Введение к работе
Актуальность темы. Растения подвергаются воздействию разнообразных стрессовых факторов, вызывающих разные физиологические эффекты, среди которых есть и сходные компоненты, в первую очередь - окислительный стресс. Растение отвечает на эти воздействия акгиванией разнообразных систем защиты; универсальным ответом на все воздействия является активация антноксидантпои системы (Seki el al., 2002; Kreps et al., 2002). Эти факты, свидетельствующие о важности изучения генетического контроля защиты растений от окислительного стресса, привели к развитию идеи о создании форм растений с перекрестной устойчивостью к разнообразным стрессовым факторам на основе повышения у них активности антиоксидант ных систем (Allen 1997). Экспериментальная проверка этой идеи имеет важное практическое значение.
Анализ мутантов с измененной чувствительностью к стрессовым факторам является эффективным методом выявления генов, коггтролиругощих адаптивный ответ. Мутанты с измененной чувствительностью к разным абиотическим факторам (окислительному стрессу, холоду, засухе, УФ и др.) получены у модельного растения Arabidopsis thaliana, геном которого полностью секвенирован. К сожалению, большинство исследований таких мутантов ограничиваются анализом чувствительности/устойчивости к отдельным стрессовым факторам, что не позволяет оценить всех последствий мутационных изменений для растения, а значит и перспектив использования мутантных генов этого вида с целью улучшения адаптивных свойств у хозяйственно ценных растений. Коллекция мутантов A. thaliana толерантных к индукторам окислительного стресса создана и на кафедре генетики МГУ (Ежова и др., 2001). В данной работе исследован мутант nfz24, выделенный с помощью химического мутагенеза по устойчивости к индукгору окислительного стресса гербициду норфлуразону, который ингибируег биосинтез каротииоидов, вызывает фотодеструкцию хлорофилла и гибель растений. Мутант nfz24 по данным проведенных ранее исследований проявляет перекрестную устойчивость к другому индуктору окислительного стресса - нараквату, что связано с повышенной акгивностыо антиоксидантных ферментов - суперокенддисмутазы и пероксидазы. D то же время, при воздействии низких положительных температур мутант nfz?.4 показывает большую чувствительность к холоду, чем растения дикого типа расы Dijon-M (Волкова и др., 2004).
Целью работы является изучение молекулярно-генетических механизмов ответа мутанта nfz24 A.thaligjja на разные абиотические стрессовые факторы (холод, высокие дозы гербицида норфлуразона, яркий свет) и локализация мутации на молекулярно-генетической и физической картах хромосом этого вида.
Задачами работы являлись'
-
Характеристика морфо-физиологаческих особенностей мутанта nfz24 (аііализ структуры хлоропласта, содержания пигментов, токоферола, пролина).
-
Анализ влияния гербицида норфлуразона, холода и разных уровней освещенности на фенотииические и физиологические параметры мутанта nfz24.
-
Изучение экспрессии генов, контролирующих антиоксидантный, холодовой ответ и синтез хлорофилла и каротиноидов у мутанта nfz24 в условиях действия стрессовых факторов.
-
Локализация гена NFZ24 на молекулярно-генетической и физической картах генома A.thaliana и выявление генов кандидатов.
Научная новизна. Исследована функция гена NFZ24, контролирующего устойчивость/чувствительность растений A.thaliana к абиотическим стрессовым факторам и определена его локализация на генетической и физической картах 2-ой хромосомы. Установлено, что ген NFZ24 участвует в развитии устойчивости/ чувствительности одновременно к нескольким типам абиотических факторов -гипотермии, яркому свету и индуктору окислительного стресса норфлуразону, контролируя уровень транскрипции генов антиокеидантнои защитной системы и генов АБК-зависимого холодового ответа. Кроме гена NFZ24, выявлено еще 2 гена с ранее не известной функцией (Al2g23670 и At2g24040), участвующих в развитии ответа на гипотермию. Показано, что уровень транскрипции этих генов зависит от активности гена NFZ24.
Научно-практическая значимость работы. Необходимой предпосылкой для создания генетической сети, контролирующей устойчивость растений к стрессовым факторам окружающей среды, является идентификация всех генов адаптивного ответа. В связи с этим выявленные в работе новые компоненты генетического ответа на абиотические стрессовые воздействия - гены A.thaliana NFZ24, At2g23670 и Al2g24040 вносят вклад в решение этой важной проблемы. Экспериментально продемонстрированная в исследованиях мутанта nfz24 сложная взаимосвязь разных систем стрессового ответа убедительно свидетельствует о необходимости комплексных исследований перекрестной устойчивости/ чувствительности к разным стрессовым факторам полученных экспериментаторами форм растений с генетическими изменениями активности систем стрессового ответа (индуцированных мутагенами или созданных генно-инженерными методами).
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены: на конференции «Молекулярная генетика, геномика и биотехнология» (г.Минск, Беларусь 2004), XII и XV Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломопосов-2005» и «Ломоносов-2008» (Москва), на
международных конференциях и конгрессах «Новые информационные технологии и медицине, фармакологии, биологии и экологии» (Крым, Украина, 2007), «Биофизика фотосинтеза. Межклеточная сигнализация и регуляция генов в растениях» (Минск, Беларусь, 2007), «Международный генетический конгресс 2008» (Берлин, Германия, 2008), на межлабораторном семинаре «Генетика растений» и «Мутагенез и генетическая безопасное] ь» (ИОГсн им.Н.И.Вавилова, 2008). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах,
