Автореферат (1144822)
Текст из файла
На правах рукописиЧЕКУНОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНАГенетический контроль ранних этапов биосинтеза хлорофиллау зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtiiспециальность: 03.02.07 – генетикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора биологических наукСанкт-Петербург20152Работа выполнена на кафедре генетики и биотехнологии биологического факультетаФедерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет»Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Квитко К.В.Официальные оппоненты:Усатов Александр Вячеславович, доктор биологических наук, профессор кафедрыгенетики факультета биологических наук, заведующий отделом изменчивости геномаНИИ биологии Южного федерального университета (Ростов на Дону);Рукавцова Елена Борисовна, доктор биологических наук, старший научныйсотрудник лаборатории биотехнологии растений Филиала государственногобюджетного учреждения науки Института биоорганической химии им.
академиковМ.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (Пущино);Симаров Борис Васильевич, доктор биологических наук, профессор, заведующийлабораторией генетики и селекции микроорганизмов ГНУ ВНИИсельскохозяйственной микробиологии РАН (Санкт-Петербург).Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования «Московский государственный университет имениМ.В.Ломоносова» (МГУ, Москва).Защита диссертации состоится ________________ 2015 г.
в _______ часовна заседании Диссертационного совета Д.212.232.12 по защите диссертацийна соискание ученой степени доктора биологических наук при Санкт-Петербургскомгосударственном университете по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетскаянаб. 7/9, СПбГУ, биологический факультет, кафедра генетики и биотехнологии,аудитория 1.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета и на сайте СанктПетербургского государственного университета (http://spbu.ru/ science/disser/).Автореферат разослан_______________________ 201_ г.Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.232.12доктор биологических наукЛюдмила Андреевна Мамон3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.
Фототрофные бактерии и пластидырастений содержат бактериохлорофиллы (БХл) и хлорофиллы (Хл) –тетрапиррольные пигменты фотосинтеза, – одного из наиболее важных исложныхбиологическихпроцессов,играющихключевуюрольвсуществовании жизни на Земле. Молекулы БХл и Хл обладают уникальнойспособностью поглощать энергию света и преобразовывать еѐ в энергиюхимических связей.
Актуальная фундаментальная проблема современнойбиологическойнаукисостоитвизучениимеханизмовбиосинтеза,функционирования и регуляции Хл, а также закономерностей их эволюциипри адаптации к различным экологическим факторам. Аноксигенныебактерии, цианобактерии, водоросли и голосеменные формируют Хл втемноте и на свету, а покрытосеменные растения – только на свету.Светозависимые реакции синтеза Хл подробно исследованы [Беляева, 2010],тогда как современные сведения о темновом биосинтезе Хл крайнемалочисленны.Настоящаяработапосвященаизучениюмолекулярно-генетических механизмов регуляции темновых процессов формирования Хл уодноклеточнойзелѐнойводорослиChlamydomonas(С.)reinhardtii–модельного объекта генетики фотосинтеза [Rochaix, 1995].
Еѐ способностьсинтезировать Хл в гетеротрофных условиях позволяет получать мутанты подвум путям биосинтеза – темновому и зависимому от света [Ford, 1981;Choquet, 1992]. Уникальная генетическая коллекция пигментных мутантов С.reinhardtii [Столбова, 1971], созданная на кафедре генетики СПбГУ, положиланачало исследованиям генетики метаболизма пигментов фотосинтеза хлорофиллов и каротиноидов.Список сокращений: АЛК – 5-аминолевулиновая кислота, МХ – магний-хелатаза,Mg-ПП – магний-протопорфирин IX, MgППЭ – монометиловый эфир Mg-ПП, ОРС– открытая рамка считывания, ПП – протопорфирин IX, Пд – протохлорофиллид,Хд – хлорофиллид, Хл – хлорофилл, ФТ – фактор транскрипции.4Степень разработанности темы исследования.
У всех биологическихобъектов(отдревнейшихмикроорганизмовдочеловека)биосинтезтетрапирролов (рис. 1) начинается с образования 5-аминолевулиновой кислоты(АЛК). Она превращается в уропорфириноген III - первый циклическийтетрапиррол, который дает начало двум ветвям биосинтеза, одна из которыхзавершаетсяформированиемкорриноидовисирогемаF430,вторая–протопорфирином IX (ПП) – общим предшественникрм Хл и гема.
Встраиваниежелеза (Fe2+) в молекулу ПП ведет к образованию гема и ряда нелинейныхтетрапирролов. Специфичные реакции биосинтеза Хл, так называемая«магниевая ветвь», начинаются с формирования комплекса Mg2+ и ПП изавершаются молекулами Хл (рис. 1,2). Их можно разделить на два этапа:(I) Ранние этапы биосинтезаХл – это реакции синтезапротохлорофиллида (Пд) изПП,которыеодинаковоуфотосинтетиков.ферментРисунок 1. Биосинтез природных тетрапирроловпроходятвсехПервыйэтогопути–магний-хелатаза(МХ)–обеспечиваетпревращениеПП в Mg-ПП, и представляет собой комплекс, состоящий из трех субъединиц:CHLI, CHLD и CHLH.
Помимо выполнения ферментативных функций, аименно встраивания Mg2+ в молекулу ПП, большая H-субъединица МХ (CHLH)участвует в передаче сигналов от хлоропласта к ядру и является компонентомпутей гормонального и редокс-контроля метаболизма Хл [Юрина и др., 2012;Masuda, 2008]. Метилирование Mg-ПП и формирование циклопентаноновогокольца ведут к образованию Пд и Хл (рис. 2). Гены, кодирующие субъединицыМХ, впервые были найдены в геноме бактерии Rhodobacter capsulatus методом5Рисунок 2.
Генетический контрольбиосинтеза хлорофилла у C. reinhardtii.Строчными буквами обозначены мутации,блокирующие отдельные этапы биосинтеза.Ядерные гены ферментов биосинтеза Хл:GTR – глутамил-тРНК редуктаза; GSA –глутамат-1-полуальдегидаминотрансфераза;ALAD – АЛК-дегидратаза; CPX –копропорфириноген III оксидаза; PPX –протопорфириноген IX оксидаза;субъединицы магний-хелатазы (МХ):CHLH, CHLD, CHLI; POR – светозависимаяНАДФH: Пд-оксидоредуктаза (сПОР); CAO– Хл а/Хд а оксидоредуктаза.Хлоропластные гены: trnE кодируетглутаминовую тРНК, а субъединицы тПОР гены: chlB, chlL и chlN.
В овалах мутации, ведущие к структурным ирегуляторным нарушениям МХинсерционного мутагенеза [Bollivar et al., 1994]. У высших растений ихортологи были обнаружены при изучении бесхлорофильных мутантоварабидопсиса Arabidopsis thaliana - Ch42 (ген CHLI), и львиного зеваAntirrhinum majus (ген olive – CHLH). Важная роль белка большой субъединицыМХ в функционировании и регуляции системы биосинтеза Хл определилаактуальность задачи идентификации кодирующего его гена у водорослей.(II) Завершающие этапы биосинтеза Хл – конверсия Пд до Хл, упокрытосеменных растений светозависимы, а голосеменные, мхи, лишайники,водоросли и эубактерии могут зеленеть и в темноте.
До недавнего времениполагали, что способность к зеленению зависит только от наличия двухферментов, катализирующих превращение Пд в Хд (рис. 2). Светозависимыйкатализ осуществляет кодируемая ядром Пд-оксидоредуктаза (сПОР), атемновую реакцию - ферментный комплекс тПОР, субъединицы которогокодируют 3 гена хлоропласта, ведущие свое происхождение от нитрогеназэубактерий. В процессе эволюции покрытосеменные утратили тПОР, а более6древние формы, включая C. reinhardtii, сохранили темновой биосинтез Хл.Бесхлорофильные мутанты высших растений и водорослей являются объектамигенетического и биохимического анализа метаболических путей формированияХл [Granick, 1948; Suzuki et al., 1997; Tanaka, 2007]. У зеленых водорослейChlamydomonas, Chlorella и Scenedesmus известны десятки мутантов снарушениями темновой конверсии Пд, которые относят к фенотипическомуклассу «yellow» [Александрова, 1979; Квитко, 1983; Timko, 1998].
Их клетки,подобно этиолированным проросткам покрытосеменных растений, в темноте несинтезируют Хл, а накапливают Пд, и, благодаря присутствию каротиноидов,формируют желтые колонии, зеленеющие на свету. Генетические исследованиямутантов yellow зеленой водоросли C. reinhardtii позволили обнаружить 3хлоропластных (кодирующих тПОР), и не менее восьми ядерных генов,контролирующих функционирование тПОР [Timko, 1998; Zhang,2007]. Срединеспособных синтезировать Хл в темноте мутантов C. reinhardtii, помимоyellow были описаны формы, накапливающие более ранний, чем Пд егопредшественник – протопорфирин IX (ПП) [Столбова, 1971; Wang et al., 1974].Это означает, что темновой биосинтез Хл обеспечивается также генами,контролирующимипревращениеППвПд.Предметомисследованийгенетического контроля этого раннего этапа темнового биосинтеза Хл сталимутанты C.
reinhardtii, накапливающие ПП в темноте. К началу работы у C.reinhardtii были идентифицированы все гены ферментов, синтезирующих ППиз глутамата, и превращающих Пд в Хд. Генетическая детерминация этапаконверсии ПП до Пд до последнего времени оставалась неизвестной.Целью работы стало выяснение молекулярно-генетических механизмоврегуляции ранних этапов биосинтеза Хл у одноклеточной зеленой водоросли C.reinhardtii.Дляеѐдостижениятребовалосьосуществитьпоискиидентификацию генов, контролирующих конверсию ПП до Пд, и выяснить ихроль в темновом биосинтезе Хл, решив следующие задачи: (1) осуществитьгенетико-биохимическиеисследованиямутантовзеленойводорослиC.7reinhardtiiснарушениямитемновогобиосинтезаХлнаэтапах,предшествующих формированию Пд, для поиска генов, контролирующихмутантный признак; (2) исследовать обнаруженные гены С. reinhardtii, иидентифицировать кодируемые ими факторы, обеспечивающие протеканиеранних этапов темнового биосинтеза Хл; (3) Изучить супрессию мутантныхпризнаков для поиска альтернативных путей темнового синтеза Хл у С.reinhardtii; (4) Исследовать механизмы регуляции ранних этапов темновогосинтеза Хл в клетках С.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
