Введение к работе
Актуальность проблемы. Фтор является одним из компонентов атмосферных выбросов промышленных предприятий. Действие фтора на растения проявляется в угнетении роста, продуктивности, морфоструктурных изменениях. На клеточном уровне фтор подавляет активность ряда ферментов, нарушает метаболические процессы и целостность мембран (Михайлова и др., 2006; Kamaluddin, Zwiazek, 2003). Известно, что комбинированный эффект антропогенного загрязнения и различных естественных стрессовых воздействий представляет большую угрозу для устойчивого земледелия (Tomanek, 2010). Так показано, что атмосферное загрязнение фтором приводит к повышению чувствительности растений к другим биотическим и абиотическим воздействиям: поражению патогенными микроорганизмами (Reynolds, Laurence, 1988; Doley et al., 2004) и насекомыми (Рожков и Массель, 1982), а также повышенной температуре (Wiebe, Poovaiah, 1973). Механизм такого действия фтора не известен. Показано, что в ответ на повышение температуры в клетках растений синтезируются белки теплового шока (БТШ) (Kotak et al., 2007; Maimbo et al., 2007). Именно БТШ защищают растения от гибели при тепловом шоке, а также при других стрессах (Ogawaetal., 2007; Kanzaki et al., 2003). В активации экспрессии генов БТШ важную роль играет функциональное состояние митохондрий. Нарушение их активности во время теплового стресса в результате обработки митохондриальными ингибиторами подавляет активацию экспрессии БТШ (Rikhvanov et al., 2005; Rikhvanov et al., 2007; Федосеева и др., 2008). В то же время известно, что фтор аккумулируется в митохондриях растений и нарушает их активность (Miller, 1993). Таким образом, представляется крайне важным изучить влияние фтора на синтез БТШ растений при тепловом стрессе.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение влияния фторида натрия на развитие адаптивной реакции к тепловому шоку в культурах клеток Arabidopsis thaliana и Thellungiella salsuginea в зависимости от его способности модулировать функции митохондрий.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Сравнить устойчивость культур клеток A. thaliana и Т. salsugineaK действию фторида натрия и хлорида натрия;
-
Изучить влияние фторида натрия на дыхательную активность и изменение потенциала на внутренней митохондриальной мембране при тепловом стрессе;
-
Изучить влияние фторида натрия на индукцию синтеза БТШ и развитие индуцированной термотолерантности после теплового стресса;
-
Определить влияние конститутивной экспрессии HSP101 на устойчивость культуры клеток A. thaliana к действию фторида натрия.
Научная новизна. В результате проведенной работы впервые изучен механизм ингибирующего действия фторида натрия на адаптивную реакцию клеток растений к тепловому шоку. Обработка NaF подавляет развитие индуцированной термотолерантности, ингибируя синтез БТШ при тепловом стрессе в культурах клеток A. thaliana и Т. salsuginea. Подавление синтеза БТШ в результате обработки
NaF коррелирует с его способностью ингибировать повышение потенциала на внутренней митохондриальной мембране. В то же время, конститутивная экспрессия HSP101 в культуре клеток A. thaliana повышает их устойчивость к отрицательному действию фторида натрия. Также впервые проведено сравнение устойчивости к действию фторида натрия культур клеток A thaliana и Т. salsuginea.
Теоретическая и практическая ценность работы.
Полученные результаты вносят вклад в понимание механизмов устойчивости растений к комбинированному воздействию повышенной температуры и фторида натрия. Впервые показана способность фторида натрия ингибировать развитие адаптивной реакции растений в ответ на повышение температурыв результате подавления синтеза БТШ. Материалы диссертации могут быть использованы для оценки экологических и экономических последствий антропогенного загрязнения в условиях изменения климата, а также в сельскохозяйственной практике, при создании новых сортов растений, при разработке курсов лекций по экологии, агрономии и физиологии растений.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были представлены на Всероссийской научной конференции «Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды» (Иркутск, 2009), Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (Москва, 2010), VII Съезде общества физиологов растений России (Нижний Новгород, 2011), а также на научной сессии СИФИБР СО РАН (Иркутск, 2010).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 научных работы, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале «Физиология
растений».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзор литературы, описания объектов и методов исследования, результатов исследования обсуждения, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Списо цитированной литературы включает 241 работу, из них 59 отечественных и 18 зарубежных авторов. Работа изложена на 134 страницах, содержит 17 рисунков, таблицу и 3 приложения.
