Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений

• Автор: Миронова, Виктория Владимировна
• Шифр специальности: 03.01.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности строения и развития корня растений

1.1.1. Строение апикальной меристемы корня

1.1.2. Эмбриональное развитие корня

1.1.3. Формирование боковых и придаточных корней

1.2. Экспериментальные данные о регуляции развития корневой системы

растений

1.2.1. Механизмы функционирования меристемы корня

1.2.1.1. Механизмы поддержания пула стволовых клеток в корневой

меристеме
1.2.1.2. Гормональная регуляция делений клеток в корневой
меристеме
1.2.1.3. Генетическая регуляция закладки боковых корней
1.2.2. Молекулярные механизмы действия ауксина
1.2.2.1. Пространственное распределение ауксина в корне
1.2.2.2. Диффузия и активный транспорт ауксина в ткани
1.2.2.2.1. PIN белки оттока ауксина
1.2.2.2.2. AUX1 белок притока ауксина
1.2.2.2.3. PGP транспортеры
1.2.2.3. Регуляция биосинтеза и деградации ауксина
1.2.2.4. Клеточный ответ на ауксин
1.2.2.5. Регуляция ауксином собственного транспорта
1.2.2.6. Взаимодействие ауксина с другими гормонами
1.3. Представление данных о генетике развития растений в базах данных
1.3.1. Банки данных по геномике растений
1.3.2. Онтология развития растений
1.3.3. Базы данных по экспрессии генов растений
1.3.3.1. БД по полно-геномным исследованиям экспрессии генов
растений
1.3.3.2. БД по экспрессии генов в коллекциях трансгенных линий с
репортерными конструкциями
1.3.3.3. БД интегрирующие информацию из опубликованных статей
1.3.4. БД по фенотипическим аномалиям растений
1.3.4.1. БД описывающие фенотипы линий из генетических коллекций
1.3.4.2. БД аннотирующие описание фенотипов мутантных и трансгенных растений по данным из опубликованных статей
1.3.5. Заключение по обзору баз данных по растениям
1.4. Математическое моделирование развития растений
1.4.1. Модели внутриклеточных процессов
1.4.2. Модели морфогенеза
1.4.2.1. Модели распределения морфогенов
1.4.2.2. Моделирование роста и деления клеток
1.4.3. Математические модели распределения ауксина в корне
1.4.4. Заключение по обзору математических моделей
1.5. Заключение по обзору литературы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. База данных по генетическому развитию корней растений РОИБ-гоЩ
2.1. Структура и программные составляющие РвЫБ-гоо!
2.1.1. Особенности реализации программного обеспечения Р ОН Б-го о!
2.2. Функциональные возможности РОКБ-шЫ
2.2.1. Аннотация экспрессии генов разных видов растений
2.2.2. Аннотация информации о генах, их аллелях и трансгенных конструкциях
2.2.3. Аннотация данных об изменении экспрессии генов или фенотипов растений после обработки активными веществами и факторами
2.2.4. Онтология развития корневых систем растений
2.3. Возможности анализа данных РОИБ-гоо!
2.3.1. Автоматические запросы о паттернах экспрессии генов
2.3.2. Автоматические запросы о фенотипических аномалиях корневой системы
2.4. Содержание базы данных РвЫБ-гоо!
2.5. Заключение по базе данных РОЫБ-гоо!
ГЛАВА 3. Компьютерный анализ данных РОИБ-гоо!
3.1. Распределение ауксина в корневой системе в норме

3.2. Изменения распределения ауксина при обработке активными веществами и факторами
3.3. Механизмы биосинтеза ауксина в корне
3.4. Механизмы транспорта ауксина
3.5. Действие ауксина на экспрессию его основных транспортеров
3.6. Морфогенетическая гипотеза самоорганизации распределения ауксина в АМК
ГЛАВА 4. Математическое моделирование распределения ауксина в корне растений
4.1. Минимальная модель распределения ауксина в корне
4.1.1. Описание минимальной модели распределения ауксина в
клеточном ансамбле
4.1.2. Оценка параметров и расчет минимальной модели распределения ауксина
4.2. Полная модель распределения ауксина в корне
4.2.1. Механизмы регуляция деления клеток в полной модели
4.2.1.1. Формирование распределения Y в полной модели
4.2.1.2. Описание клеточного цикла в модели
4.2.2. Устойчивость распределения ауксина к увеличению длины
корня
4.2.3. Моделирование регуляции структуры меристемы корня ауксином
4.2.3.1. Гипотеза о механизме регуляции деления клеток в меристеме корня гормонами ауксином, цитокинином и этиленом
4.3. Моделирование распределения ауксина при различных внешних условиях
4.3.1. Появление дополнительных максимумов концентраций ауксина в ответ на повышение потока ауксина из побега
4.3.2. Действие ингибиторов активного транспорта ауксина на градиент ауксина в корне
4.3.3. Регенерация центра покоя после отсечения кончика корня
4.3.4. Обработка корня экзогенным ауксином
4.3.5. Транспорт ауксина в разных видах растений
4.4. Заключение по моделям транспорта ауксина
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

развитию боковому корню. Данные о гормональной регуляции развития боковых корней обобщены в таблице Таблица 2.
1.2.2. Молекулярные механизмы действия ауксина
Гормон ауксин является уникальным веществом, участвующим в
регуляции различных биологических процессов растений. В зависимости от концентрации ауксина в клетке, она может: 1) делиться или удлиняться; 2) дифференцироваться или поддерживать стволовое состояние. Ауксин в корне имеет множество функций: обеспечивает формирование АМК в
эмбриогенезе; регулирует периодичность и место закладки боковых корней; обеспечивает поддержание структуры ниши стволовых клеток в АМК; регулирует гравитропизм растения, активирует удлинение корневых волосков. В зависимости от концентрации, ауксин по-разному действует на скорость деления и удлинения клеток: кривая дозовой зависимости имеет форму колокола, типичной для множества других клеточных ответов на ауксин (Campanoni and Nick, 2005). При низких концентрациях ауксин обеспечивает удлинение клетки вдоль градиента его перемещения (Gray et al., 1998). Таким образом, ауксин регулирует рост корня в длину за счет деления и удлинения клеток в кончике корня.
Описано множество веществ, обладающих ауксиноподобным действием. Основным ауксином растительных организмов является ИУК (индолилуксусная кислота, IAA) (обзор Цыганкова и др., 2005). Другими естественными ауксинами являются индолилбутуровая кислота (IBA), фенилуксусная кислота (РАА), индол-3-масляная кислота (ЗСА) и 4-C1-IAA. Предшественники ИУК, такие как индол-3-ацетонитрил и индол-3-пировиноградная кислота, также имеют ауксиноподобный эффект на развитие ткани, предположительно они превращающиеся в ИУК в ткани.
Описано два главных типа искусственных аналогов ауксина: модификации 1-нафталилуксусной кислоты (НУК) и 2,4-Д-подобные вещества. 2,4-D, известный гербицид, который селективно действует на