Диссертация (1144724), страница 63
Текст из файла (страница 63)
В то же самое время при росте в вермикулите мутант формировалболее удлиненные корни. Было предположено, что ген PsCrt вовлечен в ответкорня на стимул от прикосновения частиц субстрата. Ранее было показано,что у A. thaliana волнистый характер роста корней связан именно с такимответом (Okada, Shimura, 1990). Корни растений дикого типа, помещенныевертикально, росли вниз на поверхности твердого агара. Когда чашкинаклонялись на 45°, корни пытались расти вниз, но натыкались наповерхность агара (как на частицы субстрата) и в результате менялинаправление роста, но, когда поверхность агара возвращалась в вертикальноеположение, корни продолжали расти прямо вниз (Okada, Shimura, 1990).Генетический анализ выявил 6 генов, влияющих на волнистый характерроста корней.
Мутанты Atwav1 и Atwav6 были лишены волнового роста нанаклоненных чашках, Atwav2, Atwav3 и Atwav4 имели различные аномалииволнового роста, а Atwav5 формировал кольцевые структуры корней наповерхности агара. В дальнейших исследованиях было показано, чтомутантные фенотипы связаны с изменением в транспорте ауксина. МутантAtwav5аллеленустойчивомукауксинумутантусизмененнымгравитропическим ответом Ataux1 (Okada, Shimura, 1990). Ген AtAux1кодирует переносчик ауксина в клетку (Marchant et al., 1999). Мутант wav6аллелен мутантам Atagr1 (Chen et al., 1998), Ateir1 (Roman et al., 1995), Atpin2(Müller et al., 1998) в гене, кодирующем переносчик ауксина из клетки.Фенокопия мутации A.
thaliana wavy root может быть получена у мутантаAtrcn1вприсутствии(нафтилфталамовойингибиторакислоты).ГенполярногоAtRcn1транспортакодируетауксинарегуляторнуюсубъединицу протеин фосфатазы IIA, которая контролирует уровеньфосфорилирования некоторых элементов транспорта ауксина (Garbers et al.,1996).Мутант Atagr1 с измененным гравитропическим ответом корнейхарактеризуется повышенной чувствительностью к экзогенному ауксинуЗаключение429(Chen et al., 1998). Сходная повышенная чувствительность к экзогенномуауксину была показана и для мутанта SGEcrt по сравнению с линией дикоготипа SGE.В корнях мутанта SGEcrt содержание ИУК увеличено более чем в двараза.
Также в корнях мутанта наблюдается присутствие неизвестноговещества, количество которого увеличено в 7 раз. Содержание эндогеннойИУК было изучено у нескольких мутантов растений с измененнойморфологией корня. У мутанта agr Hordeum vulgare L., и мутанта dgt L.esculentum содержание ИУК не отличалось от растений дикого типа. В то жевремя у аллельных мутантов A. thaliana, которые характеризовалисьувеличенным количеством боковых корней по сравнению с диким типом:alf1–1, superroot и rooty, количество свободной ИУК было увеличено в 1,5–3,7 раза, также, как и количество комбинированных форм ИУК (Boerjan et al.,1995; Celenza et al., 1995; King et al., 1995).Таким образом, можно предположить, что ген PsCrt вовлечен взависимую от ауксина регуляцию ответа корня на стимулы внешней среды.Необходимо отметить, что различия в проявлении мутантногофенотипа корня, зависящие от плотности среды были показаны длянечувствительного к этилену мутанта Never ripe (NR) L.
esculentum. Былопоказано, что 100% проростков дикого типа и 96% проростков NR росли безаномалий в развитии корней на коммерческом субстрате. В тоже время напеске 96% проростков дикого типа росли нормально, а 37% NR растенийразвивали вытянутые корни, которые никогда не проникали в песок.Плотность песка при этом была примерно в 16 раз выше, чем плотностькоммерческого субстрата (Clark et al., 1999). Ранее было показано, чтоингибиторы действия этилена блокируют проникновение корней томата натвердом агаре высокой плотности (2%), в то время как на 0,5% агаре корнипроникали нормально (Zacarias, Reid, 1992). Мутанты A. thaliana по гену eir1,кодирующемпереносчикауксинавклетку,характеризовалисьЗаключение430агравитропичными корнями, так же как и нечувствительностью к этилену(Roman et al., 1995).Эти данные подтверждают, что этилен также, как и ауксин может бытьвовлечен в реакцию корней на прикосновение частиц.
Также хорошоизвестна тесная связь между действием ауксина и этилена на процессыразвития растений, а также регуляция биосинтеза этилена ауксином (Yang,Hoffman, 1984). Поэтому ген PsCrt может быть вовлечен в путь сигнальногокаскада этилена в развитии корня.Исследованиямутантапозволилиполучитьгенетическоедоказательство, что проявление тигмоморфогенетических реакций корнягороха опосредуется этиленом за счет изменения ориентации микротрубочек.В то же время изменения этиленового статуса корня, вызванные какгенетически, так и физиологически, ведут к уменьшению количестваформируемых клубеньков. Таким образом, можно заключить, что негативноевлияние плотных почв на развитие как корневых систем, так исимбиотических клубеньков, опосредовано действием этилена.Эти данные указывают на существование физических факторов почвы,способныхзначительноизменитьсимбиотическиехарактеристикирастительно-микробных систем.
Можно предположить, что наряду саллелями повышенной чувствительности к плотности субстрата, такими какPscrt, существуют аллели с пониженной чувствительностью, способныепроникать в уплотненный грунт. Возможно, что поиск таких аллелейпридется сочетать с генетическим редактированием.Принимаявовнимание,чтонегативныйэффектнаклубенькообразование у мутанта опосредуется этиленом, другим подходомповышения эффективности образования клубеньков бобовыми растениями вплотных почвах может быть снижение уровня этилена, в том числе за счетинокуляции ризобиями с АЦК-дезаминазной активностью или совместнойинокуляцией со штаммами ризосферных бактерий, обладающих такойактивностью.Заключение431ЗАКЛЮЧЕНИЕПередсовременнымагропромышленнымпроизводствомстоятмногочисленные вызовы, одним из которых является необходимостьповышения устойчивости сельскохозяйственного производства к стрессовымфакторам.
Перспективным подходом к решению этой проблемы являетсясозданиерастительно-микробныхдополнительностигеномовсистем,происходитвкоторыхформированиепопринципуфункциональноинтегрированных генетических систем с расширенным адаптационнымпотенциалом. Наиболее известная и наиболее эффективная растительномикробная система создается при реализации генетической программысимбиогенеза бобовых растений.
Поэтому в данной работе нами былопредпринято ее всестороннее изучение.Исследования, направленные на выявление молекулярно-генетическихи клеточных механизмов дифференцировки симбиотических клубеньков,были начаты с реализации программы экспериментального мутагенеза,направленной на получение новых мутантов по симбиотическим признакам.Был проведен химический ЭМС-мутагенез лабораторной линии горохаSGE.
Ранее нами было показано, что линия SGE, характеризующаясявысокой урожайностью, является удобной для проведения негативнойселекции при отборе мутантов по симбиотическим признакам (Tsyganov etal., 1994). В данном исследовании наблюдалась очень высокая частотавозникновения потенциальных симбиотических мутантов — 2,17% (45мутантов на 2069 проанализированных растений М2). В то же время не всепотенциальные мутанты подтвердили стабильность проявления мутантногофенотипа в ряду поколений, что может объясняться, прежде всего,сложностьюпроявлениясимбиотическихпризнаков,зависящихотвзаимодействия генотипов макро– и микросимбионтов, а также сильноговлияния окружающей среды на проявление данных признаков.
Ранее сходнаяситуациянаблюдаласьприанализебольшойколлекциимутантов,индуцированных на основе сорта Finale (Engvild, 1987), при детальномЗаключение432анализе которой мутантные фенотипы были подтверждены не для всехмутантов (Novák, 2003). В данном исследовании были выявлены Nod−,Nod+/−и Fix− мутанты, но не были получены мутанты, формирующиеповышенное, по сравнению с исходной линией, количество клубеньков(Nod++ мутанты).В ходе проведенного комплементационного анализа нами быливыявлены новые мутации в симбиотических генах Pssym7, Pssym14, Pssym25,Pssym27, Pssym33, Pssym35, Pssym38 и Pssym40. Идентификация аллелиPssym25, индуцированной на линии SGE, ставит вопрос о существованиигенотипическойспецифичностимутагенеза,наличиекоторойбылопредположено при комплементационном анализе мутантов, индуцированныхна 7-ми различных генотипах гороха (Borisov et al., 2004).
Тем не менее,очевидно,чтотолькопроведениедальнейшегопоискановыхсимбиотических мутаций с использованием определенных генотипов ивовлечение полученных новых мутантов в комплементационный анализпозволит ответить на вопрос о возможной генотипической специфичностимутагенеза в отношении симбиотических генов гороха.Входеданнойработывсепроанализированныемутанты,индуцированные на линии SGE, были отнесены к ранее описанным группамкомплементации, при этом не было выявлено ранее не идентифицированныхсимбиотических генов гороха.
Лишь для мутанта RisFixV, индуцированногонасортеFinale,былапоказанапринадлежностькновойгруппекомплементации — Pssym42. Данный факт свидетельствует, по-видимому, облизости решения задачи — выявления полного круга симбиотических геновгороха, выявляемых методами экспериментального мутагенеза. Таких генов,на сегодняшний день, обнаружено чуть более 40 (Borisov et al., 2004). В то жевремя следует отметить, что в последние годы для модельных бобовых быловыявленозначительноесимбиотическихгенов.числоранееГенетическийнеанализидентифицированныхколлекциимутантов,описываемой в данной работе, также еще не завершен до конца, поэтому неЗаключение433исключено, что неописанные ранее симбиотические гены гороха еще будутобнаружены в ходе дальнейших исследований.Вместе с тем выявление симбиотических генов все более смещается всторону выявления генетических факторов с плейотропным влиянием насимбиоз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
