The activity of superoxide dismutases and catalase during deetiolation of Triticum aestivum – the effect of light and norflurazon

Ubocznym produktem fotosyntezy u roślin jest tlen zapewniający im oddychanie tlenowe. Jednak z drugiej strony jest on również źródłem reaktywnych form, których obecność w wysokim stężeniu może przyczynić się do niekorzystnego stanu - stresu oksydacyjnego. W pracy zbadano aktywność istotnych enzymów systemu antyoksydacyjnego: dysmutaz ponadtlenkowych (SOD) i katalazy (CAT) w czasie deetiolacji siewek Triticum aestivum. Określono wpływ dwóch czynników: światła oraz norflurazonu. Ocenę aktywności SOD i identyfikację poszczególnych izoform tego enzymu przeprowadzono metodą elektroforezy natywnej w żelu poliakrylamidowym. Aktywność CAT mierzono metodą spektrofotometryczną przy długości fali równej 240 nm. Zidentyfikowano cztery izoformy SOD w materiale pochodzącym z liści Triticum aestivum: Mn-SOD, Cu/Zn-SOD I, Cu/Zn-SOD II i Cu/Zn-SOD III. Ich działanie znacząco rośnie w wyniku fotoredukcji protochlorofilidu pojedynczym błyskiem światła i dalszej inkubacji w ciemności, a także przy zastosowaniu norflurazonu (20 uM) w hodowli. Efekt ten był widoczny przede wszystkim w środkowej i górnej części liścia, gdzie obecne są dojrzałe i powoli starzejące się plastydy. Podczas kilkugodzinnej deetiolacji siewek Triticum aestivum aktywność poszczególnych izoform SOD ulegała nieznacznym wahaniom. Aktywność CAT nie ulega zmianie, co może mieć związek z obecnością innych mechanizmów obronnych przed wolnymi rodnikami powstającymi w czasie tego procesu. Odnotowano jednak znaczący wzrost aktywności CAT zarówno dla środkowej, jak i górnej części w pełni zazielenionych liści, co może świadczyć o wysoko rozwiniętym systemie antyoksydacyjnym i wydajnym rozkładzie nadtlenku wodoru w tych siewkach.

Oxygen is a by-product of plant photosynthesis, which is required for aerobic respiration. However, oxygen can also be converted to reactive species (ROS). In high concentration ROS can lead to oxidative stress, which is harmful for cells. The objective of this study was to investigate the activity of significant enzymes of the antioxidant system, namely superoxide dismutases (SOD) and catalase (CAT), in the course of deetiolation of Triticum aestivum seedlings. The influence of light and norflurazon was examined. Identification of SOD isoforms and evaluation of their activity were performed using native electrophoresis in polyacrylamide gel. CAT activity was measured spectrophotometrically at 240 nm. Four SOD isoforms were identified in leaf homogenate of Triticum aestivum: Mn-SOD, Cu/Zn-SOD I, Cu/Zn-SOD II and Cu/Zn-SOD III. Their activity increased significantly after the protochlorophyllide photoreduction by a single flash of light and further incubation in the dark. Moreover, this effect was observed in cultures treated with norflurazon (20 uM). This result was evident in central and upper part of leaves, having mature and senescing plastids. The activity of particular SOD isoforms underwent slight fluctuations during several hours of seedling greening. CAT activity was not changed, which may be related to the presence of other defense mechanisms against free radicals, which are formed during this process. However, a significantly higher CAT activity was observed both in the middle and the upper part of green leaves. It may indicate the presence of highly developed antioxidant system and efficient decomposition of hydrogen peroxide in fully green seedlings.