Динамика содержания свободных аминокислот в бурой водоросли Fucus vesiculosus Linnaeus, 1753 Баренцева моря в течение года
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Аннотация
Свободные аминокислоты (САК) являются важными биохимическими соединениями любой клетки. Их состав и содержание зависят от физиологического состояния, абиотических факторов среды и фазы развития организма. Функции САК в растениях очень разнообразны и включают участие не только в синтезе белков и других соединений, но и в адаптации водорослей к неблагоприятным условиям среды. Сведения о динамике САК важны для понимания их роли в формировании устойчивости водорослей к меняющимся факторам среды. Цель данного исследования — определить содержание САК в бурой водоросли Fucus vesiculosus и их сезонные изменения и выявить зависимости от факторов среды и фазы развития фукуса. Водоросли для изучения собирали на литорали Кольского залива Баренцева моря в период отлива раз в месяц с декабря 2015 г. по декабрь 2016 г. Для исследования использовали среднюю часть таллома. Качественный и количественный состав САК определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Качественный состав САК в течение года не изменялся; доминирующими в пуле САК были глутаминовая и аспарагиновая кислоты, аланин и пролин. Содержание САК изменялось в течение года; максимальное количество отмечено в весенне-летний период. Содержание САК зависело от внешних факторов среды. Определены корреляционные зависимости между концентрациями отдельных САК и температурой воздуха, температурой и солёностью воды. Динамика САК в разные фазы развития фукуса связана с происходящими в водорослях процессами; на неё влияют скорость роста, клеточная метаболическая активность, скорость фотосинтеза и генеративное развитие. Для каждой из фаз развития характерна своя динамика содержания САК. На основании динамики концентрации САК у фукуса найдены соответствия с фазами развития (покоя, активации роста, роста, накопления запасных веществ). В качестве одного из резервных источников органического азота у фукуса, возможно, выступают свободный глутамат и аспартат. Транспорт органических форм азота в талломе фукуса, вероятно, осуществляется за счёт глутамата, аспартата, аланина и пролина.
Авторы
Библиографические ссылки
Барашков Г. К., Вахрашина А. В., Петров Ю. Е. Сезонные изменения химического состава у фукусовых водорослей Баренцева моря Кольского полуострова // Растительные ресурсы. 1966. Т. 2, вып. 2. С. 191–200. [Barashkov G. K., Vakhrashina A. V., Petrov Yu. E. Sezonnye izmeneniya khimicheskogo sostava u fukusovykh vodoroslei Barentseva morya Kol’skogo poluostrova. Rastitel’nye resursy, 1966, vol. 2, iss. 2, pp. 191–200. (in Russ.)]
Воскобойников Г. М., Макаров М. В., Малавенда С. В., Рыжик И. В. Адаптация и регуляция роста у макрофитов Баренцева моря // Вестник Кольского научного центра РАН. Естественные и технические науки. 2015. № 2 (21). С. 40–48. [Voskoboinikov G. M., Makarov M. V., Malavenda S. V., Ryzhik I. V. Adaptation and regulation of growth of macroohytes in the Barents Sea. Vestnik Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN. Estestvennye i tekhnicheskie nauki, 2015, no. 2 (21), pp. 40–48. (in Russ.)]
ГОСТ 26185-84. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. Москва : Изд-во стандартов, 2004. 34 с. [GOST 26185-84. Vodorosli morskie, travy morskie i produkty ikh pererabotki. Metody analiza. Moscow : Izd-vo standartov, 2004, 34 p. (in Russ.)]
Кольский залив: океанография, биология, экосистемы, поллютанты / отв. ред. Г. Г. Матишов ; Мурм. мор. биол. ин-т КНЦ РАН. Апатиты : КНЦ РАН, 1997. 265 с. [The Kola Bay: Oceanography, Biology, Ecosystems, Pollutants / G. G. Matishov (Ed.) ; Murmansk Mar. Biol. Inst. KSC RAS. Apatity : KNTs RAN, 1997, 265 p. (in Russ.)]
Кольский залив: освоение и рациональное природопользование / отв. ред. Г. Г. Матишов ; Мурм. мор. биол. ин-т КНЦ РАН. Москва : Наука, 2009. 381 с. [Kola Bay: Development and Rational Nature Management / G. G. Matishov (Ed.) ; Murmansk Mar. Biol. Inst. KSC RAS. Moscow : Nauka, 2009, 381 p. (in Russ.)]
Крупнова Т. Н. Особенности развития спороносной ткани у ламинарии японской под воздействием изменяющихся условий среды // Известия ТИНРО. 2002. Т. 130, № 2. С. 474–482. [Krupnova T. N. Osobennosti razvitiya sporonosnoi tkani u laminarii yaponskoi pod vozdeistviem izmenyayushchikhsya uslovii sredy. Izvestiya TINRO, 2002, vol. 130, no. 2, pp. 474–482. (in Russ.)]
Кузнецов Л. Л., Шошина Е. В. Фитоценозы Баренцева моря (физиологические и структурные характеристики). Апатиты : КНЦ РАН, 2003. 308 с. [Kuznetsov L. L., Schoschina E. V. Phytocenoses of the Barents Sea (Physiological and Structural Characteristics). Apatity : KNTs RAN, 2003, 308 p. (in Russ.)]
Малавенда С. В., Воскобойников Г. М. Влияние абиотических факторов на структуру популяции бурой водоросли Fucus vesiculosus Восточного Мурмана (Баренцево море) // Биология моря. 2008. Т. 34, № 1. С. 30–34. [Malavenda S. V., Voskoboinikov G. M. Influence of abiotic factors on the structure of brown alga Fucus vesiculosus population in East Murman (Barents Sea). Biologiya morya, 2008, vol. 34, no. 1, pp. 30–34. (in Russ.)]
Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике / отв. ред. А. В. Топачевский. Киев : Наукова думка, 1975. 248 с. [Metody fiziologo-biokhimicheskogo issledovaniya vodoroslei v gidrobiologicheskoi praktike / A. V. Topachevsky (Ed.). Kyiv : Naukova dumka, 1975, 248 p. (in Russ.)]
Репина О. И. Фукоиды Белого моря: химический состав и перспективы использования // Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки : материалы II науч.-практ. конф., Архангельск, 4–7 окт. 2005 г. Москва : ВНИРО, 2005. С. 216–219. [Repina O. I. Fukoidy Belogo morya: khimicheskii sostav i perspektivy ispol’zovaniya. In: Morskie pribrezhnye ekosistemy: Vodorosli, bespozvonochnye i produkty ikh pererabotki : materialy II nauch.-prakt. konf., Arkhangelsk, 4–7 Oct., 2005. Moscow : VNIRO, 2005, pp. 216–219. (in Russ.)]
Руденко А. О., Карцова Л. А., Снарский С. И. Определение важнейших аминокислот в сложных объектах биологического происхождения методом обращённо-фазовой ВЭЖХ с получением фенилтиогидантоинов аминокислот // Сорбционные и хроматографические процессы. 2010. Т. 10, вып. 2. С. 223–230. [Rudenko A. O., Kartsova L. A., Snarskiy S. I. Opredelenie vazhneishikh aminokislot v slozhnykh ob”ektakh biologicheskogo proiskhozhdeniya metodom obrashchenno-fazovoi VEZhKh s polucheniem feniltiogidantoinov aminokislot. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2010, vol. 10, iss. 2, pp. 223–230. (in Russ.)]
Рыжик И. В. Фотосинтетическая активность Fucus vesiculosus L. и Fucus distichus L. Баренцева моря после полярной ночи // Материалы XXV конференции молодых учёных ММБИ. Апатиты : КНЦ РАН. 2007. С. 177–182. [Ryzhik I. V. Fotosinteticheskaya aktivnost’ Fucus vesiculosus L. i Fucus distichus L. Barentseva morya posle polyarnoi nochi. In: Materialy XXV konferentsii molodykh uchenykh MMBI. Apatity : KNTs RAN, 2007, pp. 177–182. (in Russ.)]
Angell A. R., Mata L., de Nys R., Paul N. A. Variation in amino acid content and its relationship to nitrogen content and growth rate in Ulva ohnoi (Chlorophyta). Journal of Phycology, 2014, vol. 50, iss. 1, pp. 216–226. https://doi.org/10.1111/jpy.12154
Diouris M. Long-distance transport of 14C-labelled assimilates in the Fucales: Nature of translocated substances in Fucus serratus. Phycologia, 1989, vol. 28, iss. 4, pp. 504–511. https://doi.org/10.2216/i0031-8884-28-4-504.1
Diouris M., Floc’h J. Y. Long-distance transport of C-labelled assimilates in the Fucales: Directionality, pathway and velocity. Marine Biology, 1984, vol. 78, pp. 199–204. https://doi.org/10.1007/BF00394701
Dittami S. M., Gravot A., Renault D., Goulitquer S., Eggert A., Bouchereau A., Boyen C., Tonon T. Integrative analysis of metabolite and transcript abundance during the short-term response to saline and oxidative stress in the brown alga Ectocarpus siliculosus. Plant, Cell and Environment, 2011, vol. 34, iss. 4, pp. 629–642. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02268.x
Galili G., Höfgen R. Metabolic engineering of amino acids and storage proteins in plants. Metabolic Engineering, 2002, vol. 4, iss. 1, pp. 3–11. https://doi.org/10.1006/mben.2001.0203
Gomez I., Wiencke C. Seasonal changes in C, N and major organic compounds and their significance to morpho-functional processes in the endemic Antarctic brown alga Ascoseira mirabilis. Polar Biology, 1998, vol. 19, pp. 115–124. https://doi.org/10.1007/s003000050222
Harris J. P., Logan B. A. Seasonal acclimatization of thallus proline contents of Mastocarpus stellatus and Chondrus crispus: Intertidal rhodophytes that differ in freezing tolerance. Journal of Phycology, 2018, vol. 54, iss. 3, pp. 419–422. https://doi.org/10.1111/jpy.12624
Hildebrandt T. M., Nunes Nesi A., Araujo W. L., Braun H.-P. Amino acid catabolism in plants. Molecular Plant, 2015, vol. 8, iss. 11, pp. 1563–1579. https://doi.org/10.1016/j.molp.2015.09.005
Jackson A. E., Seppelt R. D. The accumulation of proline in Prasiola crispa during winter in Antarctica. Physiologia Plantarum, 1995, vol. 94, iss. 1, pp. 25–30. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1995.tb00779.x
Kakinuma M., Coury D. A., Kuno Y., Itoh S., Kozawa Y., Inagaki E., Yoshiura Y., Amano H. Physiological and biochemical responses to thermal and salinity stresses in a sterile mutant of Ulva pertusa (Ulvales, Chlorophyta). Marine Biology, 2006, vol. 149, pp. 97–106. https://doi.org/10.1007/s00227-005-0215-y
Kaul S., Sharma S. S., Mehta I. K. Free radical scavenging potential of L-proline: Evidence from in vitro assays. Amino Acids, 2008, vol. 34, iss. 2, pp. 315–320. https://doi.org/10.1007/s00726-006-0407-x
Khaleafa A. F., Mohsen A. F., Shaalan S. H. Seasonal variations in the growth and amino acid pattern of Caulerpa prolifera (Foerskal) Lamouroux. Hydrobiological Bulletin, 1982, vol. 16, iss. 2–3, pp. 201–206. https://doi.org/10.1007/BF02255373
Klindukh M. P., Obluchinskaya E. D., Matishov G. G. Seasonal changes in the mannitol and proline contents of the brown alga Fucus vesiculosus L. on the Murman coast of the Barents Sea. Doklady Biological Sciences, 2011, vol. 441, pp. 373–376. https://doi.org/10.1134/s0012496611060032
Klindukh M. P., Obluchinskaya E. D. A comparative study of free amino acids of the brown alga Fucus vesiculosus Linnaeus, 1753 from the intertidal zone of the Murman shore, Barents Sea. Russian Journal of Marine Biology, 2018, vol. 44, iss. 3, pp. 232–239. https://doi.org/10.1134/S1063074018030069
Kumar M., Kumari P., Gupta V., Reddy C. R. K., Jha B. Biochemical responses of red alga Gracilaria corticata (Gracilariales, Rhodophyta) to salinity induced oxidative stress. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2010, vol. 391, iss. 1–2, pp. 27–34. https://doi.org/10.1016/j.jembe.2010.06.001
Lam H. M., Hsieh M. H., Coruzzi G. Reciprocal regulation of distinct asparagine synthetase genes by light and metabolites in Arabidopsis thaliana. Plant Journal, 1998, vol. 16, iss. 3, pp. 345–353. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.1998.00302.x
Lüning K., Schmitz K., Willenbrink J. CO2 fixation and translocation in benthic marine algae. III. Rates and ecological significance of translocation in Laminaria hyperborea and L. saccharina. Marine Biology, 1973, vol. 23, iss. 4, pp. 275–281. https://doi.org/10.1007/BF00389334
Maehre H. K., Malde M. K., Eilertsen K. E., Elvevoll E. O. Characterization of protein, lipid and mineral contents in common Norwegian seaweeds and evaluation of their potential as food and feed. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2014, vol. 94, iss. 15, pp. 3281–3290. https://doi.org/10.1002/jsfa.6681
Makarov V. N., Schoschina E. V., Lüning K. Diurnal and circadian periodicity of mitosis and growth in marine macroalgae. I. Juvenile sporophytes of Laminariales (Phaeophyta). European Journal of Phycology, 1995, vol. 30, iss. 4, pp. 261–270. https://doi.org/10.1080/09670269500651031
Makarov M. V., Ryzhik I. V., Voskoboinikov G. M., Matishov G. G. The effect of Fucus vesiculosus L. location in the depth on its morphophysiological parameters in the Barents Sea. Doklady Biological Sciences, 2010, vol. 430, iss. 1, pp. 39–41. https://doi.org/10.1134/S0012496610010138
Matysik J., Alia, Bhalu B., Mohanty P. Molecular mechanisms of quenching of reactive oxygen species by proline under stress in plants. Current Science, 2002, vol. 82, no. 5, pp. 525–532.
Mohsen A. F., Nasr A. H., Metwalli A. M. Effect of different light intensities on growth, reproduction, amino acid synthesis, fat and sugar contents in Ulva fasciata Delile. Hydrobiologia, 1973, vol. 43, iss. 1–2, pp. 125–135. https://doi.org/10.1007/BF00014261
Mohsen A. F., Kharboush A. M., Khaleafa A. F., Metwalli A., Azab Y. Amino acid pattern and seasonal variation in some marine algae from Alexandria. Botanica Marina, 1975, vol. 18, iss. 3, pp. 167–178. https://doi.org/10.1515/botm.1975.18.3.167
Morgan K. C., Wright J. L. C., Simpson F. J. Review of chemical constituents of the red alga Palmaria palmata (dulse). Economic Botany, 1980, vol. 34, iss. 1, pp. 27–50. https://doi.org/10.1007/BF02859553
Mouritsen O. G., Duelund L., Petersen M. A., Hartmann A. L., Frøst M. B. Umami taste, free amino acid composition, and volatile compounds of brown seaweeds. Journal of Applied Phycology, 2019, vol. 31, iss. 2, pp. 1213–1232. https://doi.org/10.1007/s10811-018-1632-x
Munda I. M., Garrasi C. Salinity-induced changes of nitrogenous constituents in Fucus vesiculosus (Phaeophyceae). Aquatic Botany, 1978, vol. 4, pp. 347–351. https://doi.org/10.1016/0304-3770(78)90031-1
Munns R. Genes and salt tolerance: Bringing them together. New Phytologist, 2005, vol. 167, iss. 3, pp. 645–663. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2005.01487.x
Naidu B. P., Paleg L. G., Aspinall D., Jennings A. C., Jones G. P. Amino acid and glycine betaine accumulation in cold-stressed wheat seedlings. Phytochemistry, 1991, vol. 30, iss. 2, pp. 407–409. https://doi.org/10.1016/0031-9422(91)83693-F
Nagahisa E., Kanno N., Sato M., Sato Y. Variations in D-aspartate content with season and part of Hizikia fusiformis. Fisheries Science, 1994, vol. 60, iss. 6, pp. 777–779. https://doi.org/10.2331/fishsci.60.777
Naldi M., Wheeler P. A. Changes in nitrogen pools in Ulva fenestrata (Chlorophyta) and Gracilaria pacifica (Rhodophyta) under nitrate and ammonium enrichment. Journal of Phycology, 1999, vol. 35, iss. 1, pp. 70–77. https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1999.3510070.x
Nygard C. A., Dring M. J. Influence of salinity, temperature, dissolved inorganic carbon and nutrient concentration on the photosynthesis and growth of Fucus vesiculosus from the Baltic and Irish seas. European Journal of Phycology, 2008, vol. 43, iss. 3, pp. 253–262. https://doi.org/10.1080/09670260802172627
Obluchinskaya E. D., Voskoboinikov G. M., Galynkin V. A. Contents of alginic acid and fucoidan in Fucus algae of the Barents Sea. Applied Biochemistry and Microbiology, 2002, vol. 38, pp. 186–188. https://doi.org/10.1023/A:1014374903448
Oliveira I. C., Coruzzi G. Carbon and amino acids reciprocally modulate the expression of glutamine synthetase in Arabidopsis. Plant Physiology, 1999, vol. 221, iss. 1, pp. 301–309. https://doi.org/10.1104/pp.121.1.301
Park C. S., Park K. Y., Hwang E. K., Kakinuma M. Effects of deep seawater medium on growth and amino acid profile of a sterile Ulva pertusa Kjellman (Ulvaceae, Chlorophyta). Journal of Applied Phycology, 2013, vol. 25, iss. 3, pp. 781–786. https://doi.org/10.1007/s10811-013-9985-7
Parthasarathy A., Cross P. J., Dobson R. C., Adams L. E., Savka M. A., Hudson A. O. A three-ring circus: Metabolism of the three proteogenic aromatic amino acids and their role in the health of plants and animals. Frontiers in Molecular Biosciences, 2018, vol. 5, art. no. 29 (30 p.). https://doi.org/10.3389/fmolb.2018.00029
Peinado I., Giron J., Koutsidis G., Ames J. M. Chemical composition, antioxidant activity and sensory evaluation of five different species of brown edible seaweeds. Food Research International, 2014, vol. 66, pp. 36–44. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2014.08.035
Rani G. Changes in protein profile and amino acids in Cladophora vagabunda (Chlorophyceae) in response to salinity stress. Journal of Applied Phycology, 2007, vol. 19, pp. 803–807. https://doi.org/10.1007/s10811-007-9211-6
Rhodes D., Hanson A. D. Quaternary ammonium and tertiary sulfonium compounds in higher plants. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1993, vol. 44, pp. 357–384. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.44.060193.002041
Ryzhik I. V. Seasonal variations in the metabolic activity of cells of Fucus vesiculosus Linnaeus, 1753 (Phaeophyta: Fucales) from the Barents Sea. Russian Journal of Marine Biology, 2016, vol. 42, pp. 433–436. https://doi.org/10.1134/S1063074016050102
Ryzhik I. V., Kosobryukhov A. A., Markovskaya E. F., Makarov M. V. Photosynthetic capacity of Fucus vesiculosus Linnaeus, 1753 (Phaeophyta: Fucales) in the Barents Sea during the tidal cycle. Biology Bulletin, 2021, vol. 48, pp. 48–56. https://doi.org/10.1134/S1062359020060114
Saradhi P. P., AliaArora S., Prasad K. V. S. K. Proline accumulates in plants exposed to UV radiation and protects them against UV-induced peroxidation. Biochemical and Biophysical Research Communications, 1995, vol. 209, iss. 1, pp. 1–5. https://doi.org/10.1006/bbrc.1995.1461
Schmitz K., Lüning K., Willenbrink J. CO2-Fixierung und Stofftransport in benthischen marinen Algen. II. Zum Ferntransport 14C-markierter assimilate bei Laminaria hyperborea und Laminaria saccharina. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie, 1972, vol. 67, iss. 5, pp. 418–429. https://doi.org/10.1016/S0044-328X(72)80042-4
Schmitz K., Srivastava L. M. Long distance transport in Macrocystis integrifolia. I. Translocation of 14C-labelled assimilates. Plant Physiology, 1979, vol. 63, iss. 6, pp. 995–1022. https://doi.org/10.1104/pp.63.6.995
Stewart G. R., Larher F. Accumulation of amino acids and related compounds in relation to environmental stress. In: The Biochemistry of Plants: A Comprehensive Treatise. Vol. 5. Amino Acids and Derivatives / B. J. Miflin (Ed.). New York ; London : Academic Press, 1980, pp. 609–635. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-675405-6.50023-1
Surget G., Le Lann K., Delebecq G., Kervarec N., Donval A., Poullaouec M.-A., Bihannic I., Poupart N., Stiger-Pouvreau V. Seasonal phenology and metabolomics of the introduced red macroalga Gracilaria vermiculophylla, monitored in the Bay of Brest (France). Journal of Applied Phycology, 2017, vol. 29, pp. 2651–2666. https://doi.org/10.1007/s10811-017-1060-3
Tropin I. V., Radzinskaya N. V., Voskoboinikov G. M. The influence of salinity on the rate of dark respiration and structure of the cells of brown algae thalli from the Barents Sea littoral. Biology Bulletin, 2003, vol. 30, no. 1, pp. 40–47. https://doi.org/10.1023/A:1022063426675
Trovato M., Mattioli R., Costantino P. Multiple roles of proline in plant stress tolerance and development. Rendiconti Lincei, 2008, vol. 19, pp. 325–346. https://doi.org/10.1007/s12210-008-0022-8
Wang Q., Dong S., Tian X., Wang F. Effects of circadian rhythms of fluctuating temperature on growth and biochemical composition of Ulva pertusa. Hydrobiologia, 2007, vol. 586, pp. 313–319. https://doi.org/10.1007/s10750-007-0700-z
Wang W., Chen T., Xu Y., Xu K., Ji D., Chen C., Xie C. Investigating the mechanisms underlying the hyposaline tolerance of intertidal seaweed, Pyropia haitanensis. Algal Research, 2020, vol. 47, art. no. 101886 (12 p.). https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101886
Zrenner R., Stitt M., Sonnewald U., Boldt R. Pyrimidine and purine biosynthesis and degradation in plants. Annual Review of Plant Biology, 2006, vol. 57, pp. 805–836. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.57.032905.105421
