Введение к работе
Постановка проблемы, ее актуальность. По современным представлениям растительная клеточная стенка рассматривается как сложноорганизованная, динамичная и многофункциональная система (Carpita, Gibeaut, 1993; Fry, 1995). Важными компонентами клеточных стенок являются фенольные соединения, которые, как правило, разделяют на два класса: лигнин и оксикоричные кислоты. Фенольные соединения участвуют в метаболизме клеточной стенки и модификации ее свойств (Iiyama et al., 1994; Kato et al., 1994; Wallace, Fry, 1994; Negreletal., 1996).
Первичная клеточная стенка содержит незначительное количество фе-нольных соединений, но даже их следовые концентрации могут оказывать существенное влияние на состав и свойства клеточной стенки (Wallace, Fry, 1994). К настоящему времени лигнин и лигниноподобные соединения охарактеризованы, в основном, в тканях и органах растений, интенсивно формирующих вторичную клеточную сгенку, где содержание фенольных соединений достаточно высоко. Поэтому большой интерес представляет изучение лигнина и оксикоричных кислот первичной клеточной стенки. Исследования фенольных соединений клеточной стенки актуальны также в связи с тем, что особые требования к их составу и содержанию предъявляют многие виды переработки растительного сырья (деревоперерабатывающая промышленность, сельское хозяйство, фармакология и др.).
Чрезвычайно интересным и удобным объектом изучения обеспечения клеточной стенкой межклеточных контактов, роста и дифференциации клеток, а также генетических манипуляций генами фенольного обмена являются растительные культуры in vitro, поскольку представляют собой относительно однородную массу недифференцированных клеток, растущих в легко контролируемых условиях.
Цель и задачи исследования. Целью представляемой работы являлась характеристика изменений состава фенольных соединений клеточных стенок под действием различных факторов в культурах растительных клеток двудольных и однодольных растений in vitro. Ее реализация связывалась с решением следующих задач:
Характеристика содержания и состава фенольных соединений клеточной стенки различных культур in yitro, сравнение фенольных соединений клеточной стенки в культурах двудольных и однодольных растений;
Сопоставление фенольных соединений клеточной стенки культур с различной регенерационной способностью у двудольных и однодольных растений;
Оценка изменений в составе фенольных. соединений клеточной стенки при генетической трансформации генов ключевых ферментов фенольного обмена. Научная новизна работы. Впервые проведен сравнительный анализ состава фенольных соединений клеточной стенки у различных культур клеток двудольных и однодольных растений, включая культуры с различной регенерационной способностью. Показано, что состав оксикоричных кислот и природа связей между ними и полимерами клеточной стенки различаются в двудольных и однодольных растениях.
Обнаружено, что развитие растительных тканей in vitro связано с изменениями содержания фенольных соединений клеточной стенки. Содержание феруловой кислоты в клеточных стенках регенерирующих культур значительно выше по сравнению с нерегенерирующими культурами, что может быть связано с формированием определенной морфологической структуры тканей, способных к регенерации.
Проведен анализ изменений фенольных соединений клеточной стенки при генетической трансформации, направленной на усиление активности де-гидрогеназы коричных спиртов (ДКС) и фенилаланинаммиаклиазы (ФАЛ). Показано, что усиление активности дегидрогеназы коричных спиртов приводит к увеличению в несколько раз содержания лигнина и к изменению его состава в культуре корней in vitro.
Практическая ценность работы. Усовершенствован подход для анализа фенольных соединений клеточной стенки. Показано, что существовавшие ранее методы определения содержания оксикоричных кислот в клеточной стенке приводили к его существенной недооценке.
С помощью генетической модификации ферментов фенольного метаболизма достигнуто изменение содержания и состава фенольных компонентов клеточной стенки, влияющих на качество растительного сырья, а также участвующих в защитных реакциях растений на проникновение патогенов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на итоговых конференциях и семинарах КИББ КНЦ РАН, на VI конференции молекулярной и клегочной биологии сои (Колумбия, США, 1996), симпозиуме по молекулярной и клеточной биологии (Тамаррон, США, 1996), VIII международной конференции по клеточной стенке (Норидж, Великобритания, 1998), IV съезде ВОФР (Москва, 1999), II и III республиканских коференциях молодых ученых. Работа поддержана грантом Российского Фонда Фундаментальных Исследований № 98-04-50020.
Пу&іикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ в отечественных и зарубежных журналах и материалах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 131 странице машинописного текста (включая иллюстрации и список цитируемой литературы) и состоит из введения, трех глав, заключения и выводов. В работе представлено 11 таблиц и 16 рисуков. Список литературы включает 280 источников, в том числе 18 - отечественных.
