Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение процесса формирования устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды имеет первостепенное значение для растениеводства. Приемлемая температура является определяющим условием в аязни растения. Это обстоятельство обусловливает актуальность исследоваїшй, направленных на определение физиолого-биохимических механизмов толерантности растений к жестким температурным условиям.
Особенный интерес у исследователей вызывает феномен ответа клетки на тепловой шок синтезом специфических белков, получивших название "белки теплового шока" (БТШ).
Синтез БТШ протекает в ответ не только на гипертермию, но и
на самые разнообразные стрвссирунцие воздействия. К сожалению
большинство работ, направленных на изучение синтеза БТШ и
организации соответствующих генов, выполнено не на растительных
объектах. При этом особенно слабо изучены функции
низкомолекулярных растительных БТШ, хотя их разнообразие и
активный синтез в период шока наводят на мысль о важности этой
группы белков. '
Кукуруза была выбрана в качестве основного объекта изучения функции низкомолекулярных стрессовых белков при гипертермии, поскольку она хорошо изучена генетически, имеет важное значение в жизни человека и часто -подвергается перегревам при выращивании в естественных условиях. э
Цель и'задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение роли низкомолекулярных белков теплового шока в адаптации растений кукурузы к гипертермии, а также выяснение вероятных механизмов действия этих белков в клетке.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следувдие звдачи:
I Определить разнообразие низкс:млекулярных БТШ у линий кукурузы и установить существует ли свпаь между синтезом определенных белков и способностью организма адаптироваться к повышенной температуре;
2)исследовать протекторные свойства БТШ, их действие ни ферменти и митохондрии In vitro;
3)установить природу ассоциации низкомолекулярных БТШ с
митохондриями при стрессе; 4)выяснить продолжается ли синтез БТШ у кукурузы при длительной гипертермии и какие изменения в низкомолекулярной части белкового спектра при этом происходят.
Научная новизна. В работе изучено разнообразие низкомолекулярных белков теплового шока у гомозиготных линий кукурузы. Выявлена коррелятивная связь между синтезом определенных БТШ и способностью растений кукурузы интенсивно расти при высокой температуре. Показана термостабильность ряда низкомолекулярных белков теплового шока и наличие их конститутивного синтеза низкой интенсивности. Впервые показано, что в клетках разных видов растений содержатся термостабильные низкомолекулярные белки сходной молекулярной массы. Установлено, что синтез большинства низкомолекулярных БТШ кукурузы поддерживается на первоначальном уровне з течение длительного времени действия гипертермии. Установлено, что БТШ кукурузы способны стабилизировать глшозо-6-фосфат-дегидрогеназу при действии на нее высокой температуры In vitro. Впервые показано, что фосфорилирущая активность изолированных митохондрий может быть стабилизирована термостабильными белками разных видов растений. Причем, фракция термостабильных белков, вероятно, содержит низкомолекулярные БТШ или их аналоги. Впервые показано, что при тепловом шоке низкомолекулярные БТШ локализуются, как на поверхности, так и внутри митохондрий. При S.Tom полипептиды массой 29 и 16,5-17,6 кД находятся на поверхности этих органелл, а БТШ 25, 22, 20 и 18 локализуются внутри, .где ВТШ 22 прочно связываетсяс мембранами. Выдвинута гипотетическая схема участия низкомолекулярных БТШ растений.в адаптации растения.
Практическая ценность работы. Настоящая работа направлена на изучение синтеза низкомолекулярных стрессовых белков под действием гипертермии и определение их биологической роли в клетках растений. Получена новая информация о связи синтеза низкомолекулярных белков теплового шока с формированием термотолерантного состояния растений, о их роли в адаптации кукурузы к гипертермии и о возможных путях их функционирования. Результаты,' полученные при изучении корреляции синтеза определенных белков теплового шока и способностью растений кукурузы интенсивно расти при повышенной температуре, открывают
возможность для разработки методов диагностики различных генотипов на жароусточивость.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, I работа находится в печати. Результаты исследований по теме диссертации были доложены на лабораторных семинарах лаборатории физиологической генетики Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН (1989-1992 гг.), на научной сессии Института 1992 г.. Второй Всесоюзной конференции молодых ученых (г.Минск, 1990), Всесоюзной конференции по экологической генетике растений и животных (г. Кишинев, 1989. г.), Конференции "Генетические механизмы устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды" (г. Иркутск, 1991 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, изложения экспериментальных данных с их обсуждением, .общего обсуждения, заключения, выводов и библиографии, включающей 144 наименования, из них 19 на русском языке; работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы и 12 рисунков.
