Seasonal dynamics of soluble peroxidase in Buxus sempervirens L. leaves

Abstract

Gerai žinoma, kad augalams, ypač daugiamečiams, per metus įtaką daro daug sezoninių streso veiksnių. Dideli sezoniniai temperatūros svyravimai yra vienas labiausiai paplitusių abiotinių augalų streso veiksnių. Reaktyvaus deguonies rūšys (RDR) sukaupiamos augalų ląstelėse, pažeistose ekstremalių žemų arba aukštų temperatūrų. RDR sąvoka apima abu laisvuosius radikalus ir įvairias molekules, įskaitant ir H2O2, kurios yra labai toksiškos augalų audiniams. RDR sunaikinti augalų ląstelėse aktyvinamos peroksidazės (PO) su kitais antioksidaciniais enzimais. Šio tyrimo metu buvo siekiama išanalizuoti PO spektro modifikavimą ir aktyvumą Buxus sempervirens L. lapuose skirtingais metų sezonais. Šio visžalio augalo lapai tinka tirti augalų prisitaikymui prie temperatūrų sukeliamo streso. Lapai buvo surinkti nuo suaugusio B. sempervirens, augančio netoli Genetikos ir augalų fiziologijos instituto. Bendras PO aktyvumas buvo nustatytas iš tirpios peroksidazės lapų ekstraktuose. PO spektras buvo tiriamas naudojant gelio elektroforezės vertikalųjį poliakrilamidų gradientą. Tyrimų rezultatai parodė, kad buksmedžių lapų ekstraktas buvo aktyviausias esant stresinėms temperatūroms (liepą, rugpjūtį ir sausį, kai pasiekiama aukščiausia ir žemiausia aplinkos temperatūra). PO izoenzimų struktūros analizė leido identifikuoti dvi pasiskirstymo zonas: pirmoji – gelio katodų dalis, antroji – gelio vidurys. Nors izoenzimų intensyvumas yra specifinis lapų pavyzdžiuose, surinktuose skirtingais sezonais, bet izoenzimų spektras juostose panašus. Šie rezultatai patvirtina reikšmingą PO vaidmenį augalams prisitaikant prie ekstremalių temperatūrų.

It is well known that plants, in particular perennial species, are exposed to multiple seasonal stressful environmental conditions during the year. The large seasonal temperature fluctuations represent one of the most prevalent abiotic stresses for plants. Reactive oxygen species (ROS) are accumulated in the plants cells exposed to extreme low or high temperatures. The ROS term includes both free radicals and various molecules, including H2O2, which are very toxic for vegetal tissues. For annihilation of ROS in plant cells, peroxidases (PO) are activated along with other antioxidative enzymes. The scope of this study was to investigate the modifications of PO specter and activity in Buxus sempervirens L. leaves in different seasons of the year. The leaves of this evergreen plant are suitable for investigation of the mechanisms of plant adaptation to temperature stress. The leaves were collected from the adult B. sempervirens plants, grown in the vicinity of the Institute of Genetics and Plant Physiology. The total activity of PO was determined in soluble proteins of leaf extracts. The specter of PO was analyzed by using vertical gradient polyacrylamide gel electrophoresis. The findings showed that the PO activity of the extracts from boxwood leaves reach maximum values in the periods when the temperature regime was stressful (in July, August and January, the months with the highest and lowest ambient temperatures). The analysis of PO isoenzyme patterns has revealed two zones of band distribution: the first – in the cathode part of the gel; and the second – in the middle of the gel. Although the intensity of isoenzyme bands is specific in the extracts from the leaves sampled in different seasons of the year, the specter of isoenzyme bands is similar. These results confirm the participation of PO in plant adaptation to extreme temperatures.