Влияние кадмия и теплового шока на сплайсинг мРНК в хлоропластах кукурузы

• Автор: Клаус, Александр Александрович
• Шифр специальности: 03.01.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Экспрессия пластома

1.1.1. Организация пластома

1.1.2. Транскрипция

1.1.3. Созревание РНК

1.1.3.1. Редактирование РНК

1.1.3.2. РНК-сплайсинг

1.1.3.2.1. Матуразы

1.1.3.2.2. Белки с С11М-доменом

1.1.3.2.3. РРК-белки
1.1.3.2.4. Другие факторы сплайсинга
1.1.3.3. Межцистронное разрезание РНК
1.1.3.4. Стабильность молекул РНК
1.1.3.4.1. Созревание 5’-концов
1.1.3.4.2. Созревание 3’-концов
1.1.3.4.3. Деградация РНК
1.1.4. Последующие этапы экспрессии пластома
1.2. Накопление кадмия и его токсическое действие на растения
1.2.1. Воздействие кадмия и его распределение на уровне организма
1.2.1.1. Поглощение кадмия и его распределение по растению
1.2.1.2. Токсическое воздействие кадмия на организм растений
1.2.2. Воздействие кадмия и его распределение на клеточном уровне
1.2.2.1. Перенос кадмия через плазмалемму
1.2.2.2. Кадмий в цитоплазме
1.2.2.3. Перенос кадмия через тонопласт
1.2.2.4. Кадмий в митохондриях
1.2.2.5. Кадмий в хлоропластах
1.2.2.6. Биохимические основы токсичности кадмия
1.2.2.7. Влияние кадмия на водный баланс растений
1.2.2.8. Влияние кадмия на минеральное питание растений
1.2.2.9. Влияние кадмия на дыхание растений
1.2.2.10. Влияние кадмия на фотосинтез
1.2.2.10.1. Накопление фотосинтетических пигментов
1.2.2.10.2. Состав липидов мембран и ультраструктура хлоропластов
1.2.2.10.3.Функциональное состояние хлоропластов
1.2.2.10.4. Цикл Кальвина-Бенсона
1.2.2.11. Регуляция экспрессии генома в присутствии кадмия
1.3. Тепловой Шок
1.3.1. Повреждающий эффект температуры
1.3.2. НБР белки и другие молекулярные механизмы защиты при повышенной температуре
1.3.3. Фотосинтез в условиях повышенной температуры
1.3.4. Экспрессия пластома в условиях повышенной температуры
2. Материалы и методы
2.1. Выращивание растений
2.2. Измерение длины и массы растений
2.3. Атомно-абсорбционная спектроскопия
2.4. Определение содержания фотосинтетических пигментов
2.5. Измерение параметров флуоресценции хлорофилла а
2.6. Выделение хлоропластов
2.7. Выделение РНК из хлоропластов
2.8. Обратная транскрипция. Полимеразная цепная реакцій

2.9. Электрофорез в агарозном геле
2.10. Секвеиирование фрагментов ДНК
3. Результаты
3.1. Оценка степени токсического воздействия кадмия на растения
3.1.1. Изучение воздействия 80 мкМ кадмия на ранних стадиях роста проростков кукурузы
3.1.2. Изучение воздействия различных концентраций кадмия на рост
проростков кукурузы.

3.1.3. Изучение воздействия кадмия нарост растений кукурузы при месячной (31 день) экспозиции па кадмии
3.1.4. Изучение воздействия летальной концентрации 250 мкМ кадмия
3.1.5. Изучение влияния кадмия на функционирование электрон-транспортной цепи хлоропластов кукурузы
3.2. Оптимизация метода ОТ-ПЦР для корректного анализа интрон-содержащих и сплайсированных форм РНК
3.3. Изучение влияния кадмий-индуцированного стресса на уровень сплайсированных мРНК и несплайсированных прс-мРНК в хлоропластах кукурузы
3.4. Накопление кадмия в хлоропластах кукурузы и ячменя
3.5. Изучение влияния кадмий-индуцированного стресса на уровень сплайсированных мРНК и несплайсированных пре-мРНК в хлоропластах ячменя
3.6. Изучение воздействия повышенных температур па растения кукурузы
3.6.1. Изучение воздействия повышенных температур на рост растений кукурузы
3.6.2. Изучение влияния повышенных температур на функционирование электрон-транспортной цепи хлоропластов кукурузы
3.7. Изучение влияния повышенной температуры на уровень сплайсированных мРНК и несплайсированных пре-мРНК в хлоропластах кукурузы
4. Обсуждение
4.1. Влияние кадмия на физиологические процессы у растений кукурузы и
ячменя

залогом детоксикации кадмия и его внутриклеточного распределения. Основным низкомолекулярным соединением в организме растений, содержащим тиольную группу, является глутатион (Noctor et al., 2011). Это трипептид, синтезируемый без участия рибосом, является предшественником фитохелатинов (Cobbett, Goldsbrough, 2002). Фитохелатины - короткие пептиды, синтезируемые из глутатиона ферментом фитохелатинсинтазой. Они обладают структурой (y-Glu-Cys)n-Gly, где п = 2-11. Фитохелатины образуют хелаты с ионами кадмия размером в пределах от 2500 до 3600 Da (Clemens, 2006; Emst et al., 2008). Комплексы фитохелатинов с кадмием переносятся в вакуоль (Clemens, 2006; Emst et al., 2008). Оверэкспрессия генов, повышающих уровень глутатиона и фитохелатинов, способствует повышению устойчивости A. thaliana к кадмию (Guo et al., 2008а), а недостаток фитохелатинов, наоборот, ведёт к гипречувствительности (На et al., 1999). Этот механизм защиты является преобладающим у неустойчивых растений, в то время как устойчивые растения наравне с этим обладают дополнительными способами детоксикации кадмия. Связывать кадмий в цитоплазме теоретически могут также специальные белки — металлотионеины (Cobbett, Goldsbrough, 2002), однако, пока для растений не получено никаких прямых данных об их участии в этом процессе. Способность этих белков связывать ионы тяжёлых металлов обеспечивается многочисленными остатками цистеина в их структуре. Дополнительные внедрённые гены металлотионеинов заметно увеличивают устойчивость растений A. thaliana к кадмию (Zhigang et al., 2006). Однако, снижение устойчивости к кадмию у мутантов A. thaliana по генам металлотионеинов происходит только на фоне мутации cadl-3 фитохелатинсинтазы (Guo et al., 2008b).
1.2.2.З. Перенос кадмия через тонопласт
Хелатированный в цитоплазме кадмий далее направляется по специальным переносчикам тонопласта в вакуоль. Хелатирование и транспорт в вакуоль, по-видимому, составляют единый механизм внутриклеточного распределения ионов кадмия, поскольку показано, что повысить накопление кадмия в вакуоли можно только за счёт одновременного повышения экспрессии как фитохелатинсинтазы,