Абиотический стресс и активные формы кислорода: образование, сигналинг и механизмы защиты

Изменение климата представляет собой невидимую и безмолвную угрозу с катастрофическими последствиями для живых организмов. Будучи прикреплёнными организмами, растения в ходе онтогенеза подвергаются разнообразным абиотическим стрессам. Непрерывные климатические изменения усиливают интенсивность и продолжительность этих стрессов, что всё больше затрудняет выживание растений. Растения превращают 1–2% потребляемого кислорода в активные формы кислорода (АФК), включая синглетный кислород (1O2), супероксид-радикал (O2•–), пероксид водорода (H2O2) и гидроксильный радикал (•OH), которые образуются как побочные продукты аэробного метаболизма в различных клеточных органеллах, таких как хлоропласты и митохондрии. Регуляторные сети, включающие ферментативные и неферментативные антиоксидантные системы, поддерживают уровень АФК в клетках растений ниже повреждающего порога. Однако в условиях стресса скорость образования АФК экспоненциально возрастает, превышая возможности антиоксидантных систем по их обезвреживанию, что запускает окислительный взрыв, повреждает биомолекулы и нарушает клеточный редокс-гомеостаз. АФК действуют как обоюдоострый меч: при концентрации ниже порогового уровня они опосредуют редокс-сигнальные пути, регулирующие рост, развитие и акклиматизацию растений к стрессу. Поэтому образование АФК в клетках растений может иметь как вредные, так и полезные последствия. Однако точные пути, посредством которых АФК обеспечивают снижение последствий стресса, ещё полностью не выяснены. В связи с этим в обзоре обобщены современные сведения об известных сайтах образования АФК, сигнальных механизмах и путях, эффектах и регуляции АФК в клетках растений в условиях стресса. Кроме того, рассмотрена роль достижений современных методов, таких как молекулярное праймирование, системная биология, феномика и моделирование сельскохозяйственных культур, в предотвращении окислительного стресса и перенаправлении АФК в сигнальные пути.