Effect of Exogenous Salicylic Acid on the Superoxide Dismutase Activity in Cucumber Seedlings (Cucumis sativus L.) Under Chilling

Abstract

Phytohormones play a key role in adaptation to stress factors, including low temperature. There are data indicating a protective effect of salicylic acid (SA), a phenolic compound, on plants under chilling. Previously, it was shown that SA application had a positive effect on antioxidant enzyme activity but less data are available about changes in expression of genes encoding antioxidant enzymes. For this reason, the effects of exogenous SA on the superoxide dismutase (SOD) activity and Cu/Zn-SOD and Mn-SOD gene expression in cucumber (Cucumis sativus L.) seedlings under chilling stress (12 °C and 4 °C) were investigated. An analysis of electrolyte leakage from leaf cells and malondialdehyde (MDA) content showed that cucumber seedlings could survive at the temperature of 12 °C, but the temperature of 4 °C caused a significant damage. SOD activity in leaves increased gradually for 3 days at 12 °C, while at 4 °C, it increased during the first 5 h of exposure with a further decrease. The temperature of 12 °C induced accumulation of Cu/Zn-SOD and Mn-SOD gene transcripts in leaves, whereas 4 °C did not affect gene expression. Exogenous salicylic acid (SA) (100 μM) application reduced the level of electrolyte leakage and MDA concentration but increased SOD activity and Cu/Zn-SOD and Mn-SOD gene expression at both 12 °C and 4 °C. It is suggested, that the protective role of SA under the chilling stress is associated with its involvement in the regulation of the antioxidant system of plants, particularly the activity of SOD and expression of genes encoding SOD isoforms

Фитогормоны играют ключевую роль в адаптации растений к действию разных стресс‑факторов, в том числе низких температур. Известно, что салициловая кислота (СК) – соединение фенольной природы, оказывает проекторное действие на растения в условиях гипотермии. Ранее было показано, что обработка СК положительно влияет на активность антиоксидантных ферментов, однако наряду с этим практически нет данных об ее влиянии на экспрессию генов, кодирующих эти ферменты. Учитывая это, цель даной работы заключалась в изучении влияния экзогенной обработки СК на активность супероксиддисмутазы (СОД) и экспрессию генов Cu/Zn-SOD и Mn-SOD у проростков огурца (Cucumis sativus L.) при холодовом стрессе (12 °C and 4 °C). Анализ выхода электролитов из клеток листа и содержания малонового диальдегида (МДА) показал, что проростки огурца адаптируются к действию температуры 12 °C, тогда как температура 4 °C оказывает повреждающее действие. Активность СОД в листьях огурца увеличивалась в течение 3 дней при 12 °C, тогда как при температуре 4 °C повышение активности СОД наблюдалось через 5 часов от начала воздействия, снижаясь при более длительной экспозиции. Кроме того, температура 12 °C приводила к накоплению транскриптов генов Cu/ Zn-SOD и Mn-SOD в листьях огурца, в отличие от этого температура 4 °C не оказывала эффекта на экспрессию исследуемых генов. Экзогенная предобработка СК (100 мкМ) способствовала снижению выхода электролитов, концентрации МДА, а также стимулировала активность СОД и повышение экспрессии генов Cu/Zn-SOD и Mn-SOD в листьях огурца при действии низких температур 12 °C и 4 °C. Предполагается, что защитная роль СК при холодовом стрессе связана с ее участием в регуляции активности антиоксидантных ферментов, в частности СОД и экспрессии генов, кодирующих изоформы данного фермента