Влияние цитокининов на рост корней и побегов растений пшеницы и табака при изменении температуры

• Автор: Дедова, Мария Александровна
• Шифр специальности: 03.01.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Роль цитокшшнов в регуляции соотношения скорости роста побега и корня как адаптивная реакция растений
1.2. История открытая, механизм действия, методы количественного определения и метаболизм цитокшшнов

1.2.1. Открытие и физиологическая активность цитокининов..

1.2.2. Количественное определение цитокининов

1.2.3. Цитокишшы в роли корневых сигналов

1.2.4. Метаболизм цитокининов

1.2.5. Транспорт цитокининов
1.2.6. Внутриклеточный сигналинг цитокининов
1.2.7. Представления о механизмах влияния цитокининов на соотношение массы побега и корня
1.2.7.1. Влияние цитокининов непосредственно на рост побегов и корней через регуляцию деления и диффереххциации клеток.
1.2.7.2. Донорпо-акцепторные отношения и участие цитокининов в х а регуляхрш
1.2.8. Температурные воздействия как способ изменения содержания цитокшшнов в растениях
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Объекты исследований и условия проведения опытов
2.2. Экстракционная очистка абсцизовой кислоты
2.3. Экстракция и разделение цитокининов
2.4. Иммуноферментный анализ цитокшшнов и АБК
2.5. Иммуногистохимическое выявление цитокининов па срезах листьев
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Роль цитокининов в регуляции соотношения корень/побегу растений пшеницы при изменении температуры
3.3. Влияние тотального и локального теплового шока на соотношение массы побега и корня у Н31РТ-трансгенных и нетрансформированных растений табака
3.4. Влияние вторично активного транспорта на содержание цитокининов в побегах и корнях растений пшеницы в норме и после действия теплового шока
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Более полувека назад гормоны растений цитокинины были идентифицированы с помощью культуры тканей in vitro как соединения, необходимые для поддержания деления клеток. Вскоре после открытия этих гормонов, О.Н. Кунаевой (1962) были опубликованы первые свидетельства способности корней синтезировать цитокинины и описана задержка под их влиянием старения листьев. С тех пор цитокинины остаются объектом пристального внимания исследователей, но, несмотря на успехи в области их изучения, сведения о некоторых их свойствах противоречивы или недостаточны. Таким свойством цитокининов можно считать их влияние на рост корней. В опытах с обработкой растений синтетическими цитокининами эти гормоны, в основном, подавляли рост корней (Laplaze et al., 2007; Lee et al., 2007), а у трансгенных растений с искусственно пониженным уровнем цитокининов было зарегистрировано снижение роста побега и стимуляция роста корней по сравнению с исходными нетрансформированными растениями (Werner et al., 2010). В результате было сформулировано предположение о том, что цитокинины стимулируют рост побега, но ингибируют рост корней, что стало своего рода аксиомой. Вместе с тем, представлению о том, что цитокинины ингибируют рост корней, противоречат сведения о слабом развитии корневой системы у мутантных растений с нарушениями рецепции цитокининов (Higuchi et al., 2004; Nishimura et al., 2004). Эти сведения указывают на необходимость цитокининового сигналинга для обеспечения нормального роста корней.
Неоднозначность действия цитокининов может быть связана с тем, что на уровне целого растения их влияние на рост корней может быть не прямым, а обусловленным влиянием этих гормонов на функции побега. Это предположение было сформулировано в статье Beck еще в 1996 г. (Beck, 1996), но до сих пор не нашло экспериментального подтверждения.

Для проверки этой гипотезы мы изучили воздействие температуры на рост и содержание цитокининов у растений пшеницы и табака. Выбор этого фактора связан с тем, что повышение температуры влияет на приток цитокининов из корней. Так, было показано изменение доставки цитокининов из корней пшеницы при этом воздействии (Веселова и др., 2006). Использование в качестве объекта исследований /рМрансгенных растений табака, у которых накопление цитокининов индуцировалось тепловым шоком, позволяет искусственно изменять уровень цитокининов локально и в целом растении (Теплова и др., 2001; Vysotskaya et al., 2010), что делает возможным уточнение представлений о регуляции роста побегов и корней растений под влиянием цитокининов.
Ранее в лаборатории Уфимского института биологии РАН совместно с БашГУ и СПбГУ было показано, что ингибирование вторично активного (поддерживаемого градиентом водорода)
трансмембранного переноса с помощью протонофора карбонил-цианид-м-хлор-фенилгидразона (КЦХФ) одновременно снижает накопление цитокининов в клетках корней и повышает их отток в побег растений пшеницы (Коробова и др., 2013; Kudoyarova et al., 2014). Важно было проверить предположения о том, что снижение оттока цитокининов из корней при тепловом шоке связано с активацией их поглощения из апопласта клетками корней.
Цель данной работы состояла в проверке гипотезы о влиянии цитокининов на рост корней путем регуляции функций побега. Достижение данной цели было связано с решением следующих задач:
1. Анализ содержания цитокининов и массы побегов и
корней растений пшеницы, выращенных при разных температурах.
2. Оценка влияния локальной индукции ipt-гена в корнях
трансгенных растений табака на транспирацию и уровень цитокининов в клетках листьев.

Acharya and Assmann 2009). Это было первоначально показано в экспериментах с синтетическими цитокининами и АБК (Kuroishi et al 1981, Blackman, Davies 1983), а затем была выявлена связь устьичной проводимости с соотношением эндогенных цитокининов и АБК при изменении условий обитания (Shashidhar et al. 1996, Vysotskaya et al. 2004, Arkhipova et al. 2007). Так охлаждение зоны корней одновременно снижало уровень цитокининов в листьях растений пшеницы и их транспирацию (Veselova et al., 2005), а при повышении температуры воздуха возрастание уровня цитокининов в листьях происходило параллельно с ростом транспирации (Веселова и др., 2006). Все эти результаты указывают на способность цитокининов поддерживать устьица в открытом состоянии. В отличие от АБК, механизм влияния которой на активность ионных каналов устьичных клеток досконально изучен (Sirichandra et al. 2009), влияние цитокининов на устьица не до конца понятно, хотя предложено много объяснений, которые, например, связывают открытие устьиц под влиянием этих гормонов с активацией синтеза этилена (который действует антагонистично по отношению к АБК (Tanaka et al., 2006; Wilkinson, Davies, 2009; Шарипова и др., 2012)). Также объясняют влияние цитокининов их действием на продукцию оксида азота (один из посредников в регуляции устьичной проводимости (Xiao-Ping, Xi-Gui, 2006; Liu et al. 2013), хотя данные о характере влияния цитокининов на продукцию NO неоднозначны (Tun et al. 2006). Опираясь на данные, указывающие на способность цитокининов влиять на поглощение калия корнями, было сформулировано предположение о том, что эти гормоны могут таким же образом повышать осмотическое давление устьичных клеток, поддерживая их в открытом состоянии (Shabala et al. 2009).
Было высказано предположение, что влияние цитокининов на экспрессию SNF-подобных киназ (SnRK3) (Chikano et al. 2001) может регулировать поглощение калия устьичными клетками (Tominaga et al.