INSTYTUT DENDROLOGII

Białka przeciwdziałające zamarzaniu, czyli białka AFPs (ang. antifreeze proteins) zostały zidentyfikowane u wielu organizmów roślinnych i zwierzęcych tolerujących temperaturę ujemną. U roślin białka AFP są zlokalizowane w apoplaście, czyli miejscu, w którym kryształy lodu w roślinie zaczynają tworzyć się w pierwszej kolejności. W obecności białek AFP obniża się temperatura zamarzania roztworów (Tf), nie obserwuje się jednak zmiany temperatury topnienia (Tm). Pojawiająca się wyraźna różnica pomiędzy temperaturą zamarzania i topnienia, wpływa na wystąpienie i wartość histerezy temperaturowej (TH), która jest podstawową cechą białek AFP. W przeprowadzonych badaniach sprawdzono czy białka AFP występują również w igłach zimozielonych gatunków z rodzaju Picea. Do badań wybrano białka apoplastowe igieł dwóch gatunków świerków: Picea abies i P. pungens, które charakteryzują się różną wrażliwością na niskie temperatury. Ilość białek apoplastowych otrzymana z grama igieł była różna w różnych miesiącach roku i zależała od stanu zahartowania drzew. Najwyższą ilość białek otrzymano z igieł będących w okresie pełnego zahartowania: 4,9 μg/g świeżej masy igieł P. abies i 4,5 μg/g igieł P. pungens i była ona 3-krotnie większa niż ilość białek apoplastowych otrzymanych z igieł zebranych latem. Przeprowadzone rozdziały elektroforetyczne białek apoplastowych P. abies i P. pungensukazały, że ich masy cząsteczkowe mieszczą się w zakresie od 7 do 80 kDa i można było wyróżnić dwie frakcje AP-1 (białka o masach cząsteczkowych 16-80 kDa) i AP-2 (białka o masach cząsteczkowych <20 kDa). W okresie najwyższej tolerancji mrozowej szczególnie wyraźnie były pasma białkowe o masach ~16, ~27 oraz ~42 kDa. Dla białek apoplastowych igieł świerków zebranych w okresie pełnego zahartowania wartości histerezy temperaturowej były wysokie oraz istotnie skorelowane z ich stężeniem w roztworach wodnych, przy stężeniu 400 μg/ml TH = 2,19°C dla P. abies i TH = 2,02°C dla P. pungens. Wysokie wartości TH były związane ze stanem zahartowania świerków, ponieważ białka apoplastowe igieł zebranych latem wykazywały 4-krotnie niższe wartości TH. Zbadanie podstawowych fizycznych parametrów procesu zamarzania tj. Tf, Tm oraz wyznaczenie histerezy temperaturowej (TH) w obecności białek apoplastowych świerków, pozwoliło zaliczyć ww. białka do grupy białek przeciwdziałających zamarzaniu tj. AFP. Białka AFP świerków wykazały również in vitro silne działanie krioochronne dla dehydrogenazy mleczanowej (LDH) w porównaniu do albuminy (BSA). Szczególnie aktywne były białka o masach cząsteczkowych <20 kDa, przy niskim stężeniu tych białek (25 μg/ml) aktywność wrażliwego enzymu LDH po zamrożeniu w temperaturze -196°C została zachowana w 87% dla białek P. abies i w 91% dla P. pungens. Dla białek apoplastowych igieł P. abies i P. pungens po raz pierwszy wykazano działanie krioochronne. Podobieństwo sekwencji aminokwasowych N-terminalnych fragmentów białek apoplastowych świerków o masie 27 kDa do chitynaz innych gatunków roślin może wskazywać potencjalnie na kolejną funkcję tych białek, tj. funkcję białek PR.