Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН

  
Понедельник, 20 Нояб. 2017

Лаборатория окислительно-восстановительного метаболизма

E-mail Печать PDF
Заведующий лабораторией
Минибаева Фарида Вилевна, д.б.н.
тел.: (843)2319045, Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Сотрудники и аспиранты
Каримова Фатима Габдуллазяновна, д.б.н., в.н.с.
Валитова Юлия Наилевна, к.б.н., с.н.с.
Гурьянов Олег Петрович, к.б.н., с.н.с.
Викторова Лариса Викторовна, к.б.н., н.с.
Газизова Наталья Ивановна, к.б.н., н.с.
Рахматуллина Дания Фаритовна, к.б.н., н.с.
Часов Андрей Васильевич, к.б.н., н.с.
Галеева Екатерина Инсафовна, к.б.н., м.н.с.
Дмитриева Светлана Анатольевна, к.б.н., м.н.с.
Рябовол Виктория Вадимовна, к.б.н., м.н.с.
Трифонова Татьяна Владимировна, к.б.н., м.н.с.
Сулкарнаева Альбина Гарифулловна, аспирант

Тема
«Молекулярные механизмы антиоксидантной защиты растительных клеток». Номер государственной регистрации темы № 01201357062.
Наименование фундаментальных исследований по Программе фундаментальных научных исследований государственных академий на 2013-2020 г.г.
№56 - Физиология и биохимия растений. Фотосинтез. Взаимодействие растений с другими организмами.

Основные направления

1. Метаболизм активных форм кислорода и азота в растениях

2. Стресс-индуцированная аутофагия в растениях

3. Мембранные стерины растений

Наиболее важные достижения лаборатории за 2009-2014 г.г.

1. Проведен аналитический скрининг особенностей и механизмов образования и метаболизма активных форм кислорода (АФК) и азота при абиотическом стрессе в ряде высших и низших растений, а также симбиотических организмах, в частности, в корнях и листьях пшеницы, семенах сельскохозяйственных и дикорастущих растений, бриофитах и различных видах лишайников. Обнаружено, что быстрый редокс-ответ растительных клеток в ответ на действие стрессора обеспечивается активностью дошоковых редокс-ферментов клеточной стенки и плазмалеммы. Впервые идентифицированы апопластные пероксидазы, которые вносят наибольший вклад в стресс-индуцированное образование супероксида в апопласте корней пшеницы и семенах каштана. Методами протеомики показана множественность изоформ апопластных пероксидаз, обладающих анти- и прооксидантными свойствами. Анализ кинетических характеристик пероксидаз эволюционных предшественников высших сосудистых растений бриофитов Dumortiera hirsuta и Anthoceros natalensis выявил, что образование АФК пероксидазами – эволюционно древний процесс, способствующий повышению иммунитета растений и успешной колонизации ими различных экологических ниш. Получено первое свидетельство лигнолитической активности в лишайниках. Эта активность обеспечивается редокс-ферментами, в частности, пероксидазами. Обнаружено, что пероксидаза лишайников под-отряда Пельтигеровые обладает высоким редокс-потенциалом и может окислять рекальцитрантные субстраты, в том числе фенольные метаболиты конкурирующих лишайников. Эти результаты вносят вклад в расшифровку редокс-механизмов, контролирующих стрессовые ответы и формирование иммунитета растений, а также способствующих колонизации растениями различных экологических ниш.

 2. Проводится исследование механизмов аутофагии – регулируемого удаления в клетках растений окисленных и поврежденных молекул, структур и органелл – ультраструктурном, биохимическом и молекулярно-биологическом уровне. Нами впервые описаны и охарактеризованы последовательные этапы формирования аутофагосом в растительных клетках. Показана индукция, развитие и регулируемость макроаутофагии в растениях в условиях окислительного стресса. Анализ активности аутофагических генов ATG4, ATG6 и ATG8 с помощью ПЦР-РВ выявил стимуляцию экспрессии этих генов в корнях пшеницы при действии прооксидантов, митохондриальных ядов и поранении. С помощью биоинформатического анализа аутофагических генов ATG4 и ATG8 пшеницы выявлены их консервативные и вариабельные домены. Были идентифицированы две копии гена TaATG8g, которые были зарегистрированы в базе данных GenBank под идентификационными номерами KJ740609 и KJ740610. Методами биоинформатики и компьютерного моделирования впервые охарактеризована пространственная структура аутофагических белков ATG4 и ATG8g у растений пшеницы и выявлены специфичные сайты, необходимые для их взаимодействия с лигандами при формировании аутофагосом. Впервые получен рекомбинантный белок ATG8g пшеницы, который экспрессировали в бактериальной системе E. сoli. Новые знания о механизмах аутофагической деградации окисленных внутриклеточных белков и поврежденных органелл в растениях способствуют расшифровке механизмов контроля иммунитета растений в условиях стресса.

 3. В трансдукцию редокс-сигналов из апопласта внутрь клетки вовлечены мембранные липиды, в том числе стерины и сфинголипиды. В отличие от животных и грибов, растения обладают многообразием молекулярных видов стеринов. С использованием хромато-масс-спектрометрического анализа получены данные о составе мембранных липидов, изменении соотношения молекулярных видов стеринов, в частности кампестерина и ситостерина, в условиях окислительного, раневого, холодового стрессов. Обнаружена взаимосвязь между изменениями стеринов и гликоцерамидов при абиотическом стрессе и истощении стеринов. Впервые обнаружено, что при истощении эндогенных стеринов изменения в липидном составе, проницаемости мембран и характеристиках физиологического ответа растительных клеток различаются в зависимости от типа связывания стеринов специфическими агентами нистатином и метил-β-циклодестрином. Анализ структуры кодирующей области и секвенирование регуляторной области гена стерин-метилтрансферазы (СМТ1) - ключевого фермента биосинтеза растительных стеринов – выявил наличие консервативных и вариабельных доменов, в том числе стресс-чувствительных мотивов. Показано, что в условиях абиотического стресса (окислительный, раневой, холодовой стрессы) в корнях пшеницы происходит изменение экспрессии гена TaSMT1. Эти результаты свидетельствуют о вовлечении ферментов стеринового биосинтеза в стрессовый ответ растительных клеток.

Исследования поддержаны грантами:

РФФИ, РФФИ-ЮАР, РФФИ-мол (Российская Федерация)
Федеральной Целевой Программы Министерства образования и науки РФ
Программы Президента РФ по государственной поддержке ВНШ
Алгарыш (Министерство образования и науки РТ)
Leverhulme Trust Foundation (Великобритания)
DFG (Германия)
Академии Наук Финляндии
National Research Foundation (ЮАР)
Правительства Франции

Совместные исследования:

Ilse Kranner (University of Innsbruck, Austria) - выявление роли АФК в стрессовых ответах семян
Richard Beckett (University of KwaZulu-Natal, Republic of South Africa) - исследование редокс-активности в клетках низших растений
Sabine Lüthje (University of Hamburg, Germany) - идентификация апопластных пероксидаз
Mariana Sottomayor (University of Porto, Portugal) - расшифровка генных последовательностей растительных пероксидаз
Christiane Liers, Martin Hofrichter (International Graduate School of Zittau, Germany) - идентификация редокс-ферментов в лишайниках
Kurt Fagerstedt и Ольга Блохина (University of Helsinki, Finland) - изучение образования АФК и NO в мутантах растений
И.С. Рыжкина (ИОФХ им. Арбузова РАН, Казань) - изучение роли агрегационного состояния синтетических веществ и биологических макромолекул в проявлении их мембранотропных свойств в растительных клетках
Х.Л. Гайнутдинов (КФТИ РАН, Казань) - изучение метаболизма NO в растительных тканях
Е.Р. Котлова (Ботанический институт им. Комарова им. В.Л.Комарова РАН) - идентификация мембранных липидов

Перечень защищенных в 2008-2013 г.г. сотрудниками лаборатории кандидатских диссертаций

Дмитриева Светлана Анатольевна «Структурно-функциональные изменения клеток корней пшеницы в условиях окислительного стресса», 2008
Рябовол Виктория Вадимовна «Характеристика морфологических, биохимических и молекулярных признаков аутофагии в корнях Triticum aestivum при стрессе», 2014

Педагогическая деятельность сотрудников лаборатории

Курс лекций «Регуляция метаболизма сигнальными системами» студентам 5 курса биолого-почвенного факультета, каф. физиологии и биохимии растений К(Ф)ПУ (Каримова Ф.Г.) 
Курс лекций «Фотобиология» студентам 3 курса биолого-почвенного факультета, каф. биохимии К(Ф)ПУ (Часов А.В.)
Каримова Ф.Г. - Председатель Государственной аттестационной комиссии биолого-почвенного факультета кафедры: физиологии и биохимии растений, физиологии животных и человека, биохимии КФУ
Минибаева Ф.В. - Председатель Государственной аттестационной комиссии кафедры пищевой биотехнологии КНИТУ (КХТИ)
Минибаева Ф.В. - Председатель Государственной магистерской комиссии кафедры пищевой биотехнологии КНИТУ (КХТИ)
Каримова Ф.Г. - председатель Государственной аттестационной комиссии кафедры промышленной биотехнологии КНИТУ (КХТИ)
Руководство дипломными и курсовыми работами студентов.

Список отдельных публикаций в монографиях, международных и рецензируемых научных российских журналах за период 2009-2014 г.г.

 2009

  • Часов А.В., Минибаева Ф.В. (2009) Действие экзогенных фенолов на супероксидобразующую способность экстраклеточной пероксидазы корней проростков пшеницы. Биохимия, 74(7): 946-955.
  • Laufer Z., Beckett R.P., Minibayeva F.V., Lüthje S., Böttger M. (2009) Diversity of laccases from lichens in Suborder Peltigerineae. Bryologist, 112(2): 418-426.
  • Minibayeva F., Kolesnikov O., Chasov A., Beckett R.P., Lüthje S., Vylegzhanina N., Buck F., Böttger M. (2009) Wound-induced apoplastic peroxidase activities: their roles in the production and detoxification of reactive oxygen species. Plant, Cell & Environment, 32: 497-508.

 2010

  • Минибаева Ф.В. (2010) Редокс-сигналы в растительных клетках при стрессе: фокус на апопласт. Клеточная сигнализация. Изд-во Фэн: Академия наук РТ, Казань, под ред. А.Н.Гречкина, с. 81-89.
  • Whitaker C., Beckett R.P., Minibayeva F.V., Kranner I. (2010) Production of reactive oxygen species in excised, desiccated and cryopreserved explants of Trichilia dregeana Sond. South African Journal of Botany, 76: 112-118.
  • Roach T., Beckett R.P., Minibayeva F.V., Colville C., Whitaker C., Chen H., Bailly C., Kranner I. (2010) Extracellular superoxide production, viability and redox poise in response to desiccation in recalcitrant Castanea sativa seeds. Plant, Cell & Environment, 33: 59-75.
  • Li J.L.Y., Sulaiman M., Beckett R.P., Minibayeva F.V. (2010) Cell wall peroxidases in the liverwort Dumortiera hirsuta are responsible for extracellular superoxide production, and can display tyrosinase activity. Physiologia Plantarum, 138: 474-484.
  • Kranner I., Roach T., Beckett R.P., Whitaker C., Minibayeva F.V. (2010) Extracellular production of reactive oxygen species during seed germination and early seedling growth in Pisum sativum. Journal of Plant Physiology, 167: 805-811.
  • Валитова Ю.Н., Котлова Е.Р., Новиков А.В., Шаварда А.Л., Артеменко К.А., Зубарев Р.А., Минибаева Ф.В. (2010) Связывание стеринов влияет на функционирование мембран и состав сфинголипидов в корнях пшеницы. Биохимия, 75(5): 644-653.
  • Викторова Л.В., Максютова Н.Н., Трифонова Т.В., Андрианов В.В. (2010) Образование пероксида водорода и оксида азота при введении нитрата и нитрита в апопласт листьев пшеницы. Биохимия, 75: 117-124.
  • Kranner I., Minibayeva F.V., Beckett R.P., Seal C.E. (2010) What is stress? Concepts, definitions and applications in seed science. New Phytologist, 188: 655-673.

2011

  • Beckett R.P., Alyabyev A.J., Minibayeva F.V. (2011) Patterns of heat production during desiccation and rehydration in lichens differing in desiccation tolerance. Lichenologist, 43(2): 178-183.
  • Valitova J.N., Minibayeva F.V., Kotlova E.R., Novikov A.V., Shavarda A.L., Murtazina L.I., Ryzhkina I.S. (2011) Sterol depletion by nystatin increases membrane permeability and modifies sphingolipid composition in wheat roots. Phytochemistry, 72: 1751–1759.
  • Liers C., Ullrich R., Hofrichter M., Minibayeva F.V., Beckett R.P. (2011) A heme peroxidase of the ascomyceteous lichen Leptogium saturninum oxidizes high-redox potential substrates. Fungal Genetics and Biology, 48(12): 1139-1145.

2012 

  • Дмитриева С.А., Пономарева А.А., Рябовол В.В., Минибаева Ф.В. (2012) Эффекты окислительного стресса на ультраструктуру и функциональную активность растительных митохондрий in vivo. Биологические мембраны, 29(4): 267–275.
  • Галеева Е.И., Трифонова Т.В., Пономарева А.А., Викторова Л.В., Минибаева Ф.В. (2012) Нитратредуктаза листьев Triticum aestivum: регуляция активности и возможная роль в образовании оксида азота. Биохимия, 77(4): 512–520.
  • Minibayeva F., Dmitrieva S., Ponomareva A., Ryabovol V. (2012) Oxidative stress-induced autophagy in plants: the role of mitochondria. Plant Physiology and Biochemistry, 59: 11-19.
  • Часов А.В., Бекетт Р.П., Минибаева Ф.В. (2012) Пероксидазы Anthoceros natalensis, эволюционного предшественника сосудистых растений. Доклады РАН, 447(2): 235–237.
  • Beckett R.P., Minibayeva F.V., Liers C. (2012) Occurrence of high tyrosinase activity in the non-Peltigeralean lichen Dermatocarpon miniatum (L.)W. Mann. Lichenologist, 44(6): 827–832.

2013

  • Beckett R.P., Minibayeva F.V., Liers C. (2013) On the occurrence of peroxidase and laccase activity in lichens. Lichenologist, 45(2): 277–283.
  • Газизова Н.И., Петрова Н.В., Каримова Ф.Г. (2013) Влияние вольфрамата на рост корней гороха и фосфорилирование белков по тирозину. Физиология растений, 60(6): 819– 828.

 2014

  • Valitova J., Sulkarnayeva A., Kotlova E., Ponomareva A., Mukhitova F.K., Murtazina L., Ryzhkina I., Beckett R., Minibayeva F. (2014) Sterol binding by methyl-β-cyclodextrin and nystatin – comparative analysis of biochemical and physiological consequences for plants. FEBS Journal, 281: 2051–2060.
  • Beckett R.P., Minibayeva F.V., Vinogradova A., Liers C. (2014) Hydration can induce laccase and peroxidase activity in Peltigeralean and non-Peltigeralean lichens. Lichenologist, 46(4): 589–593.
  • Каримова Ф.Г., Гильманова Р.И., Федина Е.О. Мелафен-индуцированное тирозиновое фосфорилирование белков темновой стадии фотосинтеза. Мелафен: механизм действия и области применения. Изд-во: Печать-Сервис ХХI век, Казань, под ред. С.Г. Фаттахова, В.В. Кузнецова, Н.В. Загоскиной, 2014, с. 69-82.
  • Сулкарнаева А.Г., Валитова Ю.Н., Мухитова Ф.К., Минибаева Ф.В. (2014) Стресс-индуцированные изменения мембранных стеринов в корнях пшеницы. Доклады РАН, 455(2): 229-231.
  • Часов А.В., Минибаева Ф.В. (2014) Методические подходы к исследованию редокс-активности апопласта. 1. Механизмы высвобождения пероксидаз. Физиология растений, 61(4): 1–9.
  • Часов А.В., Минибаева Ф.В. (2014) Методические подходы к исследованию редокс-активности апопласта. 1. Регуляция активности пероксидаз. Физиология растений, 61(5): 1–9.
  • Рябовол В.В., Минибаева Ф.В. (2014) Аутофагические белки ATG4 и ATG8 пшеницы: особенности структуры и роль при стрессе. Доклады РАН, 458(6): 718–720.
Новости

ОФР Казань

Казанский научный центр
Семинары по Web of Science
Вход в почту