Expression of aquaporin PIP2;1 as an indicator of Zea mays L. cultivar tolerance to reduced soil moisture | Экспрессия аквапорина PIP2;1 как признак засухо­устойчивости гибридов Zea mays L. при пониженной влажности почвы | Експресія аквапорину PIP2;1 як ознака посухостійкості гібридів Zea mays L. за умов зниженої вологості ґрунту

English. Purpose. To investigate expression of aquaporin PIP2;1 in maize cultivars ‘Pereiaslavskyi’ and ‘Dostatok’, (moderately drought-resistant) and ‘Yachta’ and ‘Flahman’ (drought-resistant), which grew for 10 days in low humidity substrate (30%). To evaluate possible influence of lipids and fatty acids on the functional activity of PIP2;1 under above humidity conditions. Methods. Biochemical: study of lipids and fatty acids in cytoplasmic membrane fraction from the roots (liquid chromatography); molecular: detection of the relative expression of aquaporin PIP2;1 in the roots (polymerase chain reaction, PCR); morphometric measurements and statistical methods for result processing. Results. Studies showed that in moderately drought-tolerant maize cultivars ‘Pereiaslavskyi’ and ‘Yachta’, PIP2;1 expression decreased, while in drought-tolerant ‘Dostatok’ and ‘Flahman’, on the contrary, it increased. In ‘Dostatok’ and ‘Flahman’ smaller root water deficit compared with ‘Pereiaslavskyi’ and ‘Yachta’ in conditions of low humidity of the substrate was recorded. In addition, the quantity of sterols and phospholipids increased in the plasma membrane of all hybrids. Conclusions. Reduced expression of PIP2;1 observed in ‘Pereiaslavskyi’ and ‘Yachta’, is a characteristic feature of not drought tolerant plants and indicates reaction to a decrease in substrate moisture and counteraction to dehydration, since a smaller amount of aquaporins ensures water retention in the cells. Contrary, at a substrate moisture content of 30%, PIP2;1 expression in drought-resistant hybrids ‘Dostatok’ and ‘Flahman’ increased which was accompanied by lesser root water deficiency (comparing to that of ‘Pereiaslavskyi’ and ‘Yachta’). It is quite probable that the enhanced expression of the PIP2;1 isoform in cultivars ‘Dostatok’ and ‘Flahman’ is a specific indicator of hybrids drought resistance. The obtained data are important for improving the selection of drought resistant maize hybrids.

Russian. Цель. Исследовать экспрессию аквапорина PIP2;1 у гибридов кукурузы ‘Достаток’ и ‘Флагман’ (засухоустойчивые), ‘Переяславський’ и ‘Яхта’ (умеренно засухо­устойчивые), которые 10 суток росли при пониженной влажности субстрата (30%). Оценить возможное влияние состава липидов и жирних кислот на функциональную активность PIP2;1 в данных условиях. Методы. Биохимические: исследование состава липидов и жирних кислот фракции цитоплазматической мембраны корней (жидкостная хроматография); молекулярно-биологические: выявление относительной экспрессии аквапорина PIP2;1 в корнях (полимеразная цепная реакція, ПЦР); морфомет­рические измерения и статистические методы обработки результатов. Результаты. Показано, что у гибридов кукурузы ‘Переяславський’ и ‘Яхта’ экспрессия PIP2;1 снижалась, а у гибридов ‘Достаток’ и ‘Флагман’, наоборот, повышалась. В корнях ‘Достаток’ и ‘Флагман’ в условиях пониженной влажности субстрата отмечали сниженный дефицит воды по сравнению с ‘Переяславський’ и ‘Яхта’. Кроме того, в цитоплазматической мембране всех гибридов увеличивалось количество стеринов и фосфолипидов. Выводы. Снижение экспрессии PIP2;1, отмеченное у гибридов ‘Переяславський’ и ‘Яхта’ является характерным для нестойких к засухе растений и свидетельствует об их реакции на снижение влажности субстрата, а также, противодействие обезвоживанию, поскольку меньшее количество аквапоринов обеспечивает задержку воды в клетках. В то же время, при влажности субстрата 30% экспрессия PIP2;1 у засухоустойчивых гибридов ‘Достаток’ и ‘Флагман’, наоборот, усиливалась на фоне меньшего водного дефицита корней (по сравнению с гибридами ‘Переяславський’ и ‘Яхта’). Не исключено, что усиленная экспрессия PIP2;1 именно у данных гибридов ‘Достаток’ и ‘Флагман’ является специфическим индикатором засухоустойчивости. Полученные данные вносят существенный вклад в совершенствование селекции засухоустойчивых гибридов кукурузы.

Ukrainian. Мета. Дослідити експресію аквапорину PIP2;1 у гібридів кукурудзи ‘Достаток’ і ‘Флагман’ (посухостійкі), а також у ‘Переяславський’ та ‘Яхта’ (помірно посухостійкі), які 10 діб зростали в умовах зниженої вологості субстрату (30%). Оцінити можливий вплив ліпідів та жирних кислот цитоплазматичної мембрани на функціонування PIP2;1 за таких умов. Методи. Біохімічні: виявлення складу ліпідів та жирних кислот фракції цитоплазматичної мембрани коренів рослин (рідинна хроматографія); молекулярно-біологічні: дослідження відносної експресії аквапорину PIP2;1 (полімеразна ланцюгова реакція, ПЛР); морфометричні виміри та статистичні методи обробки результатів. Результати. Показано, що в гібридів кукурудзи ‘Переяславський’ та ‘Яхта’ експресія PIP2;1 знижувалася, а в ‘Достаток’ та ‘Флагман’, навпаки, підвищувалася. У коренях ‘Достаток’ і ‘Флагман’ в умовах зниженої вологості субстрату фіксували менший дефіцит води порівняно з ‘Переяславський’ та ‘Яхта’.Крім того, у цитоплазматичній мембрані всіх гібридів збільшувалася кількість стеринів і фосфоліпідів. Висновки. Зниження експресії PIP2;1, відзначене в ‘Переяславський’ та ‘Яхта’, є характерним для нестійких рослин і свідчить про їхню реакцію на зниження вологості субстрату та протидію зневодненню, оскільки менша кількість аквапоринів забезпечує утримання води в клітинах. Водночас, за вологості субстрату 30% експресія PIP2;1 у посухостійких гібридів ‘Достаток’ та ‘Флагман’, навпаки, підвищувалася на фоні меншого водного дефіциту коренів (порівняно з ‘Переяславський’ та ‘Яхта’). Цілком імовірно, що посилена експресія ізоформи PIP2;1 саме в ‘Достаток’ та ‘Флагман’ є специфічним індикатором посухостійкості гібридів. Отримані дані є важливими для вдосконалення селекції посухостійких гібридів кукурудзи.