Влияние гипертермии на изменение длины теломер растений Arabidopsis thaliana
https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.2.297-311
Аннотация
Теломеры – это высококонсервативные нуклеопротеиновые структуры, которые участвуют в защитных процессах эукариотических организмов. Различные биотические и абиотические факторы могут влиять на изменение длины теломер, в том числе и стрессоры окружающей среды. Растения из-за прикрепленного образа жизни чаще всего подвергаются различным экологическим стрессам. В литературе практически отсутствуют данные о влиянии абиотических факторов на изменение длины теломер растений. Поэтому в работе оценено влияние теплового стресса на длину теломер растений Arabidopsis thaliana. Измерение длины теломер растений на отдельных хромосомных плечах показало, что гипертермия при 42 °С влияет на длину теломер некоторых хромосомных плеч растений дикого типа A. thaliana, а также на некоторые длинные теломеры нокаут-мутанта по гену OLI5/RPL5A. Показано, что при воздействии высокой температуры на растения происходит укорачивание длины теломер, причем чем длиннее теломеры, тем больше влияние стресса на изменение их длины. Это позволяет предполагать, что сложная регуляция длины теломер может быть связана с воздействием стрессоров окружающей среды.
При поддержке: Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда (проект № 21-14-00147). Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета «Приоритет-2030».
Об авторах
И. А. Агабекян
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Агабекян Инна Андрониковна, младший научный сотрудник НИЛ «Агробиоинженерия», Институт фундаментальной медицины и биологии
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Д. Ю. Сабаева
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Сабаева Диана Юрьевна, лаборант НИЛ «Агробиоинженерия», Институт фундаментальной медицины и биологии
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Л. Р. Абдулкина
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Абдулкина Лилия Ринатовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИЛ «Агробиоинженерия», Институт фундаментальной медицины и биологии
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Список литературы
1. Blackburn E.H., Epel E.S., Lin J. Human telomere biology: A contributory and interactive factor in aging, disease risks, and protection // Science. 2015. V. 350, No 6265. P. 1193–1198. https://doi.org/10.1126/science.aab3389.
2. Giraud-Panis M.-J., Pisano S., Poulet A., Le Du M.-H., Gilson E. Structural identity of telomeric complexes // FEBS Lett. 2010. V. 584, No 17. P. 3785–3799. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2010.08.004.
3. Maciejowski J., de Lange T. Telomeres in cancer: Tumour suppression and genome instability // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2017. V. 18, No 3. P. 175–186. https://doi.org/10.1038/nrm.2016.171.
4. Bonnell E., Pasquier E., Wellinger R.J. Telomere replication: Solving multiple end replication problems // Front. Cell Dev. Biol. 2021. V. 9. Art. 668171. https://doi.org/10.3389/fcell.2021.668171.
5. Gomes N.M., Shay J.W., Wright W.E. Telomere biology in Metazoa // FEBS Lett. 2010. V. 584, No 17. P. 3741–3751. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2010.07.031.
6. Remot F., Ronget V., Froy H., Rey B., Gaillard J.-M., Nussey D.H., Lemaitre J.-F. Decline in telomere length with increasing age across nonhuman vertebrates: A meta-analysis // Mol. Ecol. 2021. V. 31, No 23. P. 5917–5932. https://doi.org/10.1111/mec.16145.
7. Chatelain M., Drobniak S.M., Szulkin M. The association between stressors and telomeres in non-human vertebrates: A meta-analysis // Ecol. Lett. 2020. V. 23, No 2. P. 381–398. https://doi.org/10.1111/ele.13426.
8. Friesen C.R., Wapstra E., Olsson M. Of telomeres and temperature: Measuring thermal effects on telomeres in ectothermic animals // Mol. Ecol. 2022. V. 31, No 23. P. 6069–6086. https://doi.org/10.1111/mec.16154.
9. Shakirov E.V., Chen J.J.-L., Shippen D.E. Plant telomere biology: The green solution to the end-replication problem // Plant Cell. 2022. V. 34, No 7. P. 2492–2504. https://doi.org/10.1093/plcell/koac122.
10. Monaghan P. Telomeres and life histories: The long and the short of it // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2010. V. 1206, No 1. P. 130–142. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2010.05705.x.
11. Morgan C.C., Mc Cartney A.M., Donoghue M.T.A., Loughran N.B., Spillane C., Teeling E.C., O’Connell M.J. Molecular adaptation of telomere associated genes in mammals // BMC Evol. Biol. 2013. V. 13, No 1. Art. 251. https://doi.org/10.1186/1471-2148-13-251.
12. Young A.J. The role of telomeres in the mechanisms and evolution of life-history tradeoffs and ageing // Philos. Trans. R. Soc., B. 2018. V. 373, No 1741. Art. 20160452. https://doi.org/10.1098/rstb.2016.0452.
13. Saint-Leandre B., Christopher C., Levine M.T. Adaptive evolution of an essential telomere protein restricts telomeric retrotransposons // eLife. 2020. V. 9. Art. e60987. https://doi.org/10.7554/eLife.60987.
14. Augereau A., Mariotti M., Pousse M., Filipponi D., Libert F., Beck B., Gorbunova V., Gilson E., Gladyshev V.N. Naked mole rat TRF1 safeguards glycolytic capacity and telomere replication under low oxygen // Sci. Adv. 2021. V. 7, No 8. Art. eabe0174. https://doi.org/10.1126/sciadv.abe0174.
15. Reichard M., Giannetti K., Ferreira T., Maouche A., Vrtilek M., Polačik M., Blažek R., Ferreira M.G. Lifespan and telomere length variation across populations of wild-derived African killifish // Mol. Ecol. 2021. V. 31, No 23. P. 5979–5992. https://doi.org/10.1111/mec.16287.
16. Ahmed S., Hodgkin J. MRT-2 checkpoint protein is required for germline immortality and telomere replication in C. elegans // Nature. 2000. V. 403, No 6766. P. 159–164. https://doi.org/10.1038/35003120.
17. Watson J.M., Riha K. Telomeres, aging, and plants: From weeds to Methuselah – a minireview // Gerontology. 2011. V. 57, No 2. P. 129–136. https://doi.org/10.1159/000310174.
18. Kupiec M. Biology of telomeres: Lessons from budding yeast // FEMS Microbiol. Rev. 2014. V. 38, No 2. P. 144–171. https://doi.org/10.1111/1574-6976.12054.
19. Harel I., Benayoun B.A., Machado B., Singh P.P., Hu C.-K., Pech M.F., Valenzano D.R., Zhang E., Sharp S.C., Artandi S.E., Brunet A. A platform for rapid exploration of aging and diseases in a naturally short-lived vertebrate // Cell. 2015. V. 160, No 5. P. 1013–1026. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.038.
20. Carneiro M.C., de Castro I.P., Ferreira M.G. Telomeres in aging and disease: Lessons from zebrafish // Dis. Models Mech. 2016. V. 9, No 7. P. 737–748. https://doi.org/10.1242/dmm.025130.
21. Folgueras A.R., Freitas-Rodríguez S., Velasco G., López-Otín C. Mouse models to disentangle the hallmarks of human aging // Circ. Res. 2018. V. 123, No 7. P. 905–924. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.118.312204.
22. Haussmann M.F., Winkler D.W., Vleck C.M. Longer telomeres associated with higher survival in birds // Biol. Lett. 2005. V. 1, No 2. P. 212–214. http://doi.org/10.1098/rsbl.2005.0301.
23. Bauch C., Becker P.H., Verhulst S. Within the genome, long telomeres are more informative than short telomeres with respect to fitness components in a long-lived seabird // Mol. Ecol. 2014. V. 23, No 2. P. 300–310. https://doi.org/10.1111/mec.12602.
24. Asghar M., Hasselquist D., Hansson D., Zehtindjiev P., Westerdahl H., Bensch S. Hidden costs of infection: Chronic malaria accelerates telomere degradation and senescence in wild birds // Science. 2015. V. 347, No 6220. P. 436–438. https://doi.org/10.1126/science.126112.
25. Choi J.Y., Abdulkina L.R., Yin J., Chastukhina I.B., Lovell J.T., Agabekian I.A., Young P.G., Razzaque S., Shippen D.E., Juenger T.E., Shakirov E.V., Purugganan M.D. Natural variation in plant telomere length is associated with flowering time // Plant Cell. 2021. V. 33, No 4. P. 1118–1134. https://doi.org/10.1093/plcell/koab022.
26. Ghosh D., Xu J. Abiotic stress responses in plant roots: A proteomics perspective // Front. Plant Sci. 2014. V. 5. Art. 6. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00006.
27. Lin J., Epel E. Stress and telomere shortening: Insights from cellular mechanisms // Ageing Res Rev. 2022. V. 73. Art. 101507. https://doi.org/10.1016/j.arr.2021.101507.
28. Campitelli B.E., Razzaque S., Barbero B., Abdulkina L.R., Hall M.H., Shippen D.E., Juenger T.E., Shakirov E.V. Plasticity, pleiotropy and fitness trade-offs in Arabidopsis genotypes with different telomere lengths // New Phytol. 2022. V. 233, No 4. P. 1939–1952. https://doi.org/10.1111/nph.17880.
29. Lee J.R., Xie X., Yang K., Zhang J., Lee S.Y., Shippen D.E. Dynamic interactions of Arabidopsis TEN1: Stabilizing telomeres in response to heat stress // Plant Cell. 2016. V. 28, No 9, P. 2212–2224. https://doi.org/10.1105/tpc.16.00408.
30. Abdulkina L.R., Kobayashi C., Lovell J.T., Chastukhina I.B., Aklilu B., Agabekian I.A., Suescún A.V., Valeeva L.R., Nyamsuren C., Aglyamova G.V., Sharipova M.R., Shippen D.E., Juenger T.J., Shakirov E.V. Components of the ribosome biogenesis pathway underlie establishment of telomere length set point in Arabidopsis // Nature Commun. 2019. V. 10, No 1. Art. 5479. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13448-z.
31. Pinon V., Etchells J.P., Rossignol P., Collier S.A., Arroyo J.M., Martienssen R.A., Byrne M.E. Three PIGGYBACK genes that specifically influence leaf patterning encode ribosomal proteins // Development. 2008. V. 135, No 7. P. 1315–1324. https://doi.org/10.1242/dev.016469.
32. Fujikura U., Horiguchi G., Ponce M.R., Micol J.L., Tsukaya H. Coordination of cell proliferation and cell expansion mediated by ribosome-related processes in the leaves of Arabidopsis thaliana // Plant J. 2009. V. 59, No 3. P. 499–508. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2009.03886.x.
33. Chastukhina I.B., Nigmatullina L.R., Valeeva L.R., Shakirov E.V. Selection of efficient Taq DNA polymerase to optimize T-DNA genotyping method for rapid detection of mutant Arabidopsis thaliana plants // BioNanoSci. 2016. V. 6, No 4. P. 407–410. https://doi.org/10.1007/s12668-016-0253-6.
34. Heacock M., Spangler E., Riha K., Puizina J., Shippen D.E. Molecular analysis of telomere fusions in Arabidopsis: Multiple pathways for chromosome end-joining // EMBO J. 2004. V. 23, No 11. P. 2304–2313. https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7600236.
35. Doyle J.J., Doyle J.L. Isolation of plant DNA from fresh tissue // Focus. 1990. V. 12, No 1. P. 13–15.
36. Nigmatullina L.R., Sharipova M.R., Shakirov E.V. Non-radioactive TRF assay modifications to improve telomeric DNA detection efficiency in plants // BioNanoScience. 2016. V. 6, No 4. P. 325–328. https://doi.org/10.1007/s12668-016-0223-z.
37. Chen J., Burke J.J., Velten J., Xin Z. FtsH11 protease plays a critical role in Arabidopsis thermotolerance // Plant J. 2006. V. 48, No 1. P. 73–84. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2006.02855.x.
38. Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. New York, NY: Garland Sci., 2002. 1616 p.
39. Haussmann M.F., Marchetto N.M. Telomeres: Linking stress and survival, ecology and evolution // Curr. Zool. 2010. V. 56, No 6. P. 714–727. https://doi.org/10.1093/czoolo/56.6.714.
40. Horn T., Robertson B.C., Gemmell N.J. The use of telomere length in ecology and evolutionary biology // Heredity. 2010. V. 105, No 6. P. 497–506. https://doi.org/10.1038/hdy.2010.113.
41. Boulton S.J., Jackson S.P. Identification of a Saccharomyces cerevisiae Ku80 homologue: Roles in DNA double strand break rejoining and in telomeric maintenance // Nucleic Acids Res. 1996. V. 24, No 23. P. 4639–4648. https://doi.org/10.1093/nar/24.23.4639.
42. Kazda A., Zellinger B., Rössler M., Derboven E., Kusenda B., Riha K. Chromosome end protection by blunt-ended telomeres // Genes Dev. 2012. V. 26, No 15. P. 1703–1713. https://doi.org/10.1101/gad.194944.112.
43. Watson J.M., Shippen D.E. Telomere rapid deletion regulates telomere length in Arabidopsis thaliana // Mol. Cell. Biol. 2007. V. 27, No 5. P. 1706–1715. https://doi.org/10.1128/MCB.02059-06.
44. Xie X., Shippen D.E. DDM1 guards against telomere truncation in Arabidopsis // Plant Cell Rep. 2018. V. 37, No 3. P. 501–513. https://doi.org/10.1007/s00299-017-2245-6.
45. Shakirov E.V., Shippen D.E. Length regulation and dynamics of individual telomere tracts in wild-type Arabidopsis // Plant Cell. 2004. V. 16, No 8. P. 1959–1967. https://doi.org/10.1105/tpc.104.023093.
46. Lebel E.G., Masson J., Bogucki A., Paszkowski J. Stress-induced intrachromosomal recombination in plant somatic cells // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1993. V. 90, No 2. P. 422–426. https://doi.org/10.1073/pnas.90.2.42.
47. Rahavi M.R., Migicovsky Z., Titov V., Kovalchuk I. Transgenerational adaptation to heavy metal salts in Arabidopsis // Front. Plant Sci. 2011. V. 2. Art. 91. https://doi.org/10.3389/fpls.2011.00091.
48. Boyko A., Blevins T., Yao Y., Golubov A., Bilichak A., Ilnytskyy Y., Hollunder J., Meins F., Jr., Kovalchuk I. Transgenerational adaptation of Arabidopsis to stress requires DNA methylation and the function of Dicer-like proteins // PLoS One. 2010. V. 5, No 3. Art. e9514. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0009514.
49. Kovalchuk I., Kovalchuk O., Kalck V., Boyko V., Filkowski J., Heinlein M., Hohn B. Pathogen-induced systemic plant signal triggers DNA rearrangements // Nature. 2003. V. 423, No 6941. P. 760–762. https://doi.org/10.1038/nature01683.
Рецензия
Для цитирования:
Агабекян И.А., Сабаева Д.Ю., Абдулкина Л.Р. Влияние гипертермии на изменение длины теломер растений Arabidopsis thaliana. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2024;166(2):297-311. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.2.297-311
For citation:
Agabekian I.A., Sabaeva D.Y., Abdulkina L.R. Effects of Hyperthermia on Telomere Length Changes in Arabidopsis thaliana Plants. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta Seriya Estestvennye Nauki. 2024;166(2):297-311. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.2.297-311
Просмотров:
152
Послать статью по эл. почте 