рус eng
«ИЗВЕСТИЯ ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА». СЕРИЯ «БИОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ»
«IZVESTIYA IRKUTSKOGO GOSUDARSTVENNOGO UNIVERSITETA». SERIYA «BIOLOGIYA. ECOLOGIYA»
«THE BULLETIN OF IRKUTSK STATE UNIVERSITY». SERIES «BIOLOGY. ECOLOGY»
ISSN 2073-3372 (Print)

Список выпусков > Серия «Биология. Экология». 2018. Том 23

Физиологические и биохимические маркеры стресс-ответа эндемичных байкальских амфипод: современное состояние и перспективы исследований

Автор(ы)
Д. С. Бедулина, Ж. М. Шатилина, А. Н. Гурков, Ю. А. Лубяга, К. П. Верещагина, Е. В. Мадьярова, Д. В. Аксенов-Грибанов, М. А. Тимофеев
Аннотация
Описано современное состояние исследований некоторых физиологических, биохимических, клеточных и молекулярных маркеров стресс-ответа у эндемичных амфипод оз. Байкал и других пресноводных экосистем. Обсуждаются последние достижения в этой области, а также перспективы будущих исследований. Байкальские амфиподы являются важнейшей частью бентосных сообществ озера, которые в последние годы подвержены существенной антропогенной нагрузке и воздействию изменения климата. В ходе проведённых исследований удаётся выявить температурные предпочтения и диапазоны устойчивости ключевых бентосных видов амфипод к температурному фактору и к загрязнению солями тяжёлых металлов. Предварительные данные указывают на возможность применения отдельных видов литоральных амфипод оз. Байкал в качестве индикаторов эвтрофикации. Аутэкологические исследования этих ракообразных позволяют выявить внутривидовую вариацию в устойчивости к температурному фактору, определить физиологические пороги термотолерантности, ограничивающие рост и размножение. Оценка порогов толерантности и диапазонов температурного оптимума у амфипод на биохимическом уровне показала соответствие этих диапазонов зонам предпочитаемых температур. Результаты исследований позволяют сделать прогнозы о воздействии дальнейшего повышения температуры и антропогенного пресса на прибрежную фауну амфипод. Исследуется комплекс неспецифических клеточных и молекулярных механизмов стресс-ответа. Показаны структурно-функциональные особенности системы белков теплового шока, отвечающие за развитие термотолерантности у амфипод Eulimnogammaruscyaneus. Изучены особенности активации ферментов антиоксидантной системы при стрессовых воздействиях у разных экологических групп амфипод. Полученные данные демонстрируют высокую степень внутри- и межвидового полиморфизма физиологических и биохимических реакций амфипод на стрессовые воздействия. При помощи методов геномики, транскриптомики и протеомики ведётся поиск таксоно-специфичных молекулярных биомаркеров стрессовых состояний у различных экологических групп амфипод.
Ссылка для цитирования:
Физиологические и биохимические маркеры стресс-ответа эндемичных байкальских амфипод: современное состояние и перспективы исследований / Д. С. Бедулина, Ж. М. Шатилина, А. Н. Гурков, Ю. А. Лубяга, К. П. Верещагина, Е. В. Мадьярова, Д. В. Аксенов-Грибанов, М. А. Тимофеев // Известия Иркутского государственного университета. Серия Биология. Экология. 2018. Т. 23. С. 3–22. https://doi.org/10.26516/2073-3372.2018.23.3
Ключевые слова
амфиподы, биомаркеры, антиоксиданты, Байкал, БТШ70, стресс, эндемики
УДК
574.24

DOI

https://doi.org/10.26516/2073-3372.2018.23.3

Литература

Протопопова М. В. Механизмы неспецифической резистентности у байкальских и палеарктических амфипод в условиях интоксикации хлоридом кадмия : дис. … канд. биол. наук. Красноярск, СФУ, 2011. 144 с.

Сравнительный анализ экспрессии генов и накопления БТШ70 у представителей двух разных популяций байкальского вида Eulimnogammarus verrucosus (Gerstf., 1858) / Е. В. Мадьярова, Ю. А. Лубяга, А. Н. Гурков, К. П. Верещагина, Е. М. Кондратьева, Е. П. Щапова, М. А. Тимофеев, Т. Люкенбах, Д. С. Бедулина // J. of Stress Physiology & Biochemistry.;2013. Т. 9, № 4. C. 345–351.

Тахтеев В. В. Очерки о бокоплавах озера Байкал: Систематика, сравнительная экология, эволюция. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2000. 355 с.

Тимофеев М. А. Экологические и физиологические аспекты адаптации к абиотическим факторам среды эндемичных байкальских и палеарктических амфипод : дис. … д-ра биол. наук. Томск : ТГУ, 2010. 384 с.

Тимофеев М. А., Кириченко К. А. Экспериментальная оценка роли абиотических факторов в ограничении распространения эндемиков за пределы оз. Байкал, на примере амфипод // Сиб. экол. журн. 2004. № 1. C 41–50.

Янковский О. Я. Токсичность кислорода и биологические системы (эволюционные, экологические и медико-биологические аспекты). СПб. : Игра, 2000. 294 с.

A first glimpse at the genome of the Baikalian amphipod Eulimnogammarus verrucosus / L. Rivarola-Duarte, C. Otto, F. Jühling, S. Schreiber, D. Bedulina, L. Jakob, A. Gurkov, D. Axenov-Gribanov, A. H. Sahyoun, M. Lucassen, J. Hackermüller, S. Hoffmann, F. Sartoris, H.-O. Pörtner, M. Timofeyev, T. Luckenbach, P. F. Stadler // J. Exp. Zool. B Mol. Dev. Evol. 2014. Vol. 322, N 3. P. 177–189. DOI: 10.1002/jez.b.22560.

Bedulina D. S., Zimmer M., Timofeyev M. A. Sub-littoral and supra-littoral amphipods respond differently to acute thermal stress // Comp. Biochem. Physiol. B: Biochem. Mol. Biol., 2010. Vol. 155, N 4. P. 413–418. DOI: 10.1016/j.cbpb.2010.01.004.

Contrasting cellular stress responses of Baikalian and Palearctic amphipods upon exposure to humic substances: environmental implications / M. V. Protopopova, V. V. Pavlichenko, R. Menzel, A. Putschew, T. Luckenbach, C. E. Steinberg // Environ. Sci. Pollut. Res. 2014. Vol. 21, N 24. P. 14124–14137. DOI: 10.1007/ s1135.

Evaluation of biochemical responses in Palearctic and Lake Baikal endemic amphipod species exposed to CdCl2 / M. A. Timofeyev, Z. M. Shatilina, D. S. Bedulina, M. V. Protopopova, V. V. Pavlichenko, O. I. Grabelnych, A. V. Kolesnichenko // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008. Vol. 70, N 1. P. 99–105. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2007.06.014.

Expression patterns and organization of the hsp70 genes correlate with thermotolerance in two congener endemic amphipod species (Eulimnogammarus cyaneus and E. verrucosus) from Lake Baikal / D. S. Bedulina, M. B. Evgen'ev, M. A. Timofeyev, M. V. Protopopova, D. G. Garbuz, V. V. Pavlichenko, T. Luckenbach, Z. M. Shatilina, D. V. Axenov-Gribanov, A. N. Gurkov, I. M. Sokolova, O. G. Zatsepina // Mol. Ecol. 2013. Vol. 22, N 5. P. 1416–1430. DOI: https://doi.org/10.1111/mec.12136.

Feder M. E., Hofmann G. E. Heat-shock proteins, molecular chaperones, and the stress response: evolutionary and ecological physiology // Annu. Rev. Physiol., 1999. Vol. 61, N 1. P. 243–282. DOI: 10.1146/annurev.physiol.61.1.243.

Garbuz D. G., Evgen’ev M. B. The evolution of heat shock genes and expression patterns of heat shock proteins in the species from temperature contrasting habitats // Russian Journal of Genetics, 2017. Vol. 53, N 1, P. 21–38. DOI: 10.1134/S1022.

Grilo T. F., Rosa R. Intersexuality in aquatic invertebrates: Prevalence and causes // Sci. Total Environ., 2017. Vol. 592, No. 15. P. 714–728. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.02.099.

Groundwater contamination by sewage causes benthic algal outbreaks in the littoral zone of Lake Baikal (East Siberia) / O. A. Timoshkin, M. V. Moore, N. N. Kulikova, I. V. Tomberg, V. V. Malnik, M. N. Shimaraev, E. S. Troitskaya, A. A. Shirokaya, V. N. Sinyukovich, E. P. Zaitseva, V. M. Domysheva, M. Yamamuro, A. E. Poberezhnaya, E. M. Timoshkina // J. Great Lakes Res. 2018. Vol. 44, N 2. P. 230–244. DOI: 10.1016/j.jglr.2018.01.008.

Guppy M., Withers P. Metabolic depression in animals: physiological perspectives and bio-chemical generalizations // Biol. Rev. Camb. Philos. Soc., 1999. Vol. 74, N 1. P. 1–40. DOI: 10.1017/S0006323198005258.

Halpin P. M., Menge B. A., Hofmann G. E. Experimental demonstration of plasticity in the heat shock response of the intertidal mussel Mytilus californianus // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2004. Vol. 276. P. 137–145. DOI: 10.3354/meps276137.

Hamza-Chaffai A. Usefulness of bioindicators and biomarkers in pollution biomonitoring / Int. J. Biotech. Well. Indus. 2014. Vol. 3, N 1. P. 19–26. DOI: 10.6000/1927-3037.2014.03.01.4.

Hendrick J.P. Molecular chaperone functions of heat-shock proteins // Annu. Rev. Biochem. 1993. Vol. 62, N 1. P. 349–384. DOI: 10.1146/annurev.bi.62.070193.002025.

Horion S., Thomé J. P., Gismondi E. Changes in antitoxic defense systems of the freshwater amphipod Gammarus pulex exposed to BDE-47 and BDE-99 // Ecotoxicol. 2015. Vol. 24, N 4. P. 959-966. DOI: 10.1007/s10646-015-1438-4.

Intersexual differences of heat shock response between two amphipods (Eulimnogammarus verrucosus and Eulimnogammarus cyaneus) in Lake Baikal / D. Bedulina, M. F. Meyer, A. Gurkov, E. Kondratjeva, B. Baduev, R. Gusdorf, M. A. Timofeyev // Peer J. 2017. Vol. 5. P. e2864, DOI: 10.7717/peerj.2864.

Ironside J. E., Alexander J. Microsporidian parasites feminise hosts without paramyxean co-infection: support for convergent evolution of parasitic feminization // Int. J. Parasitol. 2015. Vol. 45. P. 427–433. DOI: 10.1016/j.ijpara.2015.02.001.

Jakob L., Bedulina D. S., Axenov-Gribanov D. V. Uptake kinetics and subcellular compart-mentalization explain lethal but not sublethal effects of cadmium in two closely related amphipod species // Environ. Sci. Technol. 2017. Vol. 51, N 12. P. 7208–7218. DOI: 10.1021/acs.est.6b06613.

Kozhova O. M., Izmest’eva L. R. Lake Baikal: Evolution and Biodiversity. Leiden : Blackhuys Publishers, 1998. 447 p.

Kültz D. Evolution of the cellular stress proteome: from monophyletic origin to ubiquitous function // J. Exp. Biol. 2003. Vol. 206, N 18. P. 3119–3124/ DOI: 10.1242/jeb.00549.

Lake Baikal amphipods under climate change: thermal constraints and ecological consequences / L. Jakob, D. V. Axenov-Gribanov, A. N. Gurkov, M. Ginzburg, D. S. Bedulina, M. A. Timofeyev, T. Luckenbach, M. Lucassen, F. J. Sartoris, H.-O. Pörtner // Ecosphere. 2016. Vol. 7, N 3. P. e01308. DOI: 10.1002/ecs2.1308.

Lindquist S., Craig E. A. The heat-shock proteins // Annu. Rev. Gen., 1988. Vol. 22, N 1. P. 631–677. DOI: 10.1146/annurev.ge.22.120188.003215.

Microsporidian parasites found in the hemolymph of four Baikalian endemic amphipods / E. V. Madyarova, R. V. Adelshin, M. D. Dimova, D. V. Axenov-Gribanov, Y. A. Lubyaga, M. A. Timofeyev // PloS one. 2015. Vol. 10, N 6. P. e0130311. DOI: 10.1371/journal.pone.0130311.

Next-generation proteomics: toward customized biomarkers for environmental biomonitoring / J. Trapp, J. Armengaud, A. Salvador, A. Chaumot, O. Geffard // Environ. Sci. Technol. 2014. Vol. 48, N 23. P. 13560–13572. DOI: 10.1021/es501673s.

Perrot-Minnot M. J., Kaldonski N., Cézilly F. Increased susceptibility to predation and altered anti-predator behavior in an acanthocephalan-infected amphipod // Int. J. Parasitol. 2007. Vol. 37, N 6. P. 645–651. DOI: 10.1016/j.ijpara.2006.12.005.

Pörtner H. O., Bock C., Mark F. C. Oxygen- and capacity-limited thermal tolerance: bridging ecology and physiology // J. Exp. Biol. 2017. Vol. 220, N 15. P. 2685–2696. DOI: 10.1242/jeb.134585.

Potemkina T. G., Potemkin V. L., Fedotov A. P. Climatic factors as risks of recent ecological changes in the shallow zone of Lake Baikal // Russian Geology and Geophysics, 2018. Vol. 59, N 5. P. 556–565. DOI: 10.1016/j.rgg.2018.04.008.

Rapid ecological change in the coastal zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the site of the world's greatest freshwater biodiversity in danger? / O. A. Timoshkin, D. P. Samsonov, M. Yamamuro, M. V. Moore, O. I. Belykh, V. V. Malnik, M. V. Sakirko, A. A. Shirokaya, N. A. Bondarenko, V. M. Domysheva, G. A. Fedorova, A. I. Kochetkov, A. V. Kuzmina, A. G. Lukhnev, O. V. Medvezhonkova, A. V. Nepokrytykh, E. M. Pasynkova, A. E. Poberezhnaya, N. A. Bukshuk // J. Great Lakes Res. 2016. Vol. 42, N 3. P. 487–497. DOI: 10.1016/j.jglr.2016.02.011.

Rodríguez E. M., Medesani D. A., Fingerman M. Endocrine disruption in crustaceans due to pollutants: a review // Comp. Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 2007. Vol. 146, N 4. P. 661–671. DOI: 10.1016/j.cbpa.2006.04.030.

Specific antioxidant reactions to oxidative stress promoted by natural organic matter in two amphipod species from Lake Baikal / M. A. Timofeyev, Z. M. Shatilina, A. V. Kolesnichenko, V. V. Kolesnichenko, C. E. Steinberg // Environ. Toxicol. 2006. Vol. 21, N 2. P. 104–110. DOI: 10.1002/tox.20161.

Stillman J. H. Causes and consequences of thermal tolerance limits in rocky intertidal porcelain crabs, genus Petrolisthes // Integr. Comp. Biol. 2002. Vol. 42, N 4. P. 790–796. DOI: 10.1093/icb/42.4.790.

Takhteev V. V., Berezina N. A., Sidorov D. A. Checklist of the Amphipoda (Crustacea) from continental waters of Russia, with data on alien species // Arthropoda Selecta. 2015. Vol. 24, N 3. P. 335–370.

Thermal preference ranges correlate with stable signals of universal stress markers in Lake Baikal endemic and Holarctic amphipods / D. Axenov-Gribanov, D. Bedulina, Z. Shatilina, L. Jakob, K. Vereshchagina, Y. Lubyaga, A. Gurkov, E. Shchapova, T. Luckenbach, M. Lucassen, F. J. Sartoris, H. O. Pörtner, M. Timofeyev // PloS one. 2016. Vol. 11, N 10. P. e0164226. DOI: 10.1371/journal.pone.0164226.

Transcriptome-based phylogeny of endemic Lake Baikal amphipod species flock: fast speciation accompanied by frequent episodes of positive selection / S. A. Naumenko, M. D. Logacheva, N. V. Popova, A. V. Klepikova, A. A. Penin, G. A. Bazykin, A. E. Etingova, N. S. Mugue, A. S. Kondrashov, L. Y. Yampolsky // Mol. Ecol. 2017. Vol. 26, N 2. P. 536–553. DOI: 10.1111/mec.13927.


Полная версия (русская)