Зависимость между выделением протонов клетками корня и ростом

• Автор: Месенко, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с.

Содержание
I. Список принятых сокращений
II. Общая характеристика работы
III. Обзор литературы:
1. Особенности роста растительных клеток
2. Строение растущей части корня
3. Переход клеток корней к растяжению
4. Теория "кислогороста"
5. Значение ИУК для роста корней
6. Возможная взаимосвязь между тургорным давлением и процессом растяжения клеток
7. Изменение свойств клеточных стенок и процесс
растяжения клеток
8. Влияние pH среды на скорость роста растительной ткани
9. Влияние растущих корней на значения pH среды
10. Значение выделения протонов для роста клеток растяжением
11. Влияние стимуляторов и ингибиторов Н+-АТФазы на рост корней
12. Распределение фермента Н+-АТФазы в растущей части корней
13. Характеристика Н+-АТФазы. Регуляция Н+-АТФазы с помощью 14-3-3 белков
IV. Объекты и методы исследования
V. Результаты
VI. Обсуждение
VII. Заключение
VIII. Выводы
IX. Список литературы
I. СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ:
АБК - абсцизовая кислота,
ДЭС - диэтилстильбестрол,
ПУК - индолилуксусная кислота,
МИ - митотический индекс ФК - фузикокцин,
DEZ-дистальная часть зоны растяжения,
PCIB - 4-хлорфенокси-изомаслянная кислота,
PIG - регион постмитотического изодиаметрическтго роста, краст I кмер- соотношение относительных скоростей роста клеток после перехода к растяжению и в меристеме.
II. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы исследования Изучение роста отдельного органа растения базируется на изучении роста его клеток. Для этой цели наилучшей моделью является рост корня Растущая часть корня состоит из меристемы и зоны растяжения. На границе меристемы относительная скорость роста резко возрастает на протяжении короткого участка корня (Иванов, 1974, Ivanov, 1997; Beemster and Baskin, 1998; Иванов и Максимов. 1999; van der Welle, 2003). Возрастание скорости роста связано с изменением характера роста клеток - образованием в клетках большой центральной вакуоли, активацией метаболизма клеток, изменением набора синтезируемых ферментов, повышением пластичности клеточных стенок. Переход клеток к растяжению не зависит от прекращения делений (Ivanov, 1997).
Механизм резкого возрастания скорости роста при переходе к растяжению до сих пор неясен. В частности, неясно, какую роль играют при этом ауксины. На колеоптилях было показано, что ИУК через короткий промежуток времени вызывает возрастание скорости роста, сопровождающееся усилением секреции протонов клетками и подкислением апопласта (Полевой, 1982). Низкие величины pH также ускоряют рост клеток, что и лежит в основе так называемого “кислого роста”. Ускорение начала растяжения клеток под действием ИУК объясняют увеличением растяжимости клеточных стенок в результате подкисления апопласта (Rayle and Cleland, 1992).
Однако, неясно, в какой мере эти процессы характерны для роста клеток корня. Известно, что растягивающиеся клетки корней растут с гораздо большей относительной скоростью, чем растягивающиеся клетки других органов. Кроме того, ИУК только

незначительно стимулирует рост корней и при гораздо меньших концентрациях, чем те, которые стимулируют рост колеоптилей и гипокотилей (Burström, 1969; Pilet and Saugy, 1987; Spiro et al., 2002).
Выделение протонов происходит в результате работы Ff-АТФазы (Briskin, 1990; Palmgren, 1998; Morsomme and Boutry, 2000). В происходящем под действием ИУК подкислении апопласта ключевая роль так же отводится повышению активности Н -АТФазы (Rayle and Cleland, 1970; Rayle and Cleland, 1992; Polevoi et al, 1996).
Данные иммуноцитохимии показывают равномерное распределение белка Н -АТФазы вдоль оси растущей части корня (Parets-Soler et al. 1990; Stenz et al., 1993, Jahn et al., 1998), хотя содержание его в разных тканях отличается. Однако показано усиление секреции протонов в растягивающихся клетках корней (Felle, 1998, Peters and Felle, 1999, 2001;). Это позволяет предполагать существование механизмов активации работы FF-АТФазы при переходе клеток к растяжению.
Один из механизмов активации работы Н+-АТФазы связан с участием 14-3-3 белков -гидрофильных, консервативных регуляторных белков, широко распространённых в клетках животных и растений (Aitken, 1996). Белки 14-3-3 имеют специфический участок, ответственный за взаимодействие с С-концевым доменом Н -АТФазы. При фосфорилировании Н’-АТФазы димер белка 14-3-3 взаимодействует с ферментом и активирует его (Oecking and Hagemann, 1999; Jahn et al., 1997; Svennelid et al., 1999; Jelich-Ottmann et al., 2001)
Несмотря на очевидную взаимосвязь между процессом роста корня и скоростью выделения протонов растущим корнем, до последнего времени не изучено, какую роль играет секреция протонов при росте клеток корней и как меняется содержание 14-3-3 белков, возможных регуляторов Н -АТРазы, в растущих клетках корней.
Изучение этой проблемы актуально для понимания механизма ускорения роста при переходе клеток корней к растяжению.
Цели и задачи исследования Основной целью работы было выяснить: каким образом процесс перехода клеток к растяжению и сам рост растяжением зависят от ингенсивносги выделения прогонов, и в какой мере изменение интенсивное выделения протонов в ходе роста клеток связано с активностью FT-АТФазы.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи исследования:
1. Изучить скорости выделения протонов вдоль растущей части корня и при обработке стимулятором и ингибиторами FT* -АТФазы.
2. Изучить распределение 14-3-3 белков в кончике корня.

закислением ускорения роста. Растущие ткани имели слегка меньший водный потенциал по сравнению со зрелыми регионами корней (Winch and Pritchard, 1999). Тургорное давление в проксимальной части зоны растяжения не корелировалло со скоростью роста корней и при всех обработках было равно 0,65 МПа. В зрелых тканях корней тургорное давление варьировало при разных обработках, но так же не было связанно со скоростью роста (Pritchard et al ., 1987).
Ингибирование роста корней галактозой приводило к снижению пластичности клеточных стенок на 60% на фоне повышения тургорного давления с 0,52 до 0,9Мпа. Причём наибольшее ингибирующее на рост действие галактозы наблюдалось в области замедления скорости роста. Обработка корней растений АБК приводила к замедлению роста корней на фоне увеличения тургора на 80% и осмотического давления на 10%. Следовательно, рост клеток в корнях контролируется независимо от тургора. Локальные различия в скорости роста не являются результатом различных тургорных давлений (Tomos and Pritchard, 1994). Несмотря на то, что скорость роста корня может быть изменена посредством искусственного изменения тургорного давления, такого не происходит в корнях при эндогенном контроле клеточного роста. При разных воздействиях наблюдается тенденция сохранения тургора постоянным в растущих клетках. Возможно, это осуществляется посредством осмотического регулирования протопласта (Tomos and Pritchard, 1994). Можно обнаружить различные скорости роста при одном и том же тургорном давлении, так же как и одинаковые скорости роста при разном тургорном давлении. Например, при фоготропических изгибах надземных органов растений не было обнаружено никаких различий в тургорном давлении в клетках на разных сторонах изгиба, отличающихся по скорости роста (Tomos and Pritchard, 1994). Более того, в условиях водного стресса та же самая скорость роста может поддерживаться при приблизительно двойном осмотическом давлении клетки. Следовательно, постоянная скорость роста это параметр нерегулируемый посредством тургорного давления (Tomos and Pritchard, 1994).
Следует отметить, что в самом начале изучения данного вопроса были сделаны выводы о значимости тургора для процесса растяжения клеток. Так, в экспериментах выполненных на сегментах колеоптилей овса, получили, что большая скорость роста более чувствительна к тургорному сдвигу. Предположили, что клетка расширяется, посредством растяжения клеточной стенки, которая поддаётся действию внутриклеточного давления (Green and Cummins, 1974). В настоящее время считается, что тургорное давление лишь поддерживает процесс растяжения клетки, хотя выделяют пороговое значение тургорнго давления для осуществления растяжения. Главную роль в