Введение к работе
з Актуальность. Гормональной системе отводят лидирующую роль в регуляции метаболизма растений, лежащего в основе роста и развития в ходе онтогенеза, а также адаптации к изменяющимся условиям произрастания. Каждый из фитогормонов участвует в регуляции таких интегральных физиологических процессов как рост, развитие и дифференцировка растений в нормальных условиях произрастания и при их изменении, что указывает на активное взаимодействие их друг с другом в единой системе регуляции жизнедеятельности (Chow, McCourt, 2004; Reski, 2006; Goda et al., 2008; Fukaki, Tanaka, 2008; Kuppusamy et al., 2008; Bari, Jones, 2009). Нужно отметить, что изучение молекулярных механизмов действия брассиностероидов (БС) имеет общебиологическое значение. В связи с тем, что они являются структурными аналогами стероидных гормонов животных, это может способствовать пониманию общих закономерностей функционирования систем регуляции метаболизма не только растений, но и других организмов (Geldner et al., 2007).
К настоящему времени накопилось много сведений об участии БС в регуляции протекания разнообразных метаболических процессов в растениях, причем благодаря отличительной особенности БС проявлять свой эффект на разные культуры в исключительно низких в сравнении с действием других гормонов концентрациях их относят к уникальному классу фитогормонов (Haubrick, Assmann, 2006; Howell et al., 2007; Jager et al., 2008), более того, высказывают мнение об их лидирующей роли среди фитогормонов (Khripach et al., 2000). С начала открытия у БС было продемонстрировано сочетание ярко выраженного ростстимулирующего и защитного в отношении разных по природе неблагоприятных факторов действия на растения, обусловленного их тесным взаимодействием с другими фитогормонами (Kuperin et al., 2008; Arteca, Arteca, 2008; Vert et al, 2008; Bari, Jones, 2009).
Ранее в нашей лаборатории было выявлено, что обработка проростков пшеницы 24-эпибрассинолидом (ЭБ) в оптимальных в стимуляции ростовых процессов концентрациях вызывает в них стойкое двукратное накопление
4 цитокининов (ЦК) на фоне отсутствия изменений в уровне индолилуксусной (ИУК) и абсцизовой (АБК) кислот (Шакирова и др., 2002; Авальбаев и др., 2003). Это позволило предположить, что эндогенные цитокинины могут играть важную регуляторную роль в проявлении физиологического действия ЭБ на растения, как в нормальных условиях произрастания, так и при стрессовых воздействиях. В пользу возможности вовлечения цитокининов в реализацию физиологического действия ЭБ могут служить сведения об участии гормонов цитокининовой природы в активации ростовых процессов и формировании защитных реакций, обусловленных индукцией под их влиянием чувствительных к ним генов (Hare et al., 1997; Liu, Huang, 2002; Boonman et al., 2007; Werner et al., 2008; Potters et al., 2009). Однако встает вопрос, что лежит в основе ЭБ-индуцированной стимуляции накопления цитокининов и поддержания их повышенного вдвое содержания в растениях пшеницы при обработке ЭБ.
Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в выявлении механизмов регуляции 24-эпибрассинолидом метаболизма гормонов цитокининовой природы в растениях пшеницы. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
Исследовать характер влияния ЭБ на новообразование цитокининов в растениях пшеницы посредством оценки количественного уровня нуклеотида зеатина и изопентиниладенозина, являющихся первыми соединениями на пути биосинтеза зеатина.
Провести анализ динамики содержания (9-глюкозидов как наиболее распространенной запасной формы активных цитокининов в проростках пшеницы при обработке 24-эпибрассинолидом.
3) Для принципиальной оценки участия 24-эпибрассинолида в
катаболизме цитокининов исследовать его влияние на активность ключевого
фермента деградации цитокининов цитокининоксидазы и уровень экспрессии
кодирующего этот фермент гена в растениях пшеницы.
5 4) В сравнительном аспекте исследовать пути гормональной регуляции транскрипции гена дегидрина и концентрации пролина, как важнейших осмопротектантов растений под влиянием 24-эпибрассинолида и синтетического аналога зеатина 6-бензиламинопурина.
Научная новизна. Раскрыты механизмы регуляции индуцированного 24-эпибрассинолидом стойкого двукратного увеличения концентрации цитокининов в растениях пшеницы. Выявлено, что они связаны как с усилением новообразования цитокининов, о чем судили по увеличению уровня нуклеотида зеатина и суммарного содержания производных изопентиниладенина и резкому возрастанию запасных форм цитокининов (9-глюкозидов, так и с уменьшением ферментативной активности и уровня экспрессии гена цитокининоксидазы, что обеспечивало торможение распада цитокининов. Получены приоритетные сведения о существовании альтернативных путей гормональной регуляции количественного уровня пролина и экспрессии TADHN гена дегидрина пшеницы: 6-бензиламинопурин (БАП) регулирует накопление пролина и усиление транскрипции гена дегидрина опосредовано через повышение эндогенной АБК, тогда как ЭБ -независимо от АБК.
Практическая значимость работы. Совокупность полученных результатов свидетельствует о тонкой регуляции 24-эпибрассинолидом метаболизма гормонов цитокининовой природы в растениях пшеницы и расширяет знания об особенностях функционирования разных групп фитогормонов в единой гормональной системе. Сочетание у брассиностероидов свойств стимулировать ростовые процессы растений и одновременно индуцировать в них формирование защитных реакций делает их привлекательными для широкого использования в растениеводстве.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 9 и 10 международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2005; 2006), годичных собраниях Общества физиологов растений России (Ростов, 2006, Екатеринбург, 2008),
6 международном симпозиуме «Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), XV международном конгрессе Федерации Европейских Обществ Физиологов Растений (Франция, 2006), VI съезде Общества физиологов растений России (Сыктывкар, 2007). Конкурсная поддержка работы. Исследования поддержаны грантами РФФИ №№ 04-04-48853, 04-04-48900, 08-04-01563а, а также Программой государственной поддержки ведущих научных школ РФ - НШ-1785.2003.4, НШ-3692.2006.4, НШ-915.2008.4.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в журналах из перечня ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, изложения методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения и выводов. Работа изложена на 145 страницах и иллюстрирована 27 рисунками и 1 таблицей. Список литературы включает 263 наименования.
