Введение к работе
Актуальность исследования. В конце 1970х гг. впервые были обнаружены биологически активные олигосахаридные фрагменты клеточной стенки, названные олигосахаринами, и высказана идея о том, что они могут являться регуляторными молекулами растений (Элберсгейм, Дарвилл, 1985). Последующие вслед за этим многочисленные работы показали, что олигосахарины обладают широким спектром биологического действия, оказывая влияние на рост, морфогенез, дифференциров-ку растений (Aldington, Fry, 1993). Подробно изучено их участие во взаимодействиях растение-патоген (Cote, Hahn, 1994 ). Интенсивная метаболизация полисахаридов клеточной стенки в ходе активного роста, созревания и в стрессовых условиях дает основания предполагать наличие и функционирование олигосахаринов в растительном организме. Однако в определенной степени "искусственный " путь получения большинства известных на данном этапе исследований олигосахаринов (щелочной, кислотный или ферментативный гидролиз полисахаридов клеточной стенки) оставлял этот вопрос открытым. Важным шагом на пути развития представлений об олигосахаринах как регуляторных молекулах явилась работа, в ходе которой впервые были выделены образующиеся в растительных тканях in vivo оли-госахариды, влияющие на рост и ризогенез (Заботина и др., 1995), однако, и в ней их физиологическая значимость в жизнедеятельности растений осталась невыясненной.
В последнее время обоснована вовлеченность клеточной стенки в формирование гипотермического синдрома, показана метаболизация гемицеллюлоз, изменение их моносахаридного состава и кратковременная активация локализованных в клеточной стенке гликозидаз в первые часы действия низких положительных температур (Zabotin et al.,1998). Тем не менее, данные об участии в низкотемпературной адаптации растений регуляторных олигосахаридов, возникновение которых вполне вероятно в результате протекания отмеченных выше процессов, отсутствуют.
Цель и задачи исследования. Цель данной работы заключалась в обнаружении и идентификации олигосахаридов, участвующих в процессе адаптации расте-
ний к низким положительным температурам. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
Идентификация и очистка олигосахаридов, вовлеченных в процесс низкотемпературной адаптации.
-
Изучение динамики эндогенного содержания олигосахаридов в первые часы гипотермии.
-
Изучение влияния олигосахаридов на формирование морозостойкого состояния проростков озимой пшеницы.
-
Изучение зависимости эффекта действия олигосахаридов от функционирования белок-синтезирующей системы.
Научная новизна работы. Впервые обнаружена и охарактеризована эндогенная олигосахаридная фракция, повышающая морозостойкость растений, а также продемонстрировано ее участие в процессе низкотемпературной адаптации. Показано, что динамика эндогенного содержания этих олигосахаридов в корнях проростков озимой пшеницы в первые сутки гипотермии характеризуется одновершинной кривой с максимумом на 6ч охлаждения. Внесение олигосахаридной фракции в среду выращивания проростков пшеницы до начала или не позднее первых суток закаливания (2С, 7 сут) приводило к существенному (более 30%) увеличению их морозостойкости. Одновременная обработка проростков олигосахаридами и акти-номицином D или циклогексимидом, ингибирующими формирование морозостойкости, восстанавливала способность проростков к закаливанию. Согласно моноса-харидному анализу активные олигосахариды представлены фрагментами гемицел-люлоз (наиболее вероятно ксилоглюкана) со степенью полимеризации 12.
Теоретическая и прикладная значимость работы. Результаты проведенного исследования вносят вклад в развитие представлений об олигосахаринах как эндогенных регуляторных молекулах растений и расширяют спектр адаптивных процессов, в формирование которых они вовлечены. Дальнейшее изучение особенностей их действия может иметь значение для углубленного понимания механизмов формирования устойчивости растений к низкотемпературному воздействию. Наблюдаемое повышение морозостойкости озимой пшеницы под влиянием обнару-
женных олигосахаридов представляет интерес для практического применения в области сельского хозяйства.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме «The extracellular matrix of plant: molecular, cellular and developmental biology» (США, 1996), на И-ой Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов (Казань, 1996), на 1-ой Всероссийской конференции по ботаническому ресурсоведению (Санкт-Петербург, 1996), на 8-м Международном симпозиуме по сахаридам (Словакия, 1997), на Международной конференции «Stress and inorganic nitrogen assimilation» (Москва, 1998), на 8-м Международном конгрессе по ктеточной стенке (Великобритания, 1998), на 8-м Международном конгрессе Шотландской Группы по Клеточной Стенке (Шотландия, 1998), на 2-ой Международной конференции «Progress in Plant Sciences: from plant breeding to growth regulators» (Венгрия, 1998), на И(Х)-м съезде Русского ботанического общества «Проблемы ботаники на рубеже ХХ-ХХІ в.» (Санкт-Петербург, 1998), на Ш-м Всероссийском совещании «Лесохимия и органический синтез» (Сыктывкар, 1998), на Всероссийской молодежной научной конференции «Растение и почва: проблемы агрохимии, агрофизики и фитофизиологии» (Санкт-Петербург, 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, раздела результатов исследования и раздела обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков и 9 таблиц. Список литературы состоит из 261 наименований, из них 59 отечественных.
