Введение к работе
Актуальность. В естественных условиях произрастания растения находятся под прессом постоянно меняющихся факторов среды, к которым они вынуждены приспосабливаться, в основе чего лежит развитие комплекса защитных реакций. Ключевым звеном в регуляции этого процесса является гормональная система, чутко реагирующая на изменение внешних условий (Davis et al., 2005; Веселов и др., 2007; Ghanem et al., 2008; Shakirova et al., 2010). Эффективность формирования стресс-устойчивости во многом определяется характером концентрационных изменений фитогормонов относительно друг друга, взаимодействующих в единой системе регуляции, и способностью каждого из гормонов воздействовать на эндогенный уровень других (Kuppusamy et al., 2008; Santner, Estelle, 2009; Stamm, Kumar, 2010).
К числу универсальных неспецифических ответных реакций на неблагоприятные факторы относится быстрое накопление АБК, что приводит к индукции разнообразных компонентов защиты, направленных на снижение степени повреждающего действия стрессов на растения (Шакирова, 2001; Jiang, Zhang, 2002; Goda et al., 2008; Rock, 2010). Наряду с АБК и другие стрессовые гормоны, в частности, салициловая (СК) и жасмоновая (ЖК) кислоты, участвуют в регуляции неспецифической устойчивости растений, связанной с индукцией экспрессии большого спектра чувствительных к ним генов (Тарчевский, 2002; Grant, Jones, 2009). Особый интерес к СК был вызван обнаружением ее ключевой роли в запуске системной приобретенной устойчивости (СПУ) в растениях в ответ на инфицирование, обусловленной индукцией генерации активных форм кислорода (АФК) и синтеза специфических PR-белков (Ryals et al., 1994; Metraux, 2002; Шакирова, Сахабутдинова, 2003; Kawano, Furuichi, 2007). Вместе с тем, не вызывает сомнения факт участия эндогенной и экзогенной СК в регуляции устойчивости культур к абиотическим стрессовым факторам (Сахабутдинова, 2002; Shakirova et al., 2003; Масленникова, 2005; Lui et al., 2006; Horvath et al., 2007). Аналогичные открытия были сделаны и в отношении ЖК, участвующей совместно с этиленом в регуляции индуцированной системной устойчивости растений в ответ на поранение и патогенную атаку, связанной с экспрессией чувствительных к ним генов PR- и других защитных белков (Тарчевский, 2002; Pieterse, Van Loon, 2004; Wasternack, 2007; Balbi, Devoto, 2008; Browse, 2009; Васюкова, Озерецковская, 2009). В то же время ЖК и ее активные производные (например, метилжасмонат, МЖ), задействованы также в регуляции устойчивости растений к абиотическим стрессам (Maslenkova et al., 1992; Walia et al., 2007; Battal et al., 2008; Si et al., 2009; Demkura et al., 2010).
Поскольку СК и МЖ являются гормонами, можно было ожидать, что проявление их эффектов связано с их влиянием на гормональный статус растений. Ранее было выявлено, что обработка СК вызывает сдвиги в состоянии гормональной системы пшеницы, обусловленные быстрым обратимым накоплением ИУК и АБК на фоне отсутствия изменений в уровне цитокининов, что позволило предположить, что эндогенная АБК может служить интермедиатом в СК-индуцированной устойчивости растений (Shakirova, 2007). В литературе имеются довольно противоречивые сведения о количественных изменениях в содержании отдельных фитогормонов (АБК, или ауксин, или цитокинины) в обработанных жасмонатами растениях (Bandurska et al., 2003; Ananieva et al., 2004; Kang et al., 2005; Battal et al., 2008). Вместе с тем, представлялось важным изучение их влияния на фитогормональный баланс, поскольку одновременный анализ разных классов фитогормонов в одних и тех же растениях позволяет выявить комплексную картину изменений в состоянии гормональной системы в ответ на обработку жасмонатами и понять, с какими эндогенными гормонами связано проявление их физиологического действия.
Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в выявлении и оценке роли гормональных интермедиатов в реализации защитного действия СК и МЖ на растения пшеницы в условиях натрий-хлоридного засоления. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1) Выявить вклад эндогенной АБК в проявление антистрессового действия СК на растения пшеницы. В связи с этим провести анализ влияния обработки СК или СК в композиции с эффективным ингибитором биосинтеза АБК флуридоном в норме и при засолении на:
а) динамику экспрессии TADHN гена дегидрина и накопления пролина как важнейших осмопротектантов;
б) динамику активности фенилаланинаммиак-лиазы, супероксиддисмутазы и пероксидазы;
в) уровень перекисного окисления липидов и экзоосмоса электролитов.
2) Исследовать влияние МЖ на рост и гормональный статус проростков пшеницы в нормальных условиях произрастания.
3) Проанализировать защитный эффект МЖ при разных способах обработки на рост и гормональный статус проростков пшеницы, подвергнутых засолению, уровень перекисного окисления липидов и выход электролитов;
4) Провести сравнительный анализ динамики отложения лигнина в клеточных стенках базальной части корней проростков, необработанных и предобработанных МЖ или СК в смеси флуридоном, в норме и при засолении.
Научная новизна. Получены приоритетные данные о выполнении эндогенной АБК роли интермедиата в регуляции СК-индуцированной устойчивости пшеницы к засолению среды. Выявлена чувствительность к АБК гена PR-белка, служащего маркером СПУ. Впервые на растениях пшеницы показано, что МЖ в отобранной нами оптимальной в активации роста концентрации 100 нМ сочетает в себе свойства стимулятора роста и индуктора устойчивости проростков к натрий-хлоридному засолению. Проявление двойственного действия МЖ на растения связано с его способностью вызывать быстрое двукратное накопление цитокининов на фоне отсутствия изменений в уровне ИУК и АБК в нормальных условиях и предотвращать вызываемое засолением падение содержания цитокининов и уменьшать амплитуду стресс-индуцированных сдвигов в уровне ИУК и АБК. Эти результаты свидетельствует в пользу вероятности выполнения эндогенными цитокининами роли интермедиатов в регуляции проявления МЖ на растениях пшеницы свойств стимулятора роста и индуктора стресс-устойчивости.
Практическая значимость работы. Совокупность полученных в работе данных расширяет знания об особенностях функционирования СК и МЖ в единой системе гормональной регуляции метаболизма растений. Выявленные механизмы регуляторного действия СК и МЖ на растения пшеницы раскрывают пути создания комплексных защитных препаратов с использованием этих регуляторов роста.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 12 международной школе-конференции молодых ученых «Биология-наука XXI века» (Пущино, 2008), молодежной научной школе-конференции «Современные методы и подходы в биологии и экологии», посвященной 100-летию со дня рождения В.К. Гирфанова (Уфа, 2009), II Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «СИМБИОЗ РОССИЯ 2009» (Пермь, 2009), Международной научно-практической конференции «Роль классических университетов в формировании инновационной среды регионов» (Уфа, 2009), XVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ–2010» (Москва, 2010), XVII конгрессе FESPB (Valencia, Spain, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 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 142 страницах и иллюстрирована 29 рисунками и 3 таблицами. Список литературы включает 243 наименования.
