Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Полярность представляет собой явление, которое тесно связано с процессами роста и развития растительного организма и проявляется в способности растений к пространственной ориентации и возникновении осей симметрии. Аксиальная симметрия предполагает формирование оси, вдоль которой происходит развитие организма. У оси подразумевается наличие двух противоположных концов, обусловливающих понятие биполярности (Синнот, 1963; Bentrup, 1984). У большинства растительных объектов формируется биполярный зародыш, так как ткани материнского растения, в которых развивается яйцеклетка, поляризованы вдоль микропиле-халазальной оси (Поддубная-Арнольди, 1964; Эзау, 1980; Батыгина, 1987; 1993; Полевой, Саламатова, 1991). Поляризация зиготы является основой для всех последующих этапов эмбриогенеза.
Происхождение полярпости организма обусловлено функциональными градиентами, которые формируются в ответ на действие факторов окружающей среды, определяющих как направление оси, так и разницу между полюсами (Child, 1941). В образовании таких градиентов у растений принимают участие различные по природе вещества и соединения (Медведев, 1996). Система представлений о механизме формирования физиологической полярности у растений основывается, прежде всего, на взаимодействии таких физиологических факторов, как активный базипетальний транспорт фитогормона ауксина (Уоринг, Филлипс, 1984; Полевой, 1982; 1986) и градиенты концентрации ионов кальция, создающиеся за счет полярных потоков этого катиона (Медведев, 1996).
С другой стороны известно, что системы, ответственные за процессы поляризации и полярного роста находятся под контролем генома (Альберте и др., 1994). Генетический контроль развития осуществляется за счет последовательной инициации программ деления и дифференциации клеток, которые определяются каскадом включения генов и активности факторов транскрипции в ответ на внешние или внутренние сигналы. (Haughn е.а., 1995). При этом позиционная информация каждой точки растительного организма поддерживается с помощью дифференциальной активности генома и тканеспецифичной экспрессии определенных генов, которая может быть представлена как градиент активности генов (Альберте и др., 1994).
Однако до сих пор остаются непонятными механизмы индукции тканеспецифичной экспрессии генов, регулирующей пролиферацию клеток, дифференциацию тканей и запускающей программы развития отдельных органов. Неясен также механизм формирования физиологических градиентов на уровне целого растения, его тканей и клеток. При изучении этих проблем необходимо использовать генетические модели, культуру тканей и клеток. Цель и задачи исследования.
Основная цель исследования заключалась в изучении роли градиентов ИУК и ионов Са2+ в регуляции процессов органогенеза и полярного роста растений на различных физиологических и генетических моделях, отражающих разные уровни организации.
Конкретные задачи работы заключались в следующем:
-
Изучить участие ИУК в индукции ризогенеза у микропобегов вишни, отличающихся по способности к укоренению in vitro;
-
Выявить роль ИУК в регуляции полярного рогта и развития соцветия у мутанта abruptus (abr) Arabidopsis thaliana L. с нарушениями в формировании соцветия;
-
Провести сравнительный анализ пролиферации и регенерации каллуса abr и растений арабидопсиса дикого типа расы Dijon;
4. Исследовать роль ионов Са2+ и Са2+-транс)юртирующих систем в
регуляции полярного роста пыльцевой трубки и проявлении
самонесовместимости у ржи.
Новизна и научно-практическое значение работы.
Впервые показано, что установление градиента ауксина приводит к индукции ризогенеза у микропобегов вишни в культуре in vitro. Впервые показано, что мутация abruptus (abr) связана с нарушением работы переносчика ИУК и снижает способность каллусной ткани арабидопсиса к пролиферации и регенерации листьев. Впервые показано стимулирующее действие ингибитора полярного транспорта ТИБК в концентрации КГ'М на регенерацию побегов и накопление ауксина каллусными тканями, а также на гравитропическую реакцию цветоносов арабидопсиса. Впервые обнарзокено, что ингибиторы мембранного транспорта кальция: ионы La3+, Gd3+ и эритрозин Б полностью блокируют, а ЭГТА, Ni2+ и ортованадат натрия подавляют прорастание пыльцевых зерен ржи in vitro. Обработка рылец ржи ионами La3+, Gd3+ и Ni2*, а также эритрозином Б, ортованадатом натрия и веракамилом предотвращает реакцию самонесовместимости при опылении in situ.
Полученные результаты позволяют подойти к пониманию механизмов регуляции полярного роста и морфогенеза растений и проясняют роль градиентов ауксина и ионов кальция в этих процессах. Результаты работы также могут быть использованы при разработке новых биотехнологических приемов получения растений-регенерантов в культуре in vitro и для преодоления барьера самонесовместимости.
Положения, выносимые на защиту.
-
Полярный транспорт ауксина и создание градиентов ИУК являются необходимыми условиями для индукции таких прогршм развития растений, как ризогенез у вишни в культуре in vitro и формирование соцветия у арабидопсиса.
-
Мутация abr нарушает механизм полярного транспорта ИУК в стебле, что обусловливает формирование булавковидного соцветия и цветков с измененной морфологией.
-
Регуляция монополярного роста пыльцевой трубки ржи включает не только поляризацию вегетативной клетки пыльцевого зерна ионами Са2*, но также трансдукцию сигнала межклеточного распознавания и реакцию самонесовместимости с участием Са2+каналов и Са2+-АТФаз.
4. Физиологические градиенты ИУК и ионов Са2+ являются наиболее
значимыми элементами позиционной информации, являющейся основой
тканеспецифичной экспрессии генов, которая регулирует пролиферацию, дифференциацию и органогенез в растительном организме
Апробация работы. Результаты работы были доложены на IV Междун. конф. "Регуляторы роста и развития, растений." (Москва, 1997), EV Молодежи, ботан. конф. (С.Петербург, 1997), Междун. конф. "Онтогенез растений и природные и искусственные условия культивирования" (Львов, 1998), Междун. конф. "Корни растений: структура и функция" (Бордо, Франция, 1998), XI Конгрессе FESPP (Варна, Болгария, 1998), XIX Конгрессе SPPS (Йенсу, Финляндия, 1999), IV Съезде Всерос. Общества Физиол. Раст. (Москва, 1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, результатов и обсуждения, заключения, выводов и приложения. Диссертация содержит 28 рисунков и 10 таблиц, список цитируемой литературы включает 302 наименования, из них иностранных авторов 249. Работа изложена на 139 страницах. Приложение содержит 9 таблиц на 3 страницах.
