conducted studies contribute to the selection of optimal concentrations of β-1,3-glucan for immunomodulatory mixtures.

яровой ячменьβ-13-глюканрН апопластарН цитоплазмыфлуоресценцияFITCпиранинHordeum vulgare L.Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoembarleyβ-13-glucanepH of apoplastpH of cytoplasmfluorescenceFITC-dextranpyranineHordeum vulgare L.Bipolaris sorokiniana (Sacc.) ShoemReferencesПоликсенова, В. Д. Индуцированная устойчивость растений к патогенам и абиотическим стрессовым факторам (на примере томата) / В. Д. Поликсенова // Вестн. БГУ. Сер. 2. – 2009. – № 1. – С. 48–60.Poliksenova V. D. Induced resistance of plants to pathogens and abiotic stress factors. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 2 [Bulletin of the Belarusian State University. Series 2], 2009, no. 1, pp. 48–60 (in Russian).Лукьянчук, В. Д. Бета-глюканы как основа создания средств иммуномодулирующего действия / В. Д. Лукьянчук, Е. М. Мищенко, М. Н. Бабенко // Український медичний часопис. – 2011. – № 5 (85). – С. 92–93.Lukianchuk V. D., Mischenko E. M., Babenko M. N. Beta-glucans as the basis for the creation of immunomodulatory agents. Ukraїnskiy medichniy chasopis [Ukrainian Medical Journal], 2011, no. 5 (85), pp. 92–93 (in Russian).An ancient enzyme domain hidden in the putative beta-glucan elicitor receptor of soybean may play an active part in the perception of pathogen-associated molecular patterns during broad host resistance / J. Fliegmann [et al.] // J. Biol. Chem. – 2004. – Vol. 279, N 2. – P. 1132–1140. https://doi.org/10.1074/jbc.m308552200Fliegmann J., Mithöfer A., Wanner G., Ebel J. An ancient enzyme domain hidden in the putative beta-glucan elicitor receptor of soybean may play an active part in the perception of pathogen-associated molecular patterns during broad host resistance. Journal of Biological Chemistry, 2004, vol. 279, no. 2, pp. 1132–1140. https://doi.org/10.1074/jbc.m308552200linear beta-1,3 glucans are elicitors of defense responses in tobacco / o. klarzynski [et al.] // Plant Physiol. – 2000. – Vol. 124, N 3. – P. 1027–1038. https://doi.org/10.1104/pp.124.3.1027Klarzynski O., Plesse B., Joubert J. M., Yvin J. C., Kopp M., Kloareg B., Fritig B. Linear beta-1,3 glucans are elicitors of defense responses in tobacco. Plant Physiology, 2000, vol. 124, no. 3, pp. 1027–1038. https://doi.org/10.1104/pp.124.3.1027Elicitor-active oligosaccharides from algal laminaran stimulate the production of antifungal compounds in alfalfa / A. Kobayashi [et al.] // Zeitschrift für Naturforschung. – 1993. – Vol. 48, N 7–8. – P. 575–579. https://doi.org/10.1515/znc-1993-7-808Kobayashi A., Tai A., Kanzaki H., Kawazu K. Elicitor-active oligosaccharides from algal laminaran stimulate the production of antifungal compounds in alfalfa. Zeitschrift für Naturforschung, 1993, vol. 48, no. 7–8, pp. 575–579. https://doi.org/10.1515/znc-1993-7-808Кабашникова, Л. Ф. Молекулярные механизмы взаимодействия растений и фитопатогенов: врожденный иммунитет / Л. Ф. Кабашникова // Журн. Белорусского государственного ун-та. Экология. – 2018. – № 2. – С. 26–37.Kabashnikova L. F. Molecular mechanisms of plants and phytopatogens interaction: innate immunity. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Ekologiya = Journal of the Belorussian State University. Ecology, 2018, no 2, pp. 26–37 (in Russian).Пересыпкин, В. Ф. Атлас болезней полевых культур / В. Ф. Пересыпкин. – Киев, 1981. – 248 с.Peresypkin V. F. Atlas of diseases of field crops. Kiyev, 1981. 248 p. (in Russian).PH regulation in apoplastic and cytoplasmic cell compartments of leaves / G. Savchenko [et al.] // Planta. – 2000. – Vol. 211, N 2. – P. 246–255. https://doi.org/10.1007/s004250000280Savchenko G., Wiese C., Neimanis S., Hedrich R., Heber U. PH regulation in apoplastic and cytoplasmic cell compartments of leaves. Planta, 2000, vol. 211, no. 2, pp. 246–255. https://doi.org/10.1007/s004250000280Sjoback, R. Absorbtion and fluorescence properties of fluorescein / R. Sjoback, J. Nygren, M. Kubista // Spectrochimica acta. Part A. – 1995. – Vol. 51, N 6. – P. 7–21. https://doi.org/10.1016/0584-8539(95)01421-pSjoback R., Nygren J., Kubista M. Absorbtion and fluorescence properties of fluorescein. Spectrochimica acta. Part A, 1995, vol. 51, no. 6, pp. 7–21. https://doi.org/10.1016/0584-8539(95)01421-pСавченко, Г. Е. Способ определения рН в апопласте листьев растений злаков / Г. Е. Савченко, Л. В. Пашкевич, Ю. А. Власова // Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем: сб. ст. в 2 ч. – Минск, 2014. – Ч. 2. – С. 53–55.Savchenko G. E., Pashkevich L. V., Vlasova Yu. A. Method for determination of pH in the apoplast of leaves of cereal plants. Molekulyarnyye, membrannyye i kletochnyye osnovy funktsionirovaniya biosistem [Molecular, membrane and cellular basis of functioning of biosystems]. Minsk, 2014, vol. 2, pp. 53–55 (in Russian).Savchenko, G. E. Effect of exogenous β-amino butyric acid on exo- and endo-cellular pH and redox state of ascorbate in leaves of barley seedlings (Hordeum vulgare L.) / G. E. Savchenko, L. F. Kabashnikova, L. M. Abramchik // Genetics and Plant Physiology. – 2016. – Vol. 6, N 3–4. – P. 158–166.Savchenko G. E., kabashnikova L. F., Abramchik L. M. Effect of exogenous β-amino butyric acid on exo- and endo-cellular pH and redox state of ascorbate in leaves of barley seedlings (Hordeum vulgare l.). Genetics and Plant Physiology, 2016, vol. 6, no. 3–4, pp. 158–166.Катичева, Л. А. Количественное определение изменений рН при генерации потенциалов возбуждения в стебле высшего растения методом спектрофлуориметрии / Л. А. Катичева, Е. К. Акинчиц, В. А. Воденеев // Вестн. Нижегородского ун-та им. Н. И. Лобачевского. – 2012. – № 3 (1). – С. 118–121.Katicheva L. A., Akinchits E. K., Vodeneev V. A. Quantitation of pH changes in a higher plant stem at generation of excitation potentials using the spectrofluorimetric method. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobachevskogo = Vestnik of Lobachevsky University of Nizhni Novgorod, 2012, vol. 3, no. 1, pp. 118–121 (in Russian).Giuliano, K. A. Determination of intracellular pH of BAlB/c-3T3 cells using the fluorescence of pyranine / K. A. Giuliano, R. J. Gilles // Anal. Biochim. – 1987. – Vol. 167, N 2. – Р. 362–371. https://doi.org/10.1016/0003-2697(87)90178-3Giuliano K. A., Gilles R. J. Determination of intracellular pH of BAlB/c-3T3 cells using the fluorescence of pyranine. Analytical Biochemistry, 1987, vol. 167, no. 2, pp. 362–371. https://doi.org/10.1016/0003-2697(87)90178-3Куличихин, К. Ю. Активность ферментов биохимического рH-стата в кончиках корней злаков в условиях кислородной недостаточности / К. Ю. Куличихин, Т. В. Чиркова, К. В. Фагерстедт // Физиология растений. – 2009. – Т. 56, № 3. – С. 418–430.Kulichikhin K. Y., Fagerstedt K. V., Chirkova T. V. Activity of biochemical pH-stat enzymes in cereal root tips under oxygen deficiency. Russian Journal of Plant Physiology, 2009, vol. 56, no. 3, pp. 377–388.Особенности регуляции вакуолярной Н+ –АТФазы растительных клеток / А. А. Кирпичникова [и др.] // Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Сер. 3. – 2016. – Вып. 2. – С. 149–160.Kirpichnikova A. A., Chen T., Romanyuk D. A., Yemelyanov V. V., Shishova M. F. Peculiar features of plant cell vacuolar H+-ATPase regulation. Vestnik Sant-Peterburgskogo universiteta. Seriya 3 = Vestnik of Saint Petersburg University. Series 3, 2016, vol. 2, pp. 149–160 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.