CC BY
63
УДК 581.1
РОЛЬ ПРОТЕОМНЫХ И ФОСФОПРОТЕОМНЫХ ПЕРЕСТРОЕК В ПРОЯВЛЕНИИ РОСТСТИМУЛИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ 24-ЭПИБРАССИНОЛИДА НА РАСТЕНИЯ ПШЕНИЦЫ
© А. М. Авальбаев1, Р. А. Юлдашев1, К. А. Федорова1, Н. В. Петрова2, Ф. Г. Каримова2, Ф. М. Шакирова1*
1Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр.Октября, 71.
2Институт биохимии и биофизики Казанского научного центра РАН Россия, Республика Татарстан, 420111 г. Казань, ул. Лобачевского, 2/31.
Тел./факс: +7 (347) 235 60 88.
*Еmail: shakirova@anrb.ru Исследовали влияние 24-эпибрассинолида (ЭБ) в оптимальной в стимуляции роста концентрации 0.4 мкМ на распределение пула растворимых белков и уровень тирозинового фос-форилирования полипептидов проростков пшеницы (Triticum aestivum L.). Анализ белков с помощью двумерного электрофореза и последующим иммуноблоттингом с использованием высокоспецифичных антител (PY20) позволил выявить 45 фосфотирозиновых белков, уровень фос-форилированности большинства из которых менялся под действием ЭБ. Гормон-индуцированные изменения фосфорилирования этих белков, вероятно, вносят вклад в стимуляцию роста проростков пшеницы под влиянием 24-эпибрассинолида.
Ключевые слова: 24-эпибрассинолид, посттрансляционные модификации белков, фосфо-рилирование белков по тирозину, Triticum aestivum L.
Введение
Брассиностероиды (БС) - фитогормоны стероидной природы, пристальное внимание к которым вызвано их широким спектром физиологического действия на различные растительные организмы, которое можно подразделить на ярко выраженный ростстиму-лирующий и защитный по отношению к неблагоприятным факторам эффекты [1-3]. Сведения об участии БС в регуляции разнообразных физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности растений [4], указывают на активное влияние этих фито-гормонов на метаболизм клеток, центральным звеном которого является синтез белка. Вместе с тем, следует отметить, что в настоящее время протеомный анализ находит все большее применение для изучения механизмов действия фитогормонов [5]. Однако, знания о спектре белков, вовлеченных в реализацию физиологического действия БС в растениях, пока ограничены. Так, протеомный анализ влияния брассинолида на растения арабидопсиса выявил 42 чувствительных к обработке гормоном полипептида, которые, вероятно, вовлекаются в такие регулируемые БС процессы в клетке, как передача сигналов, перестройки цитоскелета, везикулярный обмен, а также биосинтез гормонов и витаминов [6]. В то же время, были идентифицированы белки, вовлекающиеся в регуляцию БС роста растений риса [7], а также в защитный эффект брассинолида на плоды манго при холодовом стрессе [8].
Вместе с тем, в настоящее время особый интерес вызывает исследование молекулярных механизмов сигналлинга БС [1, 9]. Хорошо известна ключевая роль фосфорилирования/дефосфорилирования белков в преобразовании и передаче сигналов в клетке [10, 11]. Фосфорилирование белков происходит преимущественно по остаткам серина, треонина, гистидина и тирозина [12]. Несмотря на то, что тирозиновое фос-форилирование у растений менее изучено, чем сери-новое и треониновое, и составляет относительно не-
большую долю от общего фосфорилирования, исследования последнего времени показали, что оно играет важную роль в распознавании и дальнейшем формировании ответа клеток на внеклеточные сигналы, в том числе на обработку фитогормонами [12-14]. Так, есть сведения о важной роли тирозинового фосфори-лирования в сигналлинге БС [15, 16]. Кроме того, проведено исследование влияния БС на тирозиновый фосфопротеом растворимых белков листьев гороха [17], а MALDI-TOF MS анализ полипептидов позволил идентифицировать некоторые белки, относящиеся к ферментам темновой стадии фотосинтеза [18].
Ранее нами были получены данные о стимуляции ростовых процессов проростков пшеницы в ходе их обработки 24-эпибрассинолидом (ЭБ), одним из активных представителей брассиностероидов [19]. Полученные данные свидетельствуют в пользу воздействия ЭБ на белковый обмен в растениях пшеницы. Однако работ, посвященных комплексному изучению влияния брассиностероидов на протеом и фосфопро-теом растений пшеницы, в литературе нам обнаружить не удалось.
В связи с этим, цель работы заключалась в изучении действия ЭБ на содержание растворимых белков растений пшеницы, уровень их фосфорилирова-ния по тирозину и выяснении значения фосфорилиро-ванности полипептидов в проявлении ростстимули-рующего действия этого гормона.
Материалы и методы
Работу проводили на 4-суточных проростках пшеницы Triticum aestivum Ь. сорта Башкирская 26. Семена после стерилизации проращивали на све-топлощадке в кюветах на фильтровальной бумаге, смоченной водой, при 22-24 °С, 16-часовом световом дне и освещенности 15 клк. После отделения эндосперма проростки помещали на раствор 2%-ной сахарозы на сутки для снятия раневого эффекта, после чего проростки переносили на 24 ч на среду, содер-
жащую смесь 2% сахарозы и 0.4 мкМ 24-эпибрассинолида. Контрольные проростки выдерживались на 2% сахарозе.
Для анализа использовали побеги, которые отделяли от корней и фиксировали в жидком азоте. Экстракцию растворимых белков проводили с помощью буфера, содержащего: 50 мМ Hepes-KOH, рН 7.5; 1 мМ дитиотрейтол (ДТТ); 1 мМ фенилметилсульфо-нилфторид; 10 мМ ЭГТА; 0.1 мМ ортованадат натрия; 1 мМ теофиллин и 3% поливинилпирролидон.
Гомогенат центрифугировали при 12000 g и 4°С в течение 10 мин. Белки супернатанта осаждали ледяным 80% ацетоном, промывали 3 раза ледяным ацетоном и растворяли в изофокусирующем буфере (8 М мочевина, 2 М тиомочевина, 4% CHAPS (3-[(3-холамидопропил) диметиламмоний] -1-пропансульфонат), 30 мМ ДТТ, 0.3% амфолиты, pH 310, 20 мМ Трис-буфер солевой с Твином 20.
Белки разделяли методом двумерного электрофореза (2DE), количество нанесенного белка составляло 150 мкг. Для выявления белков, фосфорилиро-ванных по тирозину, использовали иммуноблоттинг с антителами PY20 ("Amersham", Англия), согласно [17]. Удельное фосфорилирование белков по тирозину выражали как отношение оптической плотности фосфорилированного белка (хемилюминесценции) на рентгеновской пленке к оптической плотности того же самого белка на мембране, окрашенной Кумасси R-250, с использованием программы Flicker (http://open2dprot.sourceforge.net/Flicker) и пакета программ Excel.
Эксперименты проводили в двух-трех повторно-стях; приведены результаты типичного опыта.
Результаты и их обсуждение
Ранее нами было выявлено ярко выраженное ростстимулирующее действие 24-эпибрассинолида на растения пшеницы [19, 20], что свидетельствует об его активном влиянии на метаболизм клеток, в основе которого лежит воздействие фитогормона на протеом. На рис. 1 представлена картина разделения методом двумерного электрофореза растворимых белков побегов проростков пшеницы в контрольном варианте
(рис. 1а) и при 24-часовом выдерживании на растворе ЭБ концентрации 0.4 мкМ, оптимальной в стимуляции роста растений пшеницы (рис. 1б). Проведение 20Б в диапазоне рН 3-10 позволило на электрофореграмме выявить свыше сотни растворимых белков в побегах проростков (рис. 1). Анализ интенсивности окраски белковых пятен показал, что ЭБ вызывает увеличение содержания большого количества белков в широком диапазоне молекулярных масс и изоэлектрических точек (рис. 1б). При этом качественных изменений в спектре выявленных белков по сравнению с контролем не обнаружено, хотя, не исключена возможность обнаружения каких-либо именно ЭБ-индуцированных белков при увеличении разрешающей способности 2БЕ. Наиболее сильное усиление интенсивности окраски пятен белков обнаружено в областях, помеченных на рисунке окружностями (рис. 1). Таким образом, выявленная нами ранее ЭБ-индуцированная стимуляция роста растений может являться следствием изменения количественного уровня ряда белков под действием гормона. Следует сказать, что в настоящее время протеомный анализ активно используется для исследования молекулярных механизмов действия фитогормонов [21]. Существует много данных о вовлечении БС в процессы роста на уровне регуляции транскрипции генов и активности ферментов, задействованных в делении и растяжении клеток [9, 22]. В то же время, комплексных исследований по изучению спектра белков, вовлеченных в реализацию ростсти-мулирующего действия БС в растениях, явно недостаточно. Как упоминалось выше, в растениях арабидоп-сиса и риса обнаружены и идентифицированы белки, которые вовлекаются в стимуляцию БС растяжения клеток [7, 23]. В настоящей работе мы впервые провели протеомный анализ по изучению влияния 24-эпибрассинолида на распределение и содержание растворимых белков растений пшеницы. Вместе с тем, помимо получения общей картины влияния ЭБ на протеомные перестройки, очень важно знать, какие именно белки вовлекаются в ответ растений пшеницы на действие ЭБ, что является задачей наших будущих исследований.
Рост и развитие растений осуществляется через
Рис. 1. Разделение растворимых полипептидов побегов 4-суточных проростков пшеницы при помощи 2DE.
а - контроль; б - 0.4 мкМ ЭБ.
Рис. 2. Фосфорилирование по тирозину растворимых полипептидов побегов 4 суточных проростков пшеницы.
а - контроль; б - 0.4 мкМ ЭБ.
регуляцию активности задействованных в этом процессе белков. Регуляция активности полипептидов может происходить на уровне их посттрансляционных модификаций, в частности, фосфорилирования [14]. Фосфорилирование белков по остаткам тирозина менее изучено, чем по остаткам серина и треонина, но недавние исследования показали его важный вклад в регуляцию целого ряда процессов у растительных организмов [12-14]. Поэтому далее представлялось интересным провести анализ действия ЭБ на уровень тирозинового фосфорилирования растворимых белков проростков пшеницы. При изучении фосфорилирова-ния белков по тирозину в контрольном варианте нами было выявлено 39 полипептидов, причем 14 из них (№№ 2, 13, 20-22, 30, 31, 34-36, 39, 40, 43 и 44) обладали высоким уровнем фосфорилирования, остальные белки характеризовались меньшим уровнем фосфори-лирования по тирозину (рис. 2а). Воздействие ЭБ приводило к существенному изменению фосфорилирова-ния по тирозину большинства выявленных полипептидов (рис. 2б). При подсчете удельного тирозинового фосфорилирования обнаруженных фосфотирозиновых полипептидов было обнаружено заметное повышение уровня фосфорилирования белков №№ 1, 2, 6, 7, 10, 17-19, 27-31, 34, 37, 38, 41, 45 (табл.). Вместе с тем, происходило снижение уровня фосфорилирования по тирозину полипептидов №№ 9, 13, 20, 22. 25, 35, 36, 43 (табл.). Более того, при инкубировании проростков на растворе ЭБ выявлялись новые фосфотирозиновые белки №№ 4, 5, 12, 15, 16 и 42 (рис. 2б), которые не фосфорилировались в контрольном варианте. В то же время, в варианте с обработкой гормоном наблюдалось дефосфорилирование полипептидов № 8 и № 24 (рис. 2б). (Для фосфотирозиновых полипептидов №№ 3-5, 11, 12, 14, 23, 26, 32 и 33 расчет удельного фос-форилирования произведен не был, так как на мембранах эти белки не обнаруживались.).
Полученные данные указывают на то, что в проростках пшеницы имеется достаточно большое количество белков, фосфорилирующихся по тирозину, что свидетельствует о важной роли этого типа фосфори-лирования в регуляции метаболизма клеток растений
пшеницы. Вместе с тем, под влиянием ЭБ происходило изменение (преимущественно, увеличение) уровня тирозинового фосфорилирования обнаруженных полипептидов, а также было выявлено увеличение числа фосфотирозиновых белков, что свидетельствует о важной роли тирозинового фосфорилирования в проявлении физиологического действия этого фитогор-мона. Ранее в работах Фединой с коллегами [17, 18] было продемонстрировано влияние ЭБ на тирозиновое фосфорилирование растворимых белков листьев гороха. Методом 2DE и последующим иммуноблоттингом было выявлено 44 фосфотирозиновых полипептида, а воздействие ЭБ приводило к изменению удельного фосфорилирования обнаруженных полипептидов [18], что в целом сопоставимо с полученными нами данными. Однако в растениях гороха под действием ЭБ не было зарегистрировано каких-либо изменений в количестве фосфотирозиновых полипептидов [18] в отличие от полученных нами данных. Возможно, обнаруженные различия в действии ЭБ на фосфорили-рование белков связаны со временем инкубации растений на ЭБ: в цитируемой работе оно составило 20 минут, тогда как в нашей работе - 24 ч. Вместе с тем, весьма интересен обнаруженный Фединой с коллегами [18] факт увеличения под влиянием ЭБ уровня тирозинового фосфорилирования некоторых ферментов цикла Кальвина - изоформ малой и большой субъединиц рибулозобисфосфат карбоксилазы (РБФК), предшественника РБФК-связывающего белка и изо-ферментов фруктозо-1,6-бисфосфат альдолазы. Эти данные вносят дополнительный вклад в понимание повышения интенсивности фотосинтеза и, соответственно, стимуляции роста и продуктивности растений под влиянием стероидных фитогормонов брасси-ностероидов.
В литературе хорошо известно, что тирозиновое фосфорилирование полипептидов занимает относительно небольшую долю от общего фосфорилирова-ния [24]. Тем не менее, в литературе отмечается ключевая роль тирозинового фосфорилирования в регуляции важнейших физиологических процессов в клетках, в частности, деления и дифференцировки клеток,
Таблица
Влияние 0.4 мкМ 24-эпибрассинолида на удельное тирозиновое фосфорилирование растворимых белков побегов 4-суточных проростков пшеницы, раз_деленных методом 2РЕ_
№ пятна на 2D-геле Контроль ЭБ
1 0.1 0.6
2 2.5 6.0
6 0.1 0.7
7 0.1 0.9
8 0.9 -
9 1.5 0.7
10 2.4 2.9
13 4.1 2.5
15 - 0.2
16 - 0.7
17 0.1 0.6
18 0.2 0.8
19 0.3 1.1
20 2.7 2.1
21 8.0 7.9
22 2.8 0.5
24 1.0 -
25 1.8 1.0
27 0.2 2.0
28 0.3 1.4
29 0.5 2.3
30 6.3 15.1
31 5.5 8.0
34 1.4 4.0
35 1.9 0.8
36 3.6 3.2
37 0.7 0.9
38 1.1 2.5
39 4.3 4.1
40 2.7 2.8
41 1.4 2.9
42 - 2.1
43 3.0 1.7
44 2.8 2.8
45 0.3 0.5
* Знак (-) - в данном варианте белок не фосфорилирован по тирозину.
поддержания клеточного гомеостаза [25, 26]. Вероятно, обнаруженные нами фосфотирозиновые белки играют важную роль в проявлении физиологического действия ЭБ на растения пшеницы, в частности, его ярко выраженного ростстимулирующего действия. Так, вызывают особый интерес полипептиды (№№ 35, 11, 12, 14, 23, 26, 32, 33), которые фосфорилирова-лись по тирозину (рис. 2), однако они не выявлялись на мембранах (рис. 1), причем фосфотирозиновые белки № 4, 5, 12 появлялись уже после обработки гормоном (рис. 2б). Судя по их визуальному отсутствию на мембранах, содержание этих белков невелико, поэтому можно предположить, что эти белки, вероятно, выполняют регуляторную функцию, в том числе могут служить факторами транскрипции. Вместе с тем, предварительное сопоставление полученных нами 2Б-электрофореграмм пшеницы с таковыми гороха (представленные в работах [17, 18]) позволяет
предполагать с большой долей вероятности, что полипептид № 6 является малой субъединицей, а полипептид № 37 - большой субъединицей РБФК, ключевого фермента фотосинтеза. В литературе есть данные о положительном влиянии БС на интенсивность процесса фотосинтеза, которое сопровождается стимуляцией роста и увеличением продуктивности растений [27, 28]. Это может быть связано с усилением экспрессии генов малой и большой субъединиц РБФК, а также увеличением активности этого фермента [28]. Вероятно, тирозиновое фосфорилирование малой и большой субъединиц РБФК может выступать в качестве одного из механизмов регуляции формирования полного комплекса РБФК и его активности. Так, есть данные, что малые субъединицы ассоциируются с большими субъединицами с образованием активного комплекса РБФК только в случае их фосфорилирова-ния [11]. Более того, есть сведения, что фосфорилиро-вание предшественников малых субъединиц РБФК увеличивает скорость их транспорта в хлоропласты [29]. Вместе с тем, безусловно, необходимо провести более точную идентификацию выявленных нами фос-фотирозиновых полипептидов пшеницы методом MALDI-TOF MS, что также является важной задачей будущих исследований.
Таким образом, обработка ЭБ в целом способствует интенсификации белкового спектра проростков пшеницы и изменению фосфорилирования белков по тирозину. Полученные данные могут свидетельствовать в пользу важной роли брассиностероидов в регуляции активации белкового метаболизма, лежащего в основе стимуляции под их влиянием роста и развития растений.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-04-00731_a).
ЛИТЕРАТУРА
1. Hao J., Yin Y., Fei S. Z. Brassinosteroid signaling network: implications on yield and stress tolerance // Plant Cell Reports. 2013. V. 32. P. 1017-1030.
2. Fariduddin Q., Yusuf M., Ahmad I., Ahmad A. Brassinoster-oids and their role in response of plants to abiotic stresses // Biologia Plantarum. 2014. V. 58. P. 9-17.
3. Zhang C., Bai M., Chong K. Brassinosteroid-mediated regulation of agronomic traits in rice // Plant Cell Reports. 2014. V. 33. P. 683-696.
4. Gruszka D. The brassinosteroid signaling pathway - new key players and interconnections with other signaling networks crucial for plant development and stress tolerance // International Journal of Molecular Sciences. 2013. V. 14. P. 87408774.
5. Chen F., Jiang L., Zheng J., Huang R., Wang H., Hong Z., Huang Y. Identification of differentially expressed proteins and phosphorylated proteins in rice seedlings in response to strigolactone treatment // PLoS ONE. 2014. 9(4):e93947. doi:10.1371/journal.pone.0093947
6. Deng Z., Zhang X., Tang W., Oses-Prieto J. A., Suzuki N., Gendron J. M., Chen H., Guan S., Chalkley R. J., Peterman T. K., Burlingame A. L., Wang Z.-Y. A proteomic study of brassinosteroid response in arabidopsis // Molecular & Cellular Proteomics. 2007. V. 6. P. 2058-2071.
7. Wang F., Bai M. Y., Deng Z., Oses-Prieto J. A., Burlingame A. L., Lu T., Chong K., Wang Z. Y. Proteomic study identifies proteins involved in brassinosteroid regulation of rice growth // Journal of Integrative Plant Biology. 2010. V. 52. P. 1075-1085.
8. Li B., Zhang C., Cao B., Qin G., Wang W., Tian S. Brassino-lide enhances cold stress tolerance of fruit by regulating plas-
ma membrane proteins and lipids // Amino Acids. 2012. V. 43. P. 2469-2480.
9. Zhu J. Y., Sae-Seaw J., Wang Z. Y. Brassinosteroid signaling // Development. 2013. V. 140. P. 1615-1620.
10. Тарчевский И. А. Сигнальные системы клеток растений. Москва: Наука, 2002. 296 с.
11. Wang Y., Wang Y., Zhao Y. B., Chen D. M., Han Z. H., Zhang X. Z. Protein phosphorylation differs significantly among ontogenetic phases in Malus seedlings // Proteome Science. 2014. 12:31. doi:10.1186/1477-5956-12-31
12. Mithoe S. C., Menke F. L.H. Phosphoproteomics perspective on plant signal transduction and tyrosine phosphorylation // Phytochemistry. 2011. V. 72. P. 997-1006.
13. Каримова Ф. Г. Тирозиновое фосфорилирование белков // Клеточная сигнализация. Казань: Фэн, 2010. С. 37-45.
14. Ghelis T. Signal processing by protein tyrosine phosphorylation in plants // Plant Signaling & Behavior. 2011. V. 6. P. 942-951.
15. Oh M. H., Clouse S. D., Huber S. C. Tyrosine phosphorylation in brassinosteroid signaling // Plant Signaling & Behavior. 2009. V. 4. P. 1182-1185.
16. Jaillais Y., Hothorn M., Belkhadir Y., Dabi T., Nimchuk Z. L., Meyerowitz E. M., Chory J. Tyrosine phosphorylation controls brassinosteroid receptor activation by triggering membrane release of its kinase inhibitor // Genes & Development. 2011. V. 25. P. 232-237.
17. Федина Е. О., Каримова Ф. Г., Тарчевский И. А. Влияние брассинолида на тирозиновое фосфорилирование белков листьев гороха // Биохимия. 2006. Т. 71. Вып. 4. С. 525-532.
18. Федина Е. О., Каримова Ф. Г., Тарчевский И. А., Торопы-гин И. Ю., Хрипач В. А. Влияние эпибрассинолида на фосфорилирование по тирозину некоторых ферментов цикла Кальвина // Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 210-218.
19. А. М. Авальбаев, Р. А. Юлдашев, Р. А. Фатхутдинова, Ф. А. Урусов, Ю. В. Сафутдинова, Ф. М. Шакирова. Влияние 24-эпибрассинолида на гормональный статус растений пшеницы при действии хлорида натрия // Прикладная биохимия и микробиология. 2010. Т. 46. С. 109-112.
20. F. M. Shakirova, A. M. Avalbaev, M. V. Bezrukova, R. A. Fatkhutdinova, D. R. Maslennikova, R. A. Yuldashev, Ch.R.
Allagulova, O. V. Lastochkina. Hormonal intermediates in the protective action of exogenous phytohormones in wheat plants under salinity // Phytohormones and Abiotic Stress Tolerance in Plants. Springer - Verlag Berlin Heidelberg, 2012. P. 185228.
21. Ghelis T., Bolbach G., Clodic G., Habricot Y., Miginiac E., Sotta B., Jeannette E. Protein tyrosine kinases and protein ty-rosine phosphatases are involved in abscisic acid-dependent processes in Arabidopsis seeds and suspension cells // Plant Physiology. 2008. V. 148. P. 1668-1680.
22. Mussig C., Fischer S., Altmann T. Brassinosteroid-regulated gene expression // Plant Physiology. 2002. V. 129. P. 12411251.
23. Tang W., Deng Z., Oses-Prieto J. A., Suzuki N., Zhu S., Zhang X., Burlingame A. L., Wang Z. Y. Proteomics studies of brassinosteroid signal transduction using prefractionation and two-dimensional DIGE // Molecular & Cellular Prote-omics. 2008. V. 7. P. 728-738.
24. Sugiyama N., Nakagami H., Mochida K., Daudi A., Tomita M., Shirasu K., Ishihama Y. Large-scale phosphorylation mapping reveals the extent of tyrosine phosphorylation in Ar-abidopsis // Molecular Systems Biology. 2008. 4:193. doi:10.1038/msb.2008.32
25. Hunter T. Tyrosine phosphorylation: thirty years and counting // Current Opinion in Cell Biology. 2009. V. 21. P. 140-146.
26. Петрова Н. В., Каримова Ф. Г. Влияние редокс-агентов на фосфорилирование белков по тирозину в корнях гороха // Физиология растений. 2011. Т. 58. С. 750-757.
27. Yu J. Q., Huang L. F., Hu W. H., Zhou Y. H., Mao W. H., Ye S. F., Nogues S. A role for brassinosteroids in the regulation of photosynthesis in Cucumis sativus // Journal of Experimental Botany. 2004. V. 55. P. 1135-1143.
28. Xia X.-J., Huang L.-F., Zhou Y.-H., Mao W.-H., Shi K., Wu J.-X., Asami T., Chen Z., Yu J.-Q. Brassinosteroids promote photosynthesis and growth by enhancing activation of Rubisco and expression of photosynthetic genes in Cucumis sativus // Planta. 2009. V. 230. P. 1185-1196.
29. Martin T., Sharma R., Sippel C., Waegemann K., Soll J., Vothknecht U. C. A protein kinase family in Arabidopsis phosphorylates chloroplast precursor proteins // The Journal of Biological Chemistry. 2006. V. 281. P. 40216-40223.
Поступила в редакцию 05.12.2014 г.
ROLE OF PROTEOMIC AND PHOSPHOPROTEOMIC CHANGES IN THE MANIFESTATION OF GROWTH STIMULATING ACTION OF 24-EPIBRASSINOLIDE ON WHEAT PLANTS
© ^ М. Avalbaev1, R. A. Yuldashev1, K. A. Fedorova1, N. V. Petrova2, F. G Karimova2, F. M. Shakirova1*
institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Scientific Centre of RAS 71 Oktyabrya Ave., 450054 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
2Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Research Centre of RAS 2/31 Lobachevsky St., 420111 Kazan, Republic of Tatarstan, Russia.
Phone: +7 (347) 235 60 88. *Еmail: shakirova@anrb.ru
Brassinosteroids are plant hormones that regulate a wide range of growth and developmental processes through numerous regulatory systems. In our previous study we have found a pronounced growth stimulating effect of 24-epibrassinolide (EBR), an active representative of brassinosteroids, on wheat plants (Triticum aestivum L.), which have indicated its active influence on protein metabolism. One of the essential regulatory mechanisms of cellular activity is post-translational modifications of proteins, and special attention is given to protein phosphorylation. Proteins can be phosphorylated on various amino acid residues, in particular, on tyrosine residues. Tyrosine phosphorylation has a significant role in the recognition and subsequent development of cell response to extracellular signals, particularly, phytohormones. In this regard, the goal of this research was to study the effect of EBR on the distribution of soluble proteins and protein tyrosine phosphorylation in wheat seedlings. Analysis of proteins by two-dimensional electrophoresis has revealed that EBR caused the promotion of protein metabolism, and this was evidenced by an intensification of protein signals in a wide range of molecular weights and isoelectric points. Using immunoblotting with highly specific antibodies for phosphotyrosine there were found 45 phos-photyrosine polypeptides and phosphorylation of most of these proteins changed under the EBR effect. Hormone-induced changes in the phosphorylation level of these proteins might contribute to the growth stimulation of wheat seedlings under the action of EBR. The obtained data suggest an important role of EBR in the activation of protein metabolism which is the basis for promotion of plant growth.
Keywords: 24-epibrassinolide, posttranslational modifications of proteins, protein tyrosine phosphorylation, Triticum aestivum L. Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Hao J., Yin Y., Fei S. Z. Plant Cell Reports. 2013. Vol. 32. Pp. 1017-1030.
2. Fariduddin Q., Yusuf M., Ahmad I., Ahmad A. Biologia Plantarum. 2014. Vol. 58. Pp. 9-17.
3. Zhang C., Bai M., Chong K. Plant Cell Reports. 2014. Vol. 33. Pp. 683-696.
4. Gruszka D. International Journal of Molecular Sciences. 2013. Vol. 14. Pp. 8740-8774.
5. Chen F., Jiang L., Zheng J., Huang R., Wang H., Hong Z., Huang Y. PLoS ONE. 2014. 9(4):e93947. doi:10.1371/journal.pone.0093947
6. Deng Z., Zhang X., Tang W., Oses-Prieto J. A., Suzuki N., Gendron J. M., Chen H., Guan S., Chalkley R. J., Peterman T. K., Burlin-game A. L., Wang Z.-Y. Molecular & Cellular Proteomics. 2007. Vol. 6. Pp. 2058-2071.
7. Wang F., Bai M. Y., Deng Z., Oses-Prieto J. A., Burlingame A. L., Lu T., Chong K., Wang Z. Y. Journal of Integrative Plant Biology. 2010. Vol. 52. Pp. 1075-1085.
8. Li B., Zhang C., Cao B., Qin G., Wang W., Tian S. Amino Acids. 2012. Vol. 43. Pp. 2469-2480.
9. Zhu J. Y., Sae-Seaw J., Wang Z. Y. Development. 2013. Vol. 140. Pp. 1615-1620.
10. Tarchevskii I. A. Signal'nye sistemy kletok rastenii [Signaling systems of plant cells]. Moscow: Nauka, 2002. 296 c.
11. Wang Y., Wang Y., Zhao Y. B., Chen D. M., Han Z. H., Zhang X. Z. Proteome Science. 2014. 12:31. doi:10.1186/1477-5956-12-31
12. Mithoe S. C., Menke F. L.H. Phytochemistry. 2011. Vol. 72. Pp. 997-1006.
13. Karimova F. G. Kletochnaya signalizatsiya. Kazan': Fen, 2010. Pp. 37-45.
14. Ghelis T. Plant Signaling & Behavior. 2011. Vol. 6. Pp. 942-951.
15. Oh M. H., Clouse S. D., Huber S. C. Plant Signaling & Behavior. 2009. Vol. 4. Pp. 1182-1185.
16. Jaillais Y, Hothorn M., Belkhadir Y, Dabi T., Nimchuk Z. L., Meyerowitz E. M., Chory J. Genes & Development. 2011. Vol. 25. Pp. 232-237.
17. Fedina E. O., Karimova F. G., Tarchevskii I. A. Biokhimiya. 2006. Vol. 71. No. 4. Pp. 525-532.
18. Fedina E. O., Karimova F. G., Tarchevskii I. A., Toropygin I. Yu., Khripach V. A. Fiziologiya rastenii. 2008. Vol. 55. Pp. 210-218.
19. A. M. Aval'baev, R. A. Yuldashev, R. A. Fatkhutdinova, F. A. Urusov, Yu. V. Safutdinova, F. M. Shakirova. Vliyanie 24-epibrassinolida na gormonal'nyi status rastenii pshenitsy pri deistvii khlorida natriya. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2010. Vol. 46. Pp. 109-112.
20. F. M. Shakirova, A. M. Avalbaev, M. V. Bezrukova, R. A. Fatkhutdinova, D. R. Maslennikova, R. A. Yuldashev, Ch.R. Allagulova, O. V. Lastochkina. Hormonal intermediates in the protective action of exogenous phytohormones in wheat plants under salinity. Phyto-hormones and Abiotic Stress Tolerance in Plants. Springer - Verlag Berlin Heidelberg, 2012. Pp. 185-228.
21. Ghelis T., Bolbach G., Clodic G., Habricot Y., Miginiac E., Sotta B., Jeannette E. Plant Physiology. 2008. Vol. 148. Pp. 1668-1680.
22. Mussig C., Fischer S., Altmann T. Plant Physiology. 2002. Vol. 129. Pp. 1241-1251.
23. Tang W., Deng Z., Oses-Prieto J. A., Suzuki N., Zhu S., Zhang X., Burlingame A. L., Wang Z. Y. Molecular & Cellular Proteomics. 2008. Vol. 7. Pp. 728-738.
24. Sugiyama N., Nakagami H., Mochida K., Daudi A., Tomita M., Shirasu K., Ishihama Y. Molecular Systems Biology. 2008. 4:193. doi:10.1038/msb.2008.32
25. Hunter T. Current Opinion in Cell Biology. 2009. Vol. 21. Pp. 140-146.
26. Petrova N. V., Karimova F. G. Fiziologiya rastenii. 2011. Vol. 58. Pp. 750-757.
27. Yu J. Q., Huang L. F., Hu W. H., Zhou Y. H., Mao W. H., Ye S. F., Nogues S. Journal of Experimental Botany. 2004. Vol. 55. Pp. 1135-1143.
28. Xia X.-J., Huang L.-F., Zhou Y.-H., Mao W.-H., Shi K., Wu J.-X., Asami T., Chen Z., Yu J.-Q. Planta. 2009. Vol. 230. Pp. 1185-1196.
29. Martin T., Sharma R., Sippel C., Waegemann K., Soll J., Vothknecht U. C. The Journal ofBiological Chemistry. 2006. Vol. 281. Pp. 40216-40223.
Received 05.12.2014.
