Ứng dụng phân tích huỳnh quang của esterase thực vật để nghiên cứu cái chết tế bào theo chương trình và tác động của ion cadmium (II)

Institute of Experimental Botany - Tập 51 - Trang 551-555 - 2007
J. Víteček1, J. Petrlová2, J. Petřek1, V. Adam2,3, L. Havel1, K. J. Kramer4, R. Kizek2
1Department of Plant Biology, Mendel University of Agriculture and Forestry, Brno, Czech Republic
2Department of Chemistry and Biochemistry, Mendel University of Agriculture and Forestry, Brno, Czech Republic
3Department of Analytical Chemistry, Faculty of Science, Masaryk University, Brno, Czech Republic
4Grain Marketing and Production Research Center, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, Manhattan, USA

Tóm tắt

Esterase (EC 3.1.1.x) là một nhóm enzyme thủy phân đa dạng có khả năng phân cắt và hình thành các liên kết este carboxyl. Sự liên kết của chúng với sự phát triển đã làm cho chúng trở thành một dấu hiệu phù hợp của sự phát triển ở thực vật. Trong công trình này, chúng tôi đã tập trung vào việc xác định esterase thực vật bằng phương pháp huỳnh quang trong các tế bào cây trồng (tế bào thuốc lá BY-2 và phôi soma giai đoạn đầu của thông Norway, dòng 2/32) liên quan đến việc áp dụng phương pháp cho nghiên cứu cái chết tế bào theo chương trình và ảnh hưởng của ion cadmium (II) đối với tế bào thực vật. Cái chết tế bào theo chương trình đã được kích hoạt bằng sodium nitroprusside và glucose oxidase. Việc xác định hoạt động esterase bằng kỹ thuật được đề xuất trong một mẫu dịch chiết tế bào cho thấy sự khác biệt rất nhỏ trong hoạt động enzyme, điều này đã trở thành một dấu hiệu đáng tin cậy của các thay đổi chuyển hóa. Thêm vào đó, hoạt động esterase của phôi soma thông giảm dần khi nồng độ Cd trong môi trường tăng lên.

Từ khóa

#estérase thực vật #cái chết tế bào theo chương trình #ion cadmium #phân tích huỳnh quang #tế bào cây trồng

Tài liệu tham khảo

Ahearn, G.A., Mandal, P.K., Mandal, A.: Mechanisms of heavy-metal sequestration and detoxification in crustaceans: a review.-J. comp. Physiol. B 174: 439–452, 2004. Chen, Y.H., Li, X.D., Shen, Z.G.: Leaching and uptake of heavy metals by ten different species of plants during an EDTA-assisted phytoextraction process.-Chemosphere 57: 187–196, 2004. Cummins, I., Burnet, M., Edwards, R.: Biochemical characterisation of esterases active in hydrolysing xenobiotics in wheat and competing weeds.-Physiol. Plant. 113: 477–485, 2001. Delledonne, M., Murgia, I., Ederle, D., Sbicego, P.F., Biondani, A., Polverari, A., Lamb, C.: Reactive oxygen intermediates modulate nitric oxide signaling in the plant hypersensitive disease-resistance response.-Plant Physiol. Biochem. 40: 605–610, 2002. De Pinto, M.C., Tommasi, F., De Gara, L.: Changes in antioxidant systems as part of the signalling pathway responsible for the programmed cell death activated by nitric oxide and reactive oxygen species in tabacco Bright-Yellow 2 cells.-Plant Physiol. 130: 698–708, 2002. Durzan, D.J., Jokinen, K., Guerra, M.P., Santerre, A., Chalupa, V., Havel, L.: Latent diploid parthenogenesis and parthenote cleavage in egg-equivalents of Norway spruce.-Int. J. Plant Sci. 155: 677–688, 1994. Gupta, D.K., Tohoyama, H., Joho, M., Inouhe, M.: Changes in the levels of phytochelatins and related metal-binding peptides in chickpea seedlings exposed to arsenic and different heavy metal ions.-J. Plant Res. 117: 253–256, 2004. Havel, L., Durzan, D.J.: Apoptosis during diploid parthenogenesis and early somatic embryogenesis of Norway spruce.-Int. J. Plant Sci. 157: 8–16, 1996a. Havel, L., Durzan, D.J.: Apoptosis in plants.-Bot. Acta 109: 268–277, 1996b. Jokinen, K.J., Durzan, D.J.: Properties of rescued embryonal suspensor mass of Norway spruce (Picea abies L. Karst.) determined by the genotype and environment in vitro.-Silvae fenn. 28: 95–106, 1994. Jones, K.H., Senft, J.A.: An improved method to determine cell viability by simultaneous staining with fluorescein diacetate propidium iodide.-J. Histochem. Cytochem. 33: 77–79, 1985. Kizek, R., Trnková, L., Ševčíková, S., Šmarda, J., Jelen, F.: Silver electrode as a sensor for determination of zinc in cell cultivation medium.-Anal. Biochem. 301: 8–13, 2002. Klejdus, B., Zehnálek, J., Adam, V., Petřek, J., Kizek, R., Vacek, J., Trnková, L., Rozik, R., Havel, L., Kubáň, V.: Sub-picomole high-performance liquid chromatographic/ mass spectrometric determination of glutathione in the maize (Zea mays L.) kernels exposed to cadmium.-Anal. chim. Acta 520: 117–124, 2004. Krulíčková, K., Pošvec, Z., Griga, M.: Identification of flax and linseed cultivars by isozyme markers.-Biol. Plant. 45: 327–336, 2002. Mlejnek, P., Procházka, S.: Activation of caspase-like proteases and induction of apoptosis by isopentenyladenosine in tobacco BY-2 cells.-Planta 215: 158–166, 2002. Murashige, T., Skoog, F.: A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures.-Physiol. Plant. 15: 473, 1962. Nagata, T., Nemoto, Y., Hasezawa, S.: Tobacco BY-2 cell line as the “HeLa” cell line in the cell biology of higher plants.-Int. Rev. Cytol. 132: 1–30, 1992. Neill, S.J., Desikan, R., Clarke, A., Hurst, R.D., Hancock, J.T.: Hydrogen peroxide and nitric oxide as sigalling molecules in plants.-J. exp. Bot. 53: 1237–1247, 2002. Österås, A.H., Greger, M.: Interactions between calcium and copper or cadmium in Norway spruce.-Biol. Plant. 50: 647–652, 2006. Petřek, J., Víteček, J., Vlašínová, H., Kizek, R., Kramer, K.J., Adam, V., Klejdus, B., Havel, L.: Application of computer imaging, stripping voltammetry and mass spectrometry for study of the effect of lead (Pb-EDTA) on growth and viability of early somatic embryos of Norway spruce (Picea abies /L./ Karst.).-Anal. bioanal. Chem. 383: 576–586, 2005. Potěšil, D., Petrlová, J., Adam, V., Vacek, J., Klejdus, B., Zehnálek, J., Trnková, L., Havel, L., Kizek, R.: Simultaneous femtomole determination of cysteine, reduced and oxidized glutathione, and phytochelatin in maize (Zea mays L.) kernels using high-performance liquid chromatography with electrochemical detection.-J. Chrom. A 1084: 134–144, 2005. Qadir, S., Qureshi, M.I., Javed, S., Abdin, M.Z.: Genotypic variation in phytoremediation potential of Brassica juncea cultivars exposed to Cd stress.-Plant Sci. 167: 1171–1181, 2004. Sandermann, H.: Plant metabolism of xenobiotics.-Trends Biochem. Sci. 17: 82–84, 1992. Stoilova, T., Cholakova, N., Markova, M.: Variation in seed protein and isoenzyme patterns in Cucurbita cultivars.-Biol. Plant. 50: 450–452, 2006. Stuhlfelder, C., Lottspeich, F., Mueller, M.J.: Purification and partial amino acid sequences of an esterase from tomato.-Phytochemistry 60: 233–240, 2002. Suresh, B., Ravishankar, G.A.: Phytoremediation-A novel and promising approach for environmental clean-up.-Crit. Rev. Biotechnol. 24: 97–124, 2004. Tsanev, V., Vladova, R., Petkolicheva, K., Kraptchev, B., Milanov, C.: Esterase isoenzymes as markers for the VA 1 gene of Zea mays and for the B linkage group of Tripsacum dactyloides.-Biol. Plant. 48: 437–439, 2004. Vacek, J., Petřek, J., Kizek, R., Havel, L., Klejdus, B., Trnková, L., Jelen, F.: Electrochemical determination of lead and glutathione in a plant cell culture.-Bioelectrochemistry 63: 347–351, 2003. Víteček, J., Adam, V., Petřek, J., Babula, P., Novotná, P., Kizek, R., Havel, L.: [Application of fluorimetric determination of esterases in plant material]-Chem. Listy 99: 496–501. 2005. [In Czech.] Víteček, J., Adam, V., Petřek, J., Vacek, J., Kizek, R., Havel, L.: Esterases as a marker for growth of BY-2 tobacco cells and early somatic embryos of the Norway spruce.-Plant Cell Tissue Organ Cult. 79: 195–201, 2004. Von Arnold, S.J.: Improved efficiency of somatic embryogenesis in mature embryos of Picea abies (L.).-Plant Physiol. 127: 233–244, 1987. Willats, W.G.T., Orfila, C., Limberg, G., Buchholt, H.C., Van Alebeek, G.-J.W.M., Voragen, A.G.J., Marcus, S.E., Christensen, T.M.I.E., Mikkelsen, J.D., Murray, B.S., Knox, J.P.: Modulation of the degree and pattern of methylesterification of pectic homogalacturonan in plant cell walls.-J. biol. Chem. 276: 19404–19413, 2001. Wojcik, M., Tukiendorf, A.: Cadmium uptake, localization and detoxification in Zea mays.-Biol. Plant. 49: 237–245, 2005. Zehnálek, J., Adam, V., Kizek, R.: Application of higher plants in phytoremetiation of heavy metals.-Listy Cukrov. 120: 222–224 2004.