Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector930210.17816/ecogen16485-89Genetic toxicologyГенетическая токсикологияResearch ArticleInfluence of γ-irradiation on the expression of encoding ABA metabolism enzymes in barley embryosВлияние γ-облучения на экспрессию генов, кодирующих ферменты метаболизма абсцизовой кислоты в зародышах семян ячменяBitarishviliSofia V.БитаришвилиСофия Валерьяновна
Russian Federation

Jr Researcher, Laboratory of Radiobiology and Ecotoxicology of Plants

младший научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экотоксикологии растений

bitarishvili.s@gmail.comBondarenkoVladimir S.БондаренкоВладимир Сергеевич
Russian Federation

PhD, Leading Researcher, Laboratory for the Study of the Effects of Agrocenoses Exposure to Non-ionizing Radiation

канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории исследования действия неионизирующих излучений на агроценозы

bvs79@mail.ruGeras’kinStanislav A.ГераськинСтанислав Алексеевич
Russian Federation

Doctor of Science, Professor, Head of the Laboratory of Radiobiology and Ecotoxicology of Plants

д-р биол. наук, заведующий лабораторией главный научный сотрудник лаборатории радиобиологии и экотоксикологии растений

stgeraskin@gmail.comRussian Institute of Radiology and AgroecologyВсероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии1512201816485892308201810122018Copyright ©; 2018, Bitarishvili S.V., Bondarenko V.S., Geras’kin S.A.Copyright ©; 2018, Битаришвили С.В., Бондаренко В.С., Гераськин С.А.2018Bitarishvili S.V., Bondarenko V.S., Geras’kin S.A.Битаришвили С.В., Бондаренко В.С., Гераськин С.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/9302

Background. Small doses of radiation stimulate the growth and development of plants including seed germination. ABA plays a key role not only in seed dormancy and germination but also in the regulation of adaptive reactions of plants.

The aim of our work was to study the effect of γ-irradiation of barley seeds in a small doses on the expression of genes encoding ABA biosynthesis enzyme 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (HvNCED1) and catabolism enzyme ABA 8’-hydroxylase (HvABA8’OH-1).

Materials and Methods. The barley seeds were irradiated at dose range of 4–50 Gy at a dose rate of 60 Gy/h, the radiation source was 60Co. The study was carried out in the embryos within the first 30 hours after germination. Relative gene expression was investigated using real-time PCR (RT-PCR).

Results. It was shown that γ-irradiation of barley seeds changes the expression of ABA biosynthesis and catabolism genes in all experimental groups.

Conclusion. This alterations can lead to a decrease the ABA content under irradiation with stimulating doses and increase the biosynthesis of phytohormone under irradiation with inhibitory dose.

Изучено влияние γ-облучения семян ячменя сорта Нур в дозах 4–50 Гр на экспрессию генов, кодирующих ферменты биосинтеза абсцизовой кислоты (АБК), диоксигеназу 9-цис-эпоксикаротиноидов (HvNCED1) и катаболизма АБК 8’-гидроксилазу (HvABA8’OH-1) в зародышах семян ячменя в первые 30 часов прорастания. Показано, что гамма-облучение семян ячменя изменяет экспрессию генов, кодирующих ферменты биосинтеза и катаболизма АБК, во всех экспериментальных группах, что может обусловить снижение содержания АБК при использовании стимулирующих доз облучения и увеличить потенциал синтеза фитогормона при использовании ингибирующей дозы.

barleyγ-irradiationABAHvNCED1HvABA8’OHreal-time PCRgene expressionγ-облучениеабсцизовая кислота (АБК)HvNCED1HvABA8’OH-1ПЦР в реальном времениэкспрессия геновFinkelstein R. Abscisic Acid synthesis and response. Arabidopsis Book. 2013;11:e0166. doi: 10.1199/tab.0166.Christmann A, Weiler EW, Steudle E, Grill E. A hydraulic signal in root-to-shoot signalling of water shortage. Plant J. 2007;52(1):167-174. doi: 10.1111/j.1365-313X.2007.03234.x.Deborah V, Malone RP, Dix PJ. Increased tolerance to abiotic stress in tobacco plants expressing a barley cell wall peroxidase. J Plant Sci. 2011;6(1):1-13. doi: 10.3923/jps.2011.1.13.Козьмин Г.В., Гераськин С.А., Санжарова Н.И. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. – Обнинск: ВНИИРАЭ, 2015. [Koz’min GV, Geras’kin SA, Sanzharova NI. Radiatsionnye tekhnologii v sel’skom khozyaystve i pishchevoy promyshlennosti. Obninsk: VNIIRAE; 2015. (In Russ.)]Битаришвили С.В., Волкова П.Ю., Гераськин С.А. Влияние γ-облучения семян на фитогормональный статус проростков ячменя // Физиология растений. – 2018. – Т. 65. – № 3. – С. 223–231. [Bitarishvili SV, Volkova PY, Geras’kin SA. γ-Irradiation of Barley Seeds and Its Effect on the Phytohormonal Status of Seedlings. Fiziologiia Rastenii. 2018;65(3):223-231. (In Russ.)]. doi: 10.7868/S0015330318030065.Nambara E, Marion-Poll A. Abscisic acid biosynthesis and catabolism. Annu Rev Plant Biol. 2005;56:165-185. doi: 10.1146/annurev.arplant.56.032604.144046.Tuan PA, Kumar R, Rehal PK, et al. Molecular Mechanisms Underlying Abscisic Acid/Gibberellin Balance in the Control of Seed Dormancy and Germination in Cereals. Front Plant Sci. 2018;9:668. doi: 10.3389/fpls.2018.00668.ГОСТ 12038_84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Межгосударственный стандарт. Стандарты на методы контроля. – М., 2002. [GOST 12038_84. Semena sel’skokhozyaystvennykh kul’tur. Metody opredeleniya vskhozhesti. Mezhgosudarstvennyy standart. Standarty na metody kontrolya. (In Russ.)]Millar AA, Jacobsen JV, Ross JJ, et al. Seed dormancy and ABA metabolism in Arabidopsis and barley: the role of ABA 8’-hydroxylase. Plant J. 2006;45(6): 942-54. doi: 10.1111/j.1365-313X.2006.02659.x.Bahin E, Bailly C, Sotta B, et al. Crosstalk between reactive oxygen species and hormonal signalling pathways regulates grain dormancy in barley. Plant Cell Environ. 2011; 34:980-993. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02298.x.Jarosova J, Kundu JK. Validation of reference genes as internal control for studying viral infections in cereals by quantitative real-time RT-PCR. BMC Plant Biol. 2010;10:146. doi: 10.1186/1471-2229-10-146.Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT Method. Methods. 2001;25:402-408. doi: 10.1006/meth.2001.1262.Гераськин С.А., Чурюкин Р.С., Казакова Е.А. Модификация развития ячменя на ранних этапах онтогенеза при воздействии γ-облучения на семена // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2015. – Т. 55. – № 6. – С. 607–615. [Geras’kin SA, Chu rukin RS, Kazakova EA. Modification of Barley Development at Early Stages after Exposure of Seeds to γ-Irradiation dification of Barley Development at Early Stages after Exposure of Seeds to γ-Irradiation. Radiation biology, radioecology. 2015;55(6):607-615. (In Russ.)]. doi: 10.7868/S0869803115060065.Волкова П.Ю., Чурюкин Р.С., Гераськин С.А. Влияние γ-облучения семян на активность ферментов в проростках ячменя // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2016. – Т. 56. – № 2. – С. 1–7. [Volkova PY, Churyukin RS, Geras’kin SA. Influence of γ-Irradiated Seeds on the Enzyme Activity in Barley Seedlings. Radiation biology, radioeco logy. 2016;56(2):1-7. (In Russ.)]. doi: 10.7868/S0869803116020144.Esnault MA, Legue F, Chenal C. Ionizing radiation: advances in plant response. Environ Exp Bot. 2010;68(3):231-7. doi: 10.1016/j.envexpbot.2010.01.007.Huang GT, Ma SL, Bai LP, et al. Signal transduction during cold, salt, and drought stresses in plants. Mol Biol Rep. 2012;39:969-987. doi: 10.1007/s11033-011-0823-1.Ishibashi Y, Aoki N, Kasa M, et al. The interrelationship between abscisic acid and reactive oxygen species plays a key role in barley seed dormancy and germination. Front Plant Sci. 2017;8:275. doi: 10.3389/fpls.2017.00275.Ishibashi Y, Kasa S, Sakamoto N, et al. A role for reactive oxygen species produced by NADPH oxidases in the embryo and aleurone cells in barley seed germination. PLoS One. 2015;10(11): e0143173. doi:10.1371/journal.pone.0143173.