Автореферат (Молекулярно–генетические и клеточные механизмы дифференцировки симбиотического клубенька), страница 8

Поэтому можно предположить, что раннеестарение является общим феноменом в ответ на неэффективность клубенька.Выявленные в ходе данной работы мутанты SGECdt и SGEcrt позволилиполучить адекватные генетические модели и изучить устойчивостьрастительно–микробной системы к действию стрессовых факторов (на примеретоксичных концентраций кадмия и плотных почв).ВЫВОДЫ1.C использованием ЭМС–мутагенеза получены новые мутанты посимбиотическим признакам.

В результате комплементационного анализа этихмутантов, а также полученных ранее, выявлены новые аллели генов Pssym7,Pssym14, Pssym25, Pssym27, Pssym33, Pssym35, Pssym38 и Pssym40, а такжевыявлен новый ген — Pssym42, контролирующие симбиогенез.2.Гены гороха Pssym33, Pssym35, Pssym38, Pscdt и Pscrt локализованы нагенетической карте гороха. Показана перспективность использования SSAPанализа для первичной локализации мутаций.3.В результате проведенного генетического анализа и детального изученияфенотипов исследуемых симбиотических мутантов гороха выявленосуществование двух генетических подпрограмм симбиогенеза: органогенезаклубенька и инфекции тканей клубенька ризобиями.

Показано наличие точекгенетического взаимного контроля развития данных подпрограмм.4.С использованием детального анализа мутантных фенотипов,локализации мутации Pssym35 на генетической карте и геномной синтении с L.japonicus, ген PsSym35 клонирован как ортолог гена LjNin, ключевогорегулятора симбиогенеза. Тем самым осуществлен переход от модельныхсистем к хозяйственно значимым.5.Выявлена ведущая роль микротрубочек в процессах роста инфекционныхнитей и формирования инфекционных капель, ориентации симбиосом во времяразвития симбиотических клубеньков гороха и Medicago truncatula.

Показано,что выход бактерий из инфекционных капель в цитоплазму растительнойклетки сопровождается реориентацией кортикальных микротрубочек вклубеньках обоих видов, направленной на создание условий для увеличенияразмера инфицированной клетки. Выявлены определенные различия ворганизации тубулинового цитоскелета в клубеньках проанализированныхвидов, связанные с различиями в морфологии бактероидов.6.Арабиногалактанпротеин–экстензины являются основным компонентомматрикса инфекционных нитей и капель при развитии клубеньков.

Пероксидводорода участвует в росте и созревании инфекционных структур. Мутация вгенеPssym40приводиткнарушениюнаправленнойсекрецииарабиногалактанпротеинов–экстензинов в инфекционные структуры, а также к38аномальному распределению пероксида водорода вокруг ювенильныхбактероидов.7.Показано, что этилен контролирует рост инфекционных нитей в корекорня, формирование клубеньковой меристемы и функционированиемеристемы зрелого клубенька гороха. Выявлено, что этиленовый статус корнявлияет на формирование клубеньков.8.Показано, что ген PsSym31 не только вовлечен в регуляциюдифференцировки бактероидов, но и в нитрат–зависимую регуляциюклубенькообразования.

Для L. japonicus также выявлены локусы, мутации покоторым приводят к формированию неэффективных клубеньков и нарушениямнитрат–зависимой регуляции клубенькообразования.9.Показано, что выход ризобий в цитоплазму растительной клеткиявляются необходимым условием для индукции экспрессии генов fnrN, nifA иfixN R. leguminosarum bv.

viciae в процессе формирования азотфиксирующегоклубенька гороха. Выявлены отсутствие экспрессии этих генов у мутантаPssym32 и сниженный уровень экспрессии у мутанта Pssym31 с измененнымкислородным барьером. Выявлено, что симбиотические гены R. leguminosarumbv. viciae nodA и dctA экспрессируются как в ризобиях в инфекционных нитях,так и в азотфиксирующих бактероидах.10. Показано, что снижение экспрессии генов «домашнего хозяйства» исимбиотических генов nodA и dctA находится в обратной корреляции состепенью дифференцировки бактероидов, что указывает на специализациюэкспрессии генов в азотфиксирующих бактероидах.11.

Показано, что дифференцировка бактероидов при недетерминированномсимбиогенезе является постепенным процессом и способность к возращению ксвободноживущемусостояниютеряетсянафинальныхстадияхдифференцировки.12. Показано, что в случае нарушений в развитии симбиотическогоклубенька гороха, вызванных мутациями в ключевых генах макросимбионта(Pssym33, Pssym40 и Pssym42), ризобии могут восприниматься как патогены,что проявляется в индукции синтеза макросимбионтом суберина, каллозы иусилении экспрессии генов защитных реакций.13. Показано, что индуцированное старение симбиотических клубеньковявляется общей реакцией на неэффективное развитие симбиоза.

Показано, чтоэтилен, абсцизовая кислота и пероксид водорода вовлечены в позитивнуюрегуляцию старения симбиотических клубеньков гороха.14. Впервые получен мутант гороха SGECdt, характеризующийся какповышенной устойчивостью к кадмию, так и повышенным его накоплением,при этом показаны моногенный тип наследования и рецессивное проявлениефенотипа.

Показано, что устойчивость к кадмию симбиотических клубеньковгороха зависит от общей устойчивости растения и может быть повышена врезультате единичной рецессивной мутации.15. Получены два трансгенных штамма Rhizobium leguminosarum bv. viceae3841–PsMT1 и 3841–PsMT2, несущие конструкции nifH–PsMT1 и nifH–PsMT2.39Генетические конструкции представляют собой кодирующие областирастительных генов PsMT1, PsMT2 (кодирующих металлотионеины), слитые спромоторной областью гена nifH клубеньковых бактерий гороха. Былопоказано, что трансгенные штаммы увеличивают содержание кадмия как вкорнях и клубеньках, так и в стеблях растений гороха.16.

Полученогенетическоедоказательство,чтопроявлениетигмоморфогенетических реакций корня гороха опосредуется этиленом исопровождается изменением в ориентации микротрубочек.Список публикаций автора по теме диссертации1. Tsyganova A.V., Kitaeva A.B., Tsyganov V.E. Cell differentiation in nitrogen–fixing nodules hosting symbiosomes (review) // Functional Plant Biology. 2018.45: 47–57.2. Serova T.A., Tikhonovich I.A., Tsyganov V.E. Analysis of nodule senescence inpea (Pisum sativum L.) using laser microdissection, real–time PCR, and ACCimmunolocalization. Journal of Plant Physiology. 2017.

212: 29–44.3. Иванова К.А., Цыганов В.Е. Антиоксидантная система защиты всимбиотическихклубенькахбобовыхрастений(обзор).Сельскохозяйственная биология. 2017. 52(5): 878–894.4. Kitaeva A.B., Demchenko K.N., Tikhonovich I.A., Timmers A.C.J., TsyganovV.E. Comparative analysis of the microtubular organization in nodules ofMedicago truncatula and Pisum sativum: Bacterial release and bacteroidpositioning correlate with characteristic microtubular rearrangements // NewPhytologist. 2016.

210: 168–183.5. Цыганова А.В., Цыганов В.Е. Негативная гормональная регуляция развитиясимбиотических клубеньков. Сообщение I. Этилен (обзор) //Сельскохозяйственная биология. 2015. 50(3): 267–277.6. Ivanova K.A., Tsyganova A.V., Brewin N.J., Tikhonovich I.A., Tsyganov V.E.Induction of host defences by Rhizobium during ineffective nodulation of pea(Pisum sativum L.) carrying symbiotically defective mutations sym40 (PsEFD),sym33 (PsIPD3/PsCYCLOPS) and sym42 // Protoplasma. 2015.

252: 1505–1517.7. Серова Т.А., Цыганов В.Е. Старение симбиотического клубенька у бобовыхрастений:молекулярно–генетическиеиклеточныеаспекты//Сельскохозяйственная биология. 2014. 5: 3–15.8. Иванова К.А., Цыганов В.Е. Защитные реакции в бобово–ризобиальномсимбиозе: индукция и супрессия // Сельскохозяйственная биология. 2014.3: 3–12.9. Кулаева О.А., Цыганов В.Е. Анализ изменения экспрессии генов,кодирующих ключевые ферменты детоксикации кадмия в симбиотическихклубеньках гороха // Экологическая генетика. 2014. XII(2): 13–22.10. Provorov N.A., Tsyganova A.V., Brewin N.J., Tsyganov V.E., Vorobyov N.I.Evolution of symbiotic bacteria within the extra– and intracellular plantcompartments: experimental evidence and mathematical simulation (Mini–review) // Symbiosis. 2012.

58: 39–50.4011. Цыганова В.A., Цыганов В.Е. Роль поверхностных компонентов ризобий всимбиотических взаимодействиях с бобовыми растениями // Успехисовременной биологии. 2012. 132(2): 211–222.12. Цыганов В.Е., Цыганова А.В., Ворошилова В.А., Борисов А.Ю., ТихоновичИ.А. Анализ взаимодействия симбиотических генов гороха (Pisum sativumL.) Sym33 и Sym42, мутации в которых приводят к аномалиям в развитииинфекционных нитей // Экологическая генетика.

2012. X(4): 50–55.13. Цыганова А.В., Китаева А.Б., Бревин Н.Дж., Цыганов В.Е. Клеточныемеханизмы развития симбиотических клубеньков у бобовых растений //Сельскохозяйственная биология. 2011. 3: 34–40.14. Цыганов В.Е., Ворошилова В.А., Розов С.М., Борисов А.Ю., ТихоновичИ.А. Новая серия симбиотических мутантов гороха, индуцированных налинии SGE // Экологическая генетика.

X(1): 19–26.15. Цыганов В.Е., Розов С.М., Нокс М., Борисов А.Ю., Эллис Т.Г.Н.,Тихонович И.А. Точная локализация локуса sym31 в III группе сцеплениягороха // Экологическая генетика. 2012. X(1): С. 27–33.16. Кулаева О.А., Цыганов В.Е. Точная локализация мутации по локусу cdt,приводящей к повышенной устойчивости гороха (Pisum sativum L.) ккадмию // Экологическая генетика. 2012.

X(1): 38–45.17. Цыганов В.Е., Кулаева О.А., Нокс М., Борисов А.Ю., Тихонович И.А.,Эллис Т.Г.Н. Использование SSAP анализа для первичной локализациимутации cdt (cadmium tolerance) в VI группе сцепления гороха //Экологическая генетика. 2012. X(1): 46–50.18. Жернаков А.И., Цыганов В.Е., Борисов А.Ю., Тихонович И.А. Ген горохаCRT, контролирующий морфогенетические реакции корня, вовлечен врегуляцию активности АЦК–оксидазы // Экологическая генетика. 2012.X(1): 62–73.19. Цыганов В.Е., Селиверстова Е.В., Ворошилова В.А., Цыганова А.В.,Павлова З.Б., Лебский В.К., Борисов А.Ю., Бревин Н. Дж., Тихонович И.А.Анализ двойных мутантных линий для определения последовательностифункционирования генов гороха (Pisum sativum L.) Sym13, Sym33 и Sym40 вовремя развития симбиотического клубенька // Экологическая генетика.2010.