Введение к работе
Актуальность темы. Морфогенез растений продолжается в течение всей жизни и связан с функционированием специализированнных образовательных тканей - меристем, среди которых одной из наиболее значимой является апикальная меристема (AM) побега. Она закладывается в ходе эмбриогенеза и сохраняет свою активность в течение всей жизни растения. Генетический контроль ее активности достаточно детально изучен с использованием модельного объекта - Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. (Brassicaceae). Тем не менее, этот вид обладает простым соцветием (цветки расположены непосредственно на оси главного побега), поэтому полученные в отношении него данные не могут быть аппроксимированы на значительное число видов, характеризующихся сложным соцветием, и не описывают всего разнообразия современных растений. В этой связи актуальным является изучение генетического контроля активности AM побега других видов - в первую очередь, форм со сложным соцветием, среди которых семейство бобовых (Fabaceae) является одним из наиболее интересных, а горох посевной (Pisum sativum L.) - одним из наиболее традиционных и удобных в работе объектов. Несомненная сельскохозяйственная ценность этого вида делает исследования его морфогенеза чрезвычайно актуальными в свете перспективы создания новых морфотипов для селекционного процесса.
Кроме того, значительный интерес вызывает описанная в литературе взаимосвязь между путями генетической регуляции активности AM побега и симбиотической азотфиксации (нодуляции) [Sagan, Due, 1996; Searle et al., 2003]. Очевидно, что изучение и моделирование этих процессов также целесообразно проводить на представителях семейства Fabaceae. Таким образом, исследования в области генетического контроля активности AM побега у гороха представляются актуальными как с теоретических, так и с практических позиций.
Цепь диссертационной работы: изучение генетического контроля активности апикальной меристемы побега у гороха посевного (Pisum sativum L).
Задачи исследования:
Изучение фенотипического проявления мутаций, нарушающих различные аспекты функционирования апикальной меристемы (AM) побега.
Определение числа, особенностей наследования и характера взаимодействия генов, регулирующих активность AM побега.
Исследование влияния генов, осуществляющих негативную регуляцию размеров AM побега, на формирование симбиотических клубеньков на корнях.
Локализация генов, вовлеченных в контроль активности AM побега, на генетической карте.
Создание схемы генетической регуляции активности AM побега у гороха.
Научная новизна. В ходе проделанной работы впервые были охарактеризованы особенности генетической регуляции активности апикальных меристем разных порядков - главного побега и специализированного пазушного цветоноса. Описано взаимодействие генов, контролирующих различные модусы активности AM побега - сохранение постоянного объема, недифференцированного состояния и пролиферативной активности. Два гена, вовлеченных в негативную регуляцию размеров AM побега, локализованы на генетической карте - FAS в III группе сцепления, SYM28- в V группе сцепления. На основании явления макросинтении геномов гороха и люцерны выдвинуты предположения о структуре этих генов.
Продемонстрировано, что ген FAS не связан с генетическим контролем симбиотической азотфиксации (нодуляции). Впервые показано, что гены DET, LF, FA, SYM28 и NOD4, помимо регуляции активности AM главного побега, принимают участие в контроле морфогенеза пазушного цветоноса. У форм, несущих мутации в этих генах, ось цветоноса завершается аномальным цветком. Этот эффект усиливается у двойных мутантов fas det и fas If, что указывает на взаимодействие генов FAS, DET и LF (DET и LF известны как ортологи гена TERMINAL FLOWER1 A. thaliana, предотвращающего флоральный морфогенез в терминальном положении на оси AM главного побега, [Foucher et al., 2003]) при регуляции морфогенеза специализированной цветоносной оси у бобовых.
Впервые детально охарактеризован фенотип мутанта deh и с применением статистических методов показан полудоминантный характер наследования мутации.
Научно-практическая значимость. Полученные в ходе проделанной работы данные об архитектуре соцветия у мутантов с измененной активностью AM побега могут быть использованы при создании новых морфотипов в селекции гороха. Выявленные особенности наследования и фенотипического проявления мутации о*ел, рассматриваемой как источник наследственно закрепленного
детерминантного типа роста, позволят рационализировать процесс создания новых сортов, маркированных этой мутацией. Данные о локализации генов FAS и SYM28 на генетической карте важны для идентификации (в том числе путем поиска генов-кандидатов и позиционного клонирования) структуры этих генов.
Представленные в диссертационной работе данные о числе, особенностях наследования и фенотипического проявления и характере взаимодействия генов, контролирующих активность AM побегов разных порядков у гороха вносят вклад в понимание особенностей регуляции морфогенеза побега и соцветия у этого вида и в целом у растений, характеризующихся сложным соцветием.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на XII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005» (Москва, 12-15 апреля 2005 г.); на XIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2006» (Москва, 12-15 апреля 2006 г.); на I(IX) Международной Конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 21-26 мая 2006 г.); на XIV международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2007» (Москва, 11-14 апреля 2007 г.); на симпозиуме с международным участием «Клеточные, молекулярные и эволюционные аспекты морфогенеза» (Москва, 9-11 октября 2007 г.); на международной конференции «Molecular Mapping and Marker Assisted Selection in Plants» (Вена, 3-6 февраля 2008 г.); на II Съезде European Society for Evolutionary Developmental Biology «Euro EvoDevo» (Гент, 29 июля -1 августа 2008); на конференции «Генетика и селекция растений, основанная на современных генетических знаниях и технологиях» (Звенигород, 7-12 декабря 2008 г.); на V Съезде Вавиловского Общества генетиков и селекционеров (Москва, 21-28 июня 2009 г.); на XII Московском Совещании по филогении растений, посвященном 250-летию со дня рождения Г.-Ф. Гофмана (Москва, 2-7 февраля 2010 г.); на научном семинаре «Генетика растений» ИОГен РАН (Москва, 10 февраля 2010 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 17 работ, в том числе 3 статьи в журналах, включенных в перечень научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на
страницах, включает введение, обзор литературы, разделы «Материалы и
методы», «Результаты и обсуждение», заключение, выводы и список литературы,
включающий источников. Работа содержит рисунков и таблиц.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 04-04-48956, 07-04-00652), программы поддержки ведущих научных школ (НШ-140.2008.4) и программы президиума РАН «Динамика генофондов растений, животных и человека».
