Biomics

Отложение лигнина играет важную роль в формировании поясков Каспари, представляющих собой барьер для неконтролируемого движения ионов и воды по апопласту. На фоне засоления, затопления, засухи и присутствия в почве ионов тяжелых металлов наблюдается усиление лигнификации. Эта защитная реакция повышает устойчивость растений, снижая как приток в растения токсичных ионов, так и потерю корнями кислорода при затоплении и потерю воды - при ее транспорте в побег через подсыхающие при засухе верхние слои почвы. Тем не менее, лигнификация может иметь отрицательные последствия для роста и развития растений из-за снижения гидравлической проводимости в результате блокирования апопластного пути воды. Данная работа была направлена на анализ данных о том, как растения могут решить проблему поддержания гидравлической проводимости на фоне усиленного отложения лигнина и вызванного им ограничения движения воды по апопласту. При этом снижение гидравлической проводимости можно избежать за счет повышения уровня и активности водных каналов аквапоринов. Важную роль в регуляции как отложения лигнина, так и компенсирующего этот процесс увеличения уровня аквапоринов может играть абсцизовая кислота.

лигнин, апопластные барьеры, пояски Каспари, устойчивость, гидравлическая проводимость

1. Белимов А.А., Мартыненко Е.В., Архипова Т.Н., Галин И.Р. Концентрация кальция и железа в растениях пшеницы при формировании поясков Каспари под влиянием засоления и ростстимулирующих бактерий. Экобиотех. 1(8). 91-100. doi:10.31163/2618-964X/2025-9
2. Иванов Р.C., Тимергалина Л.Н., Федяев В.В., Сельдимирова О.А., Галин И.Р., Веселов Д.С. Влияние гипоксии на формирование аэренхимы и рост растений пшеницы. Экобиотех. 2(5). 69-75. doi: 10.31163/2618-964X-2022-5-2-69-75
3. Alejandro S, Lee Y, Tohge T et al. AtABCG29 is a monolignol transporter involved in lignin biosynthesis. Curr Biol. 2012. 22(13). 1207-1212. doi: 10.1016/j.cub.2012.04.064
4. Akhiyarova GR; Ivanov RS; Ivanov II; Finkina EI; Melnikova DN; Bogdanov IV; Nuzhnaya T; Ovchinnikova TV; Veselov DS; Kudoyarova GR. Effects of salinity and Abscisic acid on lipid transfer protein accumulation, suberin deposition and hydraulic conductance in Pea Membranes. 2021. 11. 762. doi.org/10.3390/ membranes11100762
5. Akhtyamova Z, Arkhipova T, Sharipova G et al. The effect of plant growth-promoting bacteria Bacillus subtilis IB-22 on the hydraulic conductivity and abundance of PIP2 aquaporins in the roots of an abscisic acid-deficient barley mutant. J. Mol. Sci. 2024. 25. 10706. https://doi.org/10.3390/ijms251910706
6. Arkhipova T, Martynenko E, Sharipova G et al. Effects of plant growth promoting rhizobacteria on the content of abscisic acid and salt resistance of wheat plants. Plants. 2020. 9 (11). 1429. doi: 10.3390/plants9111429
7. Arkhipova T, Sharipova G, Akhiyarova G et al. The effects of rhizosphere inoculation with Pseudomonas mandelii on formation of apoplast barriers, HvPIP2 aquaporins and hydraulic conductance of barley. 2022. 10. 935. doi.org/10.3390/microorganisms10050935
8. Barberon M.The endodermis as a checkpoint for nutrients. New Phytologist. 213. 1604–1610. doi: 10.1111/nph.14140
9. Chen X, Sun H, Zhao B et al. Transcriptome analysis identifies differentially expressed genes involved in lignin biosynthesis in barley. Int J Biol Macromol. 2023. 236. 123940. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.123940
10. Cui B, Liu R, Flowers TJ, Song J. Casparian bands and suberin lamellae: Key targets for breeding salt tolerant crops? Exp. Bot. 2021. 191. 104600. doi.org/10.1016/j.envexpbot.2021.104600
11. de Silva NDG, Murmu J, Chabot D et al. Root suberin plays important roles in reducing water loss and sodium uptake in Arabidopsis thaliana. 2021. 11. 735. doi.org/10.3390/ metabo11110735
12. Dong NQ and Lin HX. Contribution of phenylpropanoid metabolism to plant development and plant-environment interactions. Integr. Plant Biol. 2021. 63. 180–209. doi: 10.1111/jipb.13054
13. Du B, Chen C, Sun Y, Yang M et al. Unlocking the response of lignin structure by depolymerization process improved lignin-based carbon nanofibers preparation and mechanical strength. Int J Biol Macromol. 2020. 1. (156). 669-680. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.105
14. Fröschel C, Komorek J, Attard A et al. Plant roots employ cell-layer-specific programs to respond to pathogenic and beneficial microbes. Cell Host Microbe. 2021. 29(2). 299-310.e7. doi: 10.1016/j.chom.2020.11.014
15. Guhr T, Song Z, Andersen AG et al. Root morphology and anatomy respond similarly to drought and flooding in two wheat cultivars. Annals of Botany. 2025. 136. 1239–1250. https://doi.org/10.1093/aob/mcaf152,
16. Lima TRA, Carvalho ECD, Martins FR et al. Lignin composition is related to xylem embolism resistance and leaf life span in trees in a tropical semiarid climate. New Phytol. 2018. 219(4). 1252-1262. doi: 10.1111/nph.15211
17. Liu Q, Luo L, Zheng L. Lignins: biosynthesis and biological functions in plants. Int J Mol Sci. 19. 335. doi: 10. 3390/ ijms1 90203 35
18. Liu C, Yu H, Rao X et al. Abscisic acid regulates secondary cell-wall formation and lignin deposition in Arabidopsis thaliana through phosphorylation of NST1. Proc Natl Acad Sci USA. 2021. 118(5): e2010911118. doi: 10.1073/pnas.2010911118
19. Martre P, Morillon R, Barrieu F et al. Plasma membrane aquaporins play a significant role during recovery from water deficit. Plant Physiol. 2002. 4. 2101-10. doi: 10.1104/pp.009019.
20. Martynenko E, Arkhipova T, Safronova V et al. Effects of phytohormone-producing rhizobacteria on Casparian band formation, ion homeostasis and salt tolerance of durum wheat. 2022. 12. 230. doi: 10.3390/biom12020230
21. Maurel C, Verdoucq L, Luu DT, Santoni V. Plant aquaporins: membrane channels with multiple integrated functions. Annual Review of Plant Physiology. 59. 595–624. doi: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092734
22. Ogorek LLP, Gao Y, Farrar E, Pandey BK. Soil compaction sensing mechanisms and root responses, Trends in Plant Science. 5(30). 565-575. doi.org/10.1016/j.tplants.2024.10.014
23. Pascut FC, Couvreur V, Dietrich D et al. Noninvasive hydrodynamic imaging in plant roots at cellular resolution. Nature Communications. 12(1). 4682. doi.org/10.1038/s41467-021-24913-z
24. Qi X, Tam NF, Li WC, Ye Z. The role of root apoplastic barriers in cadmium translocation and accumulation in cultivars of rice (Oryza sativa L.) with different Cd-accumulating characteristics. Environ Pollut. 2020. 264. 114736. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114736
25. Roppolo D, Boeckmann B, Pfister A et al. Functional and evolutionary analysis of the CASPARIAN STRIP MEMBRANE DOMAIN PROTEIN family. Plant Physiol. 2014. 165(4). 1709-1722. doi: 10.1104/pp.114.239137
26. Sharipova G, Veselov D, Kudoyarova G et al. Exogenous application of abscisic acid (ABA) increases root and cell hydraulic conductivity and abundance of some aquaporin isoforms in the ABA deficient barley mutant Az34. Annals of Botany. 2016. 118 (4). 777-785. doi: 10.1093/aob/mcw117
27. Swetha R, Sridhanya VM, Varanavasiappan S et al. Root apoplastic barrier mechanism: an adaptive strategy to protect against salt stress. Mol Biol Rep. 2024. 52(1). 56. doi: 10.1007/s11033-024-10171-x. PMID: 39690255
28. Vanholme R, Brech Demedts B, Morreel K et al. Lignin biosynthesis and structure. Plant Physiology. 153. 895–905. doi: 10.1104/pp.110.155119
29. Wang Y, Chantreau M, Sibout R, Hawkins S. Plant cell wall lignification and monolignol metabolism. Front Plant Sci. 2013. 4. 220. doi: 10.3389/fpls.2013.00220
30. Xu QT, Yang L, Zhou ZQ et al. Process of aerenchyma formation and reactive oxygen species induced by waterlogging in wheat seminal roots. Planta. 2013. 238(5). 969-82. https://doi.org/10.1007/s00425-013-1947-4
31. Yang L, Xia L Zeng Y et al. Grafting enhances plants drought resistance: Current understanding, mechanisms, and future perspectives. Front Plant Sci. 2022. 13. 1015317. doi: 10.3389/fpls.2022.1015317
32. Zheng M, Chen J, Shi Y et al. Manipulation of lignin metabolism by plant densities and its relationship with lodging resistance in wheat. Sci Rep. 2017. 7. 41805. doi: 10.1038/srep41805