Введение к работе
Актуальность проблемны. Настоящая работа посвящена
исследованию механизма действия фузикокшна (FC)— одного из регуляторов роста растений, который показал высокую эффективность при его применении на сельскохозяйственных культурах. Выступая в роли стимулятора роста растений и антистрессового вещества, фузикокцин позволяет увеличивать урожаи таких сельскохозяйственных культур как рис, кукуруза, сахарная свекла (Леонова, Муромцев, 1989; Муромцев и др., 1989). Точный механизм действия фузикокцина до настоящего времени неизвестен. Вероятнее всего, что действие фузикокцина в качестве регулятора роста растений опосредовано его действием на ионный транспорт через шіазмалемму. Исследование FC-связывающих свойств плазмалеммы и характеристик фузикокцин—связывающих белков представляется в связи с этим необходимым шагом для раскрытия механизма действия фузикокцина на растительную клетку в целом. Кроме этого исследование связывания фузикокцина с плазмалеммой представляет самостоятельный научный интерес, т.к. расширяет наши знания о рецепции различных физиологически активных веществ растительной клеткой и возможных путях регуляции жизнедеятельности клетки и всего растения. Знание общих принципов регуляции физиологических процессов в растительном организме и механизмов действия отдельных регуляторов роста растений и, в частности, фузикокцина в будущем позволит максимально оптимизировать применение этих регуляторов в сельскохозяйственной практике.
Найденные рядом исследователей на выделенной плазмалемме растений FC-связывающие белки ( Aducci et al, 1980; БаШо et al, 1980) по. многим критериям соответствовали требованиям, предъявляемым к белкам, которые могут принимать непосредственное
участие в физиологическом ответе клетки на фузикокцин. Так было показано, что есть корреляция между сродством производных фузикокцина к выделенной плазмалемме и степенью физиологического ответа целого растения на эти производные фузикокцина (Ballio et al, 1981а; Ballio et аЦ 1981b; Feyrabend, Weiler, 1988; Бабаков и др. 1990). В работе Рубинштейна было показано, что удаление с поверхности клеток листьев растений фузикоклин-связывающих белков с помощью осмотического шока приводит к снижению стимулирующего действия фузикокцина на выброс протонов этими клетками (Rubinstein, 1982). Поскольку у фузикокцина отсутствует существенная тканевая специфичность, белки, связывающие фузикокцин, были обнаружены во многих тканях растений (Aducci et al, 1984; De Boer et al, 1989; Blum et aL, 1988). Однако для фузикокцин-связываюших белков характерна локализация только в одном типе мембран растений - плазмалемме (Feyrerabend, Weiler, 1988), что хорошо согласуется с тем фактом, что фузикокцин вызывает изменения в транспорте ионов именно на этой мембране.
Вместе с тем исследователями было обнаружено несоответствие между концентрационной зависимостью связывания фузикокцина с плазмалеммой и концентрационной зависимостью физиологического ответа растительной клетки на фузикокцин (Бабаков и др. 1990). Это несоответствие заключается в том, что константа диссоциации
фузикокцин—рецепторного комплекса для препаратов плазмалеммы,
—9
выделенных из корней кукурузы составляет 1.4 '10 М, а величина
концентрации фузикокцина, при которой наблюдается половина от максимального физиологического ответа составляет около 2'10 как для стимуляции удлинения корней кукурузы , так и для стимуляции входа 0ORb в клетки корней под действием фузикокцина.
Поскольку сравниваемые зависимосги исследовались в разных условиях: in vivo ( физиологические опыты) и in vitro ( опыты по связыванию), встал вопрос , не может ли указанное выше [тротиворечие объясняться различными условиями для FC-связывающего 5елка in vivo и in vitro.
Цель и задачи исследований. Основной целью данной работы была гопытка разобраться в причинах расхождения между концентрационной >авйсимостыо связывания фузикокцина с предполагаемым рецептором и сонцентрационной зависимостью физиологического ответа растения на рузикокцин. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
Поиск системы, в которой можно одновременно изучать как ризиологические или клеточные ответы на фузикокцин, так и :вязывание фузикокцина с нативной плазмалеммой в условиях, їлизких к in vivo.
-
В случае если такая система будет найдена, исследовать, ітлячаются ли FC—связывающие свойства выделенной и нативной шазмалеммы.
Ъ. Определить, соответствует ли концентрационная зависимость вязывания FC с плазмалеммой в новой системе концентрационной ависимости клеточного ответа на фузикокцин.
4. Определить, каковы причины различия FC-связывающих свойств ыделенной и нативной плазмалеммы, в случае, если такое различие удёт найдено.
Научная новизна. В результате проведенного исследования нами первые была показана возможность использования протопластов астительных клеток в качестве объекта для исследования зязывания фузикокцина с наружной мембраной - плазмалеммой. первые показано различие FC-связывающих свойств нативной и ыделенной плазмалеммы. Обнаружено, что около 90% FC-связывающих
сайтов нативной плазмалеммы — это белки, которые связываются с
фузикокцином при его физиологически активных концентрациях,
причем их количество больше в тех клетках, которые
характеризуются наиболее выраженным ответом на
фузикокцин. Показана различная чувствительность двух типов фузикокцин-связывающих сайтов плазмалеммы протопластов к действию протеолитических ферментов (L-химотрипсину).
Практическое и теоретическое значение работы. В результате проведенной работы в практику исследовании FC-связывающих белков введен новый объект- плазмалемма протопластов, что может послужить хорошим источником новой информации о механизме действия фузикокцина, т.к. условия для фузихокцин-связывающих белков в подобной системе максимально приближены к нативным. Нами получены данные, углубляющие знания о мембранных белках и их свойствах; показана гетерогенность свойств фузикокцин-связывающих белков плазмалеммы. Работа также ставит вопрос об ограничениях использования выделенных биологических мембран для научных исследований, тж. процесс выделения мембран может приводить к изменению свойств мембранных белков.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на совещании "Физиологически активные терпеноиды" в 1989 году в Симферополе, на международном симпозиуме "Регуляция покоя и устойчивость растений к неблагоприятным факторам" в Душанбе в 1989 году, на школе "Биологические мембраны" в Звенигороде в 1989 году и на ежегодных конференциях молодых ученых ВНИИСБ в 1989 и 1990 годах.
Публикации. По результатам исследований опубликовано ^ работы.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 121 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора
