Введение к работе
Актуальность проблеми [s условиях современного сельскохозяйственного ігроизводотеп широкое использование биологического язота в земледелии возможно только па основе значительного повышения инте-ИСИІШОСТИ и оффектш.'Ности симоиотической нзотфиксации. Одним из перспективних направлений интенсификации биологической" 'фиксации азота может стать создание шсокозФієктиеннх комплементарных пар макро- и микросимбионтов. Решения этой проблемы нсвозмозюю без знания тонких механизмов взаимодействия бобовых растений с клубеньковыми бактериями.
Интенсивные исследсвония последних лет позволили выявить .сложный характер взаимоотношений между мокро- и микросимбионтами. Эти отношения складываются в процессе Формирования симбиоза в результате взаимного обмена сигналами между ашбиотичеекмми партнерами (Могг!з'"члЛептіа,193ї; Venna et al.,1988). Для определении последовательности обмена сигналами используются, р. частности, различные модельные системи, в которых какой-либо из этапов фор?лиросания симбиоза нар.у::іеи гон^тичсоким дефектом макро- или микросимбионта (Olouaeman.7,191";'..1; Hutman, tClG4; nolio.Gresshoif, 1983), Комплексные исследования таких симсіютических моделей, на наш взгляд, очень перспективны и позволяют не только установить последовательность иагов Армирования симбиоза, но и вычленить роль каждого из симбионтов в формировании различных симбиотических структур. Наша работа предусматривалась как часть (морфологический аспект) такого комплексного изучения симбиотических моделей, проводимых во ОТИ СХМ. Работа выполнялась в рамках международного проекта "Ин-
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы явился ультраструктурний анализ механизмов взаимодействия мевду бобовым расте-ннил и клубеньковыми бактериями в процессе становления симбиоза на примере различных симбиотических моделей с последующей выработкой критериев их эффективности. Взаимодействия макро- и микросимбионтов изучали на трех критических этапах формирования и функциониро-і алия симошза: і) рецепции и адгезии микроорганизмов на корнях С'ч'.лчіх; ?.) выхода бактерий из инфекционных нитей и дифференшров-К11 бактерий в бактероиды; 3) фиксации азота в зрелых, сформировавшихся клубеньках.
Конкретные задачи работы состояли в следующем:
- изучение мехагпггАчч взаимодействия ризобий г. растениями
гороха и люпина на этапе инфицирования корневых волосков с помощью определения элементного состава корневой поверхности ренттеновким микроанализом;
проведение сравнительного ультраструктурного анализа аффективных и неэффективных клубеньков гороха и люпина на стадии выхода бактерий из инфекционных нитей и формирования симбиосом;
на основа комбинаций сходных по фенотипу мутаций растений
и клубеньковых бактерий выявление роли каждого из партнеров в процессе формирования симбиотнческих структур клубеньков;
определение внутриклеточной локализации двух мажорных ноду-линов: леггэмоглобина <Лб) и белка N-11 в бактероидных тканях гороха и люпина, инфицированных эффективными и неэффективными штаммами оактерий;
определение влияния ризобиального штамма на характер локализации нодулинов леггемоглобшш и N-11.
Научная новизна. В работе проведен сравнительный морфологический анализ клубеньков, образующихся при сочетании неаффективных (Flx~) мутантов растений и неэффективных бактериальных штаммов. В результате показано наличие своеобразного контроля над формированием симбиотичвских структур: растение-хозяин контролирует трансформацию бактерий в бактероиды, а бактериальный штамм - формирований и стабильность перибактероидной мембраны (НБШ, имеющую исходно растительное происхождение. Впервые описана ультраструктурная организация клубеньков неэффективного мутантаха гороха "Sprint -2"Fix".
Проведен микроэлементный анализ поверхности корневых волосков гороха и люпина желтого при раннем взаимодействии с клубеньковыми бактериями.
Впервые показана локализация ма&орного нодулина N-11, выделенного из клубеньков келтого люпина. Белок N-11 локализован в пери-бвктеровднсм пространстве (ПБІІ) бакгероидаых тканей люпина.
Практическая значимость. Знание морфологического проявления конкретных механизмов, определяющих различные этапы клубенькооб-разсвашія, позволяет выработать критерии подбора макро- и микросимбионтов, образующих при сочетании наиболее эффективные симбио-тические системы. Характеристика перекрестного контроля над формированием еймбйотических структур позволяет вести избирательный поиск факторов макро- и шшросимбионтов, влияющих на процесс клубе-
нькообразования. Полученные данные позволяют конкретизировать направление селекционного процесса у микро- и макросимбионтов в зависимости от признаков, которые они контролируют.
Апробация работа. Результати работы были представлены: на симпозиумах "Генетика азотфиксации" (Сегед, Венгрия,1989) и "Азотфиксация-90" (Бендлево, Польша,1990), на Международном симпозиуме по молекулярной генетике взаимодействия растений с микроорганизмами (йнтерлакен,Швейцария, 1990), на XI Всесоюзной конфэ-рэнции по биологической роли микроэлементов и их применению в сельском хозяйстве и медицине (Самарканд,1990), на Международном конгрессе по симбиозу (Иерусалим, Израиль,1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Объем и структура работы, диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав: I) обзора литературы, 2) описания материалов и методов, 3) получэных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 17 рисунками, и 3 таблицами. Список литературы включает 200 наименований.