Автореферат (Взаимодействие генетических и фитогормональных факторов в контроле развития растений), страница 7

13а, б, в, г, е), создающих бахромчатость краев этих органов(Кавай-оол, Ежова, 2011). Чашелистики и лепестки (рис. 13а, стрелка) мутантасущественно короче, чем в цветках дикого типа; их размер и форма сильно27варьируют; в основном, укорочены. Развитие пестика нарушено - имеет местонедоразвитие столбика, плодолистиков, аномалии рыльца (рис. 13а, стрелка).Семяпочки по краям плодолистиков не развиваются, что приводит к женскойстерильности. Из-за женской стерильности мутант fip1 поддерживается путемразмножения гетерозиготных фенотипически нормальных растений. АМ цветоноса умутанта fip1 формирует больше ФМ, чем у дикого типа.Рис. 13. Цветки (а, ж) и органы цветков (а, б, в, г, е, з) мутантов fip1 (а-е) и fip2 (ж-з).Некоторым изменениям подвергаются и листья fip1.

Они имеют неровнуюбугристую поверхность. Таким образом, у мутанта fip1 в органах околоцветника илистьях наблюдаются сходные нарушения деления и роста клеток. Известно, чторазмер клеток коррелирует с их плоидностью. Это позволило нам сделатьпредположение, что возникновение крупных клеток является результатомпреждевременного прекращения клеточных делений и перехода клеток кэндоредупликации ДНК, которая приводит к образованию крупных полиплоидныхклеток. После завершения экспериментальной работы это предположение былодоказано методом стационарной цитофотометрии. Ген FIP1 локализован в левомплече I-ой хромосомы на расстоянии 29 сМ от маркерного гена AN (табл. 1).Мутация fip2 имеет более низкую экспрессивность (рис.

13ж, з), по сравнению сfip1. В цветках fip2 лепестки (рис. 13з) и чашелистики имеют гофрированнуюповерхность и вырезки на краях (рис. 13ж, з). На адаксиальных поверхностяхлепестков содержатся неровные ряды крупных клеток (рис. 13 з), что указывает насходство функций генов FIP1 и FIP2. Образование у мутантов крупных(полиплоидных) клеток позволяет предполагать, что ген FIP1 и, возможно, FIP2могут участвовать в контроле перехода клеток к эндоредупликациям. Нарушение ихфункции у мутантов приводит к преждевременному прекращению клеточныхделений и включению процесса эндоредупликации ДНК, приводящему к появлениюаномально крупных клеток в органах околоцветника.Анализ взаимодействия генов FIP1 и FIP2 с генами AS1 и AS2.

Мутантыasymmetric leaves 1 (as1 линия К-102, МГУ) и sagittatus (sa - аллель as2; К-118)напоминают мутант fip1. Они имеют некоторые аномалии развития цветка(укороченные зубчатые чашелистики, а у as1 - и расширенные дистальные концылепестков и пестика) и листьев (асимметричную форму и бугристую поверхность),(Ori et al., 2000; Byrne et al., 2002; Ву, Ондар, Солдатова, 2008; Кавай-оол и Ежова,2011). В органах околоцветника двойных мутантов fip1 as1 (рис. 14а, б), fip1 as2 и fip2as2 еще сильнее заметны бахромчатость и различия размеров клеток (рис. 14а, б,г28стрелка), а листья характеризуются более выраженной, чем у родителей, асимметриейи неровностью поверхности (рис. 14в).Рис.

14. Цветки (а, б) и лист (в) двойного мутанта fip1 as1.Морфология органов цветка и/или листьев у двойных мутантов fip1 as1 (рис.17а, б, в), fip1 as2 и fip2 as2 свидетельствуют о комплементарном взаимодействииFIP1 и FIP2 с генами AS1 и/или AS2. Мы предполагаем, что гены FIP1 и FIP2 вместес генами AS1 и AS2 контролирует пролиферацию клеток, предотвращаяпреждевременную эндоредупликацию. Хотя мутации fip и as вызывают нарушения,как в листе (fip2, в меньшей степени), так и в цветке (as в меньшей степени), тем неменее, наиболее яркое проявление они имеют в разных органах (мутации asнарушают главным образом развитие листа, а мутации fip – органов цветка).

Этогуказываетна специфичность действия генов AS и FIP. Гены AS имеют несколькоразных функций – они ограничивают пролиферацию листовой меристемы, подавляяэкспрессию генов KN в примордиях листьев (Guo et al., 2008) и, участвуют вполяризации примордия листа A.thaliana (Xu et al., 2003). Укорочение органов цветкау мутантов as можно объяснить повышением уровня экспрессии KN-генов, которыеподавляют синтез гиббереллина (Hay et al., 2002).

В то же время причины наиболееяркого проявления фенотипа мутантов as (бугристый лист) не связаны сэктопической экспрессией KN, поскольку у двойных, тройных и даже четверныхмутантов с одновременным нарушением активности генов AS- и KN-генов (KN1, KN2,KN6), восстановления этой аномалии не наблюдалось (Ikezaki et al., 2010). Повидимому, гены AS могут контролировать пролиферацию клеток подополнительному пути (не зависимому от генов KN), комплементарновзаимодействуя с генами FIP1 и FIP2.Взаимодействие гена FIP1 с геном CLV1. Ген CLV1, как и гены AS и FIPконтролируют пролиферацию клеток.

Для анализа взаимодействия FIP1 с геном CLV1получен двойной мутант fip1 clv1. Растения fip1 clv1 сочетали особенностиродительских форм, т.е. показывали аддитивный фенотип, свидетельствующий оботсутствии взаимодействия генов. Таким образом, ген FIP1 не взаимодействует сгеном CLV1, действующим в АМ и ФМ, но комплементарно взаимодействует сгенами AS, которые по нашим данным функционируют не только в листовоймеристеме, но и во флоральной меристеме. Причем, гены AS участвуют как вдетерминации клеток листа и органов цветка путем подавления экспрессии в нихгомеобоксных генов KN (Ву, Ондар, Ежова, 2008), так и в контроле их29дифференцировки, по-видимому, путем предотвращения их преждевременнойэндоредупликации, действуя на этом пути, вместе с генами FIP1 и FIP2.2.3. Изучение роли гена ER2 в контроле развития побегаНами продолжены исследования карликовых мутантов из коллекции кафедрыгенетики МГУ – новых полукарликовых мутантов er2, min2 и карликового мутантаna, анализ которого нами был начат ранее (Ежова, Ондар и др., 1997).Особенности морфологии мутанта er2.

Рецессивная мутация erecta2 (er2, М21-1, МГУ) вызывает полукарликовый фенотип и снижение размеров всех органовпобега A. thaliana (табл. 6). Укорочение корня и гипокотиля у мутанта заметноначиная со стадии 3-10 дневного проростка (рис. 15а, б, в, г). Эта особенностьотличает мутант er2 от мутанта er1, который имеет значительное увеличение длиныглавного корня (10 день, рис. 15д), но делает мутант похожим на ранее описанныйlepida-2 (le-2 , К-156, МГУ; Ежова, Ондар и др., 1997).Рис. 15.

Общий видпроростков дикоготипа (а, в), мутантаer2 (б, г, е) и er1 (д).Цветонос у мутанта эректоидного типа (прямостоячий), что отражено в названиимутанта. В то же время, число генеративных узлов на цветоносе мутанта достоверновыше, чем у дикого типа (табл. 6). Это объясняет причину того, что при двукратномуменьшении длины междоузлий общая высота стебля er2 уменьшена лишь на 18% посравнению с диким типом.Табл. 6.

Влияние мутации er2 на структуру побегаПараметрыDi -Мer2Высота растения31.1 ± 4.725.6 ± 4.2*Число розеточных листьев6.8 ± 1.25.6 ± 0.5*Длина вегетативной, генеративной частей, см14.8 ± 1.8,7.8 ± 1.2***,16.3 ± 5.817.8 ± 3.5Число вегетативных, генеративных узлов2.7 ± 0.5,2.0 ± 0.7**,25.4 ± 8.044.8 ± 7.3***Общее число узлов28.0 ± 8.046.0 ± 7.3***Длина междоузлий в вегетативной,5.6 ± 1.1,2.7 ± 0.5***,генеративной частях цветоноса, см0.6 ± 0.10.4 ± 0.1***Примечание: *, **, ***- средние значения для мутанта er2 достоверно отличаются отдикого типа при уровнях значимости Р>0.95, Р>0.99, Р>0.999, соответственно.30Эректоидность стебля мутанта связана не только с укорочением междоузлий(табл.

6), но и с его утолщением (рис. 17а, б, ж). У мутанта er2 укорочены такжедлины всех органов цветка - чашелистиков, лепестков, тычинок и пестика (рис. 17е).Из-за укорочения чашелистиков бутоны мутанта всегда открыты, в отличие отзакрытых бутонов дикого типа.Ранее показано, что карликовые мутанты из коллекции МГУ отличаютсямежду собой по чувствительности к гиббереллину.

Обнаружены мутанты сповышенной чувствительностью к экзогенной гибберелловой кислоте (ГА3): это 2аллельных мутанта по гену ER1 – er1-1 и er1-3, мутант нечувствительный к ГА3 - na ине отличающийся по чувствительности к гормону от растений дикого типа мутант le-2 (рис. 16а; Ондар, 1995; Ежова, Ондар и др., 1997).Рис. 16. Влияние экзогенной ГА3 (50 µМ) на рост стебля растений дикого типа икарликовых мутантов A. thaliana. а - увеличение высоты стебля er1, er2, le-2 и na поддействием ГА3 (в % от контроля); б - динамика роста стебля растений дикого типа DjM (I, II) и мутанта er2 (III, IV) при обработке ГА3 (I, III) и водой (II, IV - прерывистыелинии), по оси Y - высота цветоноса (см), по оси Х - день обработки; в - общий видобработанных ГА3 (слева) и контрольных (справа) растений: 1 и 3 - Di-М, 2 и 4 мутант er2, соответственно.При обработке экзогенной ГА3 растения дикого типа (расы Di-M для мутантовer1-1, er1-3 и le-2 и En-M для мутанта na) увеличивали рост стебля на 25 – 42% посравнению с необработанным контролем, как и мутант le-2.

Мутанты er1 увеличивалирост более чем в 2 раза, а мутант na вообще не реагировал на ГА3 (рис. 16а). Новыймутант er2 также как le-2 не показал изменений в чувствительности к экзогенной ГА3(рис. 16а, б, в).По результатам проведенных нами тестов на аллелизм с мутациями er1-1, le-2 иdwarf1 (dw1; МГУ и ABRC) установлено, что мутация er2 нарушает работу другогогена.31Анализ размера эпидермальных клеток er2. В связи с укорочением иутолщением всех органов у мутанта er2 исследовали размеры клеток эпидермиса.Рис. 17. Органы и клетки мутанта er2 (е-к) и растений дикого типа (б-д).