11399 (600554), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При изучении ответа лактозно-кислых бактерий на замораживание было установлено, что при замораживании культуры лактозно-кислых бактерий жизнеспособность клеток в значительно мере снижалась. В то же время, когда культуры бактерий перед замораживанием были предварительно подвергнуты в течение 2 часов холодовому шоку при 100C, значительно улучшалась жизнеспособность у штаммов Lactococcus lactis subsp.lactis и Pediococcus pentosaceus PO2, но она не менялась у штамма Lactococcus lactis subsp. cremoris и у штаммов Lactobacillus helveticus LB1 и Streptococcus thermophilus TS2. Жизнеспособность клеток возросла еще более, когда период холодового шока был продлен до 5 часов. Использование дегенерированных PCR пра меров, полученных как из гена важнейшего белка холодового шока Escherichia coli, так и Bacillus subtilis приводит к образованию PCR продуктов у всех изученных штаммов. PCR продукт из Lactococcus lactis ssp. Lactis M474 был клонирован и секвенирован. Вычисленная для этого белка последовательность аминокислот показала высокую гомологию с аминокислотными последовательностями других белков семе ства CSP. Использование PCR праймеров, основанных на последовательность M474, приводило к образованию PCR продуктов только у изученных штаммов лактококков, но не у изученных штаммов Lactobacillus helveticus, Streptococcus thermophilus или Pediococcus pentosaceus.
9. Гены протеинкиназ
Клон кДНК для гена рецепторо-подобно протеинкиназы был выделен из Arabidopsis thaliana. Этот клон длиной 1952 bp с открытой рамкой считывания размером 1623 bp кодирует пептид из 540 аминокислот, которы содержит четыре области, характерных для рецепторной киназы. Во-первых, он содержит характерную для киназ предполагаемую аминотерминальную сигнальную область последовательности. Во-вторых, он содержит область с пятью экстрацеллюлярными богатыми ле цином повторяющимися последовательностями. В-третьих, он имеет мембрано-связывающую область и, в-четвертых, домен цитоплазматическо протеинкиназы, который содержит все 11 субдоменов, характерных для протеинкиназ. Ген RPK1 экспрессируется в цветах, побегах, листьях и корнях. Показано, что экспрессия гена RPK1 индуцируется в течение 1 часа после обработки экзогенно абсцизовой кислотой. Ген также быстро индуцируется различными другими абиотическими стрессами, такими, как обезвоживание, высокая концентрация солей и низкая температура. Предлагается, что данный ген вовлечен в общий ответ клетки на стресс. Вызванная обезвоживанием индукция гена rpk1 не нарушается в дефицитных по эндогенно абсцизовой кислоте мутантах aba-1, abi1-1, abi2-1, abi3-1 и, вследствие этого, предполагается, что эта индукция не зависит от обработки абсцизовой кислотой.
10. Гены картофеля, индуцируемые хранением на холоду
Хранение клубне картофеля на холоду при 4 0C связано с
накоплением нескольких индуцируемых холодом транскриптов генов. Путем использования в качестве зонда ранее охарактеризованной кДНК был выделен и секвенирован соответствующий ген ci7.
Предполагаемы промотор ci7 содержит последовательность элементов, которая, как было показано, регулирует экспрессию индуцируемых холодом генов у Arabidopsis thaliana. Транскрипты CI7 дифференциальной экспрессируются в клубнях и листьях картофеля в ответ на холодовой стресс, засуху, высокую концентрацию солей или обработку экзогенно абсцизовой кислотой. В то время как накопление транскриптов CI7 во время хранения на холоду происходит в течение нескольких дне, индукция транскриптов CI7 в ответ на засуху, экзогенную абсцизовую кислоту и солевой стресс происходит быстро, в течение нескольких часов. Накопление белка CI7 в ответ на абиотические стрессы и обработку экзогенно абсцизовой кислотой в клубнях было небольшим, особенно по сравнению с уровнем содержания транскриптов. В листьях белок CI7 отсутствовал после всех исследованных воздействи. В ходе экспериментов растения S. tuberosum были трансформированы слитым с репортерным GUS-геном 5'-фланкирующим промоторным регионом ci7 размером 3 kb. Анализ клубне независимых трансгенных лини не обнаружил значительно индукции энзиматической активности GUS в ответ на низкотемпературное воздействие. В то же время, когда для анализа уровня индукции гена GUS с введенным ci7 промотором был использован РНК блоттинг, гетерологичное слияние GUS сильно индуцировалось в ответ на низкие температуры. По сравнению с РНК блот-анализом трансгенных растений, изучение ядерной «run-on» транскрипции ci7 гена показало, что большая часть температурно-регулируемо экспрессии гена ci7 в клубнях может быть связана с посттрансляционными механизмами контроля.
Анализ последовательности кДНК клона CI21, который соответствует другому индуцируемому холодом транскрипту, обнаруживает высокую гомологию с транскриптами томата и дикого картофеля, индуцируемыми созреванием и водным стрессом. Два гомологичных, неаллельных гена, ci21A и ci21B, были выделены и секвенированы. Нозерн-блот анализ показал, что самые высокие уровни содержания транскриптов ci21 обнаружены в хранимых в холоде клубнях. Более низкие уровни транскриптов содержатся в стеблях и корнях, и самые низкие уровни отмечены в листьях и клубнях, хранимых при комнатной температуре. Обработка растений абсцизовой кислотой, высокая концентрация соли и тепловой шок не оказывали значительного влияния на уровни содержания транскрипта ci21 в клубнях и листьях. Подсушивание было единственным стрессом, вызывавшим транскрипцию CI21 на листьях, но оно не вызывало ее в клубнях. Вестерн-блот анализ обнаружил белок CI21 только в клубнях. Химерный ген, созданный путем слияния предполагаемо области промотора ci21A и репортер-геном uidA, тестировался на индукцию бета-глюкуронидазы низко температуро в трансгенных картофельных растениях, при этом в ответ на хранение клубне при 4 0C у трансгенных растений наблюдалось двукратное увеличение активности бета-глюкуронидазы.
11. Гены Y-box белков и белков, регулирующих процессы транскрипции и трансляции
В ходе исследований экспрессии генов семейства Y-бокс белков, регулирующих процессы транскрипции в клетках, было установлено, что высококонсервативный элемент основы промотора grp78 играет важную роль в индукции grp78 под разнообразными стрессовыми сигналами. Предшествующее изучение установило функциональную область в 3' конце основы промотора, которая проявляет стресс-индуцируемые изменения в стрессированных ядрах. В ходе экспериментов показано, что человечески фактор транскрипции YY1 связывает SICR и трансактиваторный элемент основы промотора в условиях стресса. Скрининг библиотек с данным элементом промотора выявил два новых связывающих эту область промотора белка, YB-1 и DBPA. Оба белка принадлежат к семейству Y-бокс белков, для которых характерен эволюционно- устойчивы ДНК-связывающий мотив - домен холодового шока. В ходе исследований в экспериментах по ко-переносу было установлено, что Y-бокс белки выступают в стрессированных клетках антагонистами WI-опосредованного управляемого grp78 усиления транскрипции. Таким образом, белки, имеющие домен холодового шока, могут быть частью механизма передачи сигнала стресса у млекопитающих.
В то же время проблематично существование особых факторов транскрипции для специфических функци в элементах промотора, особенно в таких системах, как G-бокс, поскольку существуют многочисленные синергические специфические для G-бокса факторы, в частности, промотора алкогольдегидрогеназы у Arabidopsis, которы регулирует экспрессию в ответ на холодовое возде ствие и обезвоживание.
12. Гены, связанные с низкотемпературной акклиматизацией
В ходе исследований по изучению влияния низкотемпературно акклиматизации на экспрессию генов в растениях выявлено и охарактеризовано значительное число генов, экспрессия которых индуцируется во время этого процесса как в травянистых, так и в древесных растениях. Значительное число этих генов индуцируется также экзогенно абсцизово кислото и засухо. В то же время выявлены гены, которые специфичны для процесса акклиматизации растения к низким температурам и не индуцируются другими типами абиотического стресса.
Для установления молекулярных основ холодово акклиматизации у клубники было проведено выявление генов, ассоциированных с низкотемпературно акклиматизацие.
Дифференциальный скрининг библиотеки кДНК, изготовленно из акклиматизированных к холоду растений клубники, позволил изолировать различные кДНК, дифференциально экспрессирующиеся при низкотемпературно акклиматизации. Нозерн-блот анализ показал, что уровень транскриптов Fcor1 возрастал после 2 дне низкотемпературно акклиматизации, в то время как аналогичны показатель Fcor2 увеличивался только после 2 недель низкотемпературно акклиматизации. С друго стороны, уровень содержания транскриптов Fcor3 снижался в течение 24 часов воздействия низкотемпературно акклиматизации и оставался на низком уровне в течение 8 недель периода акклиматизации. Гены Fcor1 и Fcor2 экспрессируются во всех тканях, в то время как ген Fcor3 специфичен для листьев. Кодируемы геном Fcor1 белок имеет высокое содержание ле цина, изолейцина, глицина, пролина и серина. Данный белок имеет гомологию с белками, кодируемыми геном ячменя blt101, индуцируемым низкотемпературно акклиматизацие, и геном Lophopyrum esi3, индуцируемым солевым стрессом. Белок FCOR2 богат лизином, лейцином, валином, аланином и аргинином и не имеет гомологии ни с каким из продуктов известных генов. Частичны клон кДНК Fcor3 кодирует полипептид, имеющий очень высокую идентичность с субъединице V PSI из шпината и с полипептидом PSI Psag из ячменя. Уровень накопления транскриптов Fcor1 коррелирует с устойчивостью к замораживанию у исследованных сортов клубники.
Клон кДНК pbn59 был изолирован путем дифференциального скрининга библиотеки кДНК акклиматизированного к холоду озимого рапса. Нуклеотидная последовательность BN59 оказалась гомологичной последовательности, кодирующей 70 кДа субъединицу вакуолярной Н+-АТФазы в растениях. Транскрипты, гибридизующиеся с BN59, аккумулируются во время воздействия низко температуры и воздействия экзогенно абсцизовой кислоты. Вестерн-блоттинг белков также показал увеличение содержания 70 кДа субъединицы во время акклиматизации к холоду. Накопление эндомембранной Н+-АТФазы следует также из наблюдений за осмотическим регулированием, увеличением содержания эндогенно абсцизово кислоты и пролиферации эндомембран в течение холодной акклиматизации.
Двенадцать клонов индуцируемых холодом кДНК были изолированы путем дифференциального скрининга библиотеки кДНК, подготовленной из мРНК холодоустойчивого картофеля. При помощи нозерн-блот гибридизации было проанализировано накопление мРНК, соответствующей каждому клону. Изолированные в данном исследовании клоны кДНК обозначены как Ssci. Все клоны отчетливо индуцировались в ответ на холод -накопление соответствующих транскриптов было замечено уже после одного дня закаливания к холоду. Максимальная аккумуляция мРНК, соответствующих клонам Ssci1, Ssci2, Ssci6 и Ssci8, была отмечена в первы день холодового закаливания, тогда как для клонов Ssci3, Ssci4, Ssci5, Ssci7, Ssci9, Ssci10, Ssci11 и Ssci12 - после 8 дне закаливания. Частичная последовательность ДНК была определена для 5' и 3' концов клонов и был произведен поиск гомологии с последовательностями в базах данных. Результаты поиска показали, что выделенные клоны кДНК соответствуют известным генам и кодируют мРНК для следующих белков: мРНК для двух различных S-аденозил-L-метионин декарбоксилаз, два хлоропластных шаперонина, белок цикла деления клетки CDC48, малатдегидрогеназу, мио-инозитол-1-фосфат синтетазу, протопорфирин IX:Mg хелатазу, фактор элонгации EF-1a, хлоропластный фактор элонгации трансляции EF-G, рибосомальный белок L-3 и мРНК для белка томата TAS14, индуцируемого экзогенно абсцизовой кислото. Выявленные гены могут участвовать в двух различных механизмах, относящихся к холодоустойчивости. Одна группа может предохранять хлоропласты и клеточные структуры во время стресса, в то время как другая может быть вовлечена в механизмы приспособления растительной клетки к холоду
Были изучены некоторые из ответов мутантов Arabidopsis thaliana L., не развивающих максимальной холодостойкости после холодовой акклиматизации, на холодовое воздействие. В ходе экспериментов были изучены холодовая индукция трех белков, уровни содержания сахарозы и глюкозы, жирнокислотный состав липидов, а также накопление антоцианинов в листьях. Четыре мутации понижали или устраняли накопление антоцианина во время холодно акклиматизации. Одна мутация предотвращала индуцируемое холодом в норме повышение уровня содержания сахарозы и глюкозы. Мутации sfr4 и sfr7 влияли на жирнокислотный состав липидов после холодовой акклиматизации. С другой стороны, поскольку все исследованные параметры у мутаций sfr1, sfr2 и sfr5 не отличались от таковых у дикого типа, то предполагается, что они имеют другое, вполне возможно, высокоспецифическое действие в ответ на низкотемпературное воздействие.
Регулируемый холодом оперон rbpA1-rpsU кодирует РНК-связывающий белок и рибосомальный белок M3 у Anabaena variabilis. Уровень экспрессии этой группы генов примерно в десять раз выше при температурах ниже 30 0C, чем при 38 0C. С целью изучения функций белка RbpA1 in vivo был создан нарушенный вставкой ген rbpA1. Эти мутанты были полностью лишены белка RbpA1, но содержали нормальны уровень продукта гена rpsU - рибосомального белка S21. При 38 0C мутанты были морфологически нормальными, но при 22 0C они с небольшой частотой производили необычные клетки. По-видимому, эти клетки были на начальном этапе образования прогетероцист. В присутствии нитрата при 22 0C у мутантов на молекулярном уровне также происходили различные события, обуславливающиеся инициацией превращения в гетероцисты, а именно, иссечение 11-kbp элемента ДНК в nifD и накоплении копи xisA и hetR, но в то же время эти события не происходили в присутствии аммония или при 38 0C. Полученные результаты позволяют считать, что RbpA1 необходим для полно репрессии инициации образования гетероцист при низких температурах в присутствии нитрата.
В ходе изучения низкотемпературного ответа генома Arabidopsis thaliana были охарактеризованы две связанные кДНК, соответствующие генам, экспрессия которых временно индуцируется низкими температурами. RCI2A и RCI2B кодируют небольшие сильно гидрофобные белки, которые несут два потенциальных трансмембранных домена. Анализ их аминокислотно последовательности показал сродство с регулируемыми различными стрессовыми условиями белками, кодируемыми генами из ячменя и Lophophyrom elongatum. Их высоки уровень гомологии последовательностей и их геномная локализация в отдельном рестрикционном фрагменте подтверждают то, что оба гена появились в результате тандемной дупликации. В то же время их регулирующие последовательности достаточно различаются для того, чтобы считать их различными генами. Подобно большинству охарактеризованных индуцируемых холодом генов растений, экспрессия RCI2A и RCI2B также усиливается экзогенно абсцизовой кислотой и дегидратацией, но не обще реакцией растения на стрессовые условия, поскольку она не индуцируется солевым стрессом или анаэробиозом. Более того, низкая температура способна вызвать экспрессию RCI2A и RCI2B в ABA-дефицитной и нечувствительной генетической среде, что свидетельствует о том, что низкотемпературны ответ этих двух генов регулирует и зависимые от абсцизово кислоты, и независимые от нее пути.
Для изучения генетического регулирования морозоустойчивости рапса у популяции F2 Brassica rapa и двойно гаплоидно популяции Brassica napus in vitro определялась относительная морозоустойчивость акклиматизированных и неакклиматизированных растений. Для идентификации предполагаемых локусов количественных признаков использовались разработанные раньше карты связе. У популяции B. napus области генома со значительным влиянием на морозоустойчивость не были обнаружены, но у B. rapa четыре области ассоциировались со связанно с акклиматизацией морозоустойчивостью и способностью к акклиматизации, но две другие области связывались с морозоустойчивостью, не связанно с акклиматизацией. Способность к акклиматизации регулировалась генами с очень небольшими как положительными, так и отрицательными эффектами доминирования. Аллель озимых родителе имела положительные добавочные эффекты, но отрицательные доминантные эффекты в локусах количественных признаков FTN. RFLP локусы обнаруживались при помощи индуцируемо холодом и связанно со стрессом кДНК из Arabidopsis thaliana, картированно около двух локусов количественных признаков для FTA/FTB.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
