Аббиотический стресс и активные формы кислорода: образование, сигнальные пути и защитные механизмы

Изменение климата оказывает катастрофическое воздействие на живые организмы. У растений, как у неподвижных организмов, в ходе онтогенеза возникает широкий спектр абиотических стрессов, а их усиление и удлинение при продолжающихся климатических изменениях снижает выживаемость растений. Растения превращают 1–2% потребляемого кислорода в активные формы кислорода (АФК), в частности синглетный кислород, супероксид-анион, перекись водорода, гидроксильный радикал и др., как побочный продукт аэробного метаболизма в различных клеточных органеллах, таких как хлоропласты, митохондрии и др. Регуляторная сеть, включающая ферментативные и неферментативные антиоксидантные системы, поддерживает уровень АФК в растительных клетках на небезопасном для них уровне. Однако в условиях стресса скорость образования АФК экспоненциально возрастает, превышает возможности антиоксидантных систем и запускает оксидативный взрыв, который повреждает биомолекулы и нарушает клеточный редокс-гомеостаз. АФК подобны обоюдоострому мечу: при концентрации ниже пороговой они участвуют в редокс-сигнальных путях, которые обеспечивают рост, развитие и акклиматизацию растений к стрессу. Образование АФК в растительных клетках имеет как вредные, так и полезные эффекты. Однако точные пути ослабления стрессового воздействия через АФК пока не до конца выяснены. Поэтому в обзоре приведены данные о известных местах образования АФК, механизмах и путях сигнализации, эффектах и регуляции АФК в растительных клетках при стрессе. Кроме того, рассмотрена роль современных методов, таких как молекулярный прайминг, системная биология, феномика и моделирование урожая, в предупреждении оксидативного стресса и перенаправлении АФК в сигнальные пути.1•-•2222