Биология

Изучены эффекты ионизирующего излучения на растения

Craig Burrows

Ученые Университета Лобачевского исследовали эффекты ионизирующего излучения на макроскопические и молекулярные системы растений. Работа опубликована в Journal of Environmental Radioactivity.

На сегодняшний день ученые накопили и обобщили большой объем данных об эффектах ионизирующего излучения на рост и репродукцию растений, а также о вызванных ионизирующим излучением изменениях на генетическом уровне. Но все же существует значительный пробел в понимании механизмов влияния ионизирующего излучения на активность биохимических и физиологических процессов, несмотря на то, что именно на этом уровне формируется тот базис, за счет которого проявляются все эффекты на уровне целого организма.

По словам заведующего кафедрой биофизики Университета Лобачевского профессора Владимира Воденеева, активность физиологических процессов, с одной стороны, определяет рост растений, с другой — определяется изменениями на генетическом уровне. Таким образом, именно изучение физиолого-биохимических эффектов ионизирующего излучения способно дать наиболее полную и комплексную картину действия ионизирующего излучения на растения.

«В настоящем исследовании внимание сфокусировано на влиянии радиации на важнейшие физиологические процессы, включая фотосинтез, дыхание, дальний транспорт, функционирование гормональной системы, биосинтезы различных соединений. На основе большого объема экспериментальных данных выполнен анализ дозовых и временных зависимостей эффектов ионизирующего излучения, которые проявляют качественное сходство в отношении различных физиологических и биохимических процессов, рассмотрена очередность развертывания их этапов, обсуждаются их механизмы и причинно-следственные связи между ними», — отмечает Владимир Воденеев.

Вызванные ионизирующим излучением первичные физико-химические реакции, включающие образование различных активных форм кислорода (АФК), являются причиной наблюдаемых изменений функциональной активности растений. В рамках исследования подчеркнута роль опосредующей эффект ионизирующего излучения долгоживущей формы АФК — пероксида водорода — не только в качестве повреждающей молекулы, но и как универсального внутриклеточного мессенджера и молекулы, играющей роль дальнего сигнала.

«АФК вызывают во всех живых объектах повреждение ДНК, белков и других важных биомолекул. Растения в этом случае не являются исключением. Повреждение малого, не критичного для развития растения, количества биомолекул запускает процесс репарации (исправления), что приводит в конечном итоге к стимуляции роста и развития растения в целом, а это урожаи и биомасса. При незначительном изменении концентрации некоторые АФК играют важную сигнально-регуляторную роль», — продолжает Владимир Воденеев.

Нижегородскими учеными выдвинуто предположение, что влияние ионизирующего излучения на физиологические процессы осуществляется, главным образом, через нарушение регуляции их активности. Такое нарушение регуляции происходит, по-видимому, вследствие существования кросс-толка (в англоязычной литературе термин «crosstalk» — перекрестный разговор) между сигнальными системами растений, такими как АФК, кальциевая, гормональная и электрическая.

В работе подчеркивается, что характер ответов на облучение различных физиологических процессов (фотосинтез, транспорт, биосинтезы) качественно сходен, а это указывает на то, что в развитии таких ответов ключевую роль играют процессы регуляции. Наиболее вероятным активатором таких регуляторных процессов представляется индуцированный радиацией всплеск активных форм кислорода. При облучении они напрямую образуются из воды в тканях организма. В этом случае АФК выполняют двойную функцию: как повреждающий агент и как сигнальная молекула, координирующая ответ различных систем.

По словам профессора кафедры биофизики Университета Лобачевского Сергея Гудкова, пероксид водорода играет важную сигнально-регуляторную роль, в основном это предвестник проблем, развивающегося окислительного стресса.

«При незначительном увеличении пероксид водорода намекает клеткам: "Ребята, у вас проблемы, стоит начать закрывать ставни, двери и оборонять свой дом". На самом деле пероксид водорода выполняет много различных функций, некоторые из них выявляются до сих пор», — отмечает Сергей Гудков.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.