Изучение мутантов Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. с изменением пролиферативной активности апикальной меристемы побега

• Автор: Альберт, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 03.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Стволовые клетки растений - типы и особенности

1.2. Генетическая регуляция возникновения и онтогенетических изменений... 13 апикальной меристемы побега.

1.2.1. Закладка и развитие АМП в эмбриогенезе

1.2.2. Поддержание гомеостаза АМП в постэмбриональный

период онтогенеза

1.2.2.1. Система М'ПБ-СЬУ и ее дополнительные регуляторы

1.2.2.2. Регуляция АМП генами, обеспечивающими биосинтез и ответ на растительные гормоны

1.2.2.3. Эпигенетическая регуляция поддержания активности АМП

1.2.2.4. Участие генов-регуляторов клеточного цикла в поддержании гомеостаза АМП
1.2.2.5. Взаимодействие генов стволовости с генами клеточного цикла
1.3 Онтогенетические изменения АМП в постэбриональном периоде
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Растительный материал
2.2. Методы исследования
ГЛАВ АЗ. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Плейотропный эффект мутации/ая5 и её проявление в онтогенезе
3.1.1 Изменение размеров и морфологии АМП мутанта/аз
3.1.2. Формирование крупных клеток на поверхности АМП/аз
3.1.3. Ускорение выброса цветоноса мутанта/ая
3.1.4. Нарушение развития побега/ая5 в условиях короткого дня
3.1.5. Зависимость степени нарушения числа и типа органов от яруса цветка у мутанта /аз
3.1.6. Развитие очагов эктопической пролиферации на поверхности мутанта /аз
3.2. Анализ взаимодействия гена РАБ5 с генами, контролирующими поддержание постоянства пула стволовых клеток в АМП
3.2.1. Взаимодействие гена РА85 с генами СЬУ1, СЬУ 2, СЬУ
3.2.2. Взаимодействие гена Л4У5 с геном

3.3. Анализ взаимодействия гена FAS5 с генами, контролирующими развитие меристемы цветка
3.3.1. Взаимодействие гена FAS5 с геном LFY
3.3.2. Взаимодействие гена FASS с геном АР
3.3.3. Взаимодействие гена FAS5 с Р
3.4. Генетическое картирование мутации fas
3.5. Общая характеристика и проявление в онтогенезе мутации nana-D
3.5.1. Влияние мутации na-D на пролиферативную активность АМП
3.5.2. Проявление мутации na-D на разном генетическом фоне
3.6 Анализ взаимодействия гена A4 с генами, контролирующими поддержание
постоянства пула стволовых клеток в АМП
3.6.1. Взаимодействие гена ЛИ с генами CLV1, CLV2, CLV
3.6.2. Взаимодействие гена ЛИ с геном FAS5/TOP
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Функция гена FAS5 в контроле развития растений
4.1.1 Ген FAS5 контролирует размер и структуру АМП, взаимодействуя с
геном WUS
4.1.2. Ген FAS5 участвует в поддержании недетерминированности клеток АМП
4.1.3. Ген FAS5 участвует в контроле восприятия фотопериодического Сигнала
4.1.4. Ген FAS5 участвует в контроле перехода на репродуктивную стадию, взаимодействуя с геном LFY
4.1.5. Ген FAS5 участвует в контроле развития цветка
4.1.6. Плейотропный эффект мутации fas 5 - результат мутации в гене топоизомеразы
4.2. Функция гена NA в контроле развития растений
4.2.1. Роль гена NA в контроле пролиферативной активности АМП
4.3. Анализ взаимодействия генов NA и ТОР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Основной особенностью онтогенеза растений является развитие органов и тканей на протяжении всего постэмбрионального периода. Это требует наличия длительно функционирующего пула стволовых клеток, который у высших растений локализуется в апикальной меристеме побега и корня. Апикальная меристема побега (АМП) является источником всех органов и тканей надземной части растения и обеспечивает её нормальное развитие.
Функционирование АМП, и развитие надземной части растения, находится под контролем сложных генетических механизмов. В их число входят гены, регулирующие инициацию и поддержание постоянства пула стволовых клеток. Главную роль в данных процессах играет ген WUS, формирующий регуляторную петлю отрицательной обратной связи с геном CLV3 (Haecker et al., 2004; Fletcher et al., 1999), что обеспечивает стабильную систему регуляции объёма пула стволовых клеток. Помимо гена CLV3 экспрессия WTJS находится под контролем дополнительных генов-регуляторов различной природы: транскрипционных
регуляторов, хроматиновых регуляторов, а также регуляторных генов, чей точный механизм действия не установлен. Функция большинства дополнительных регуляторов WUS заключается в пространственном ограничении домена его экспрессии, что обеспечивает формирование чётких границ АМП и объёма пула стволовых клеток (Williams and Fletcher, 2005).
Важнейшую регуляторную роль в процессах инициации и подержания пула стволовых клеток АМП играют растительные гормоны - ауксин и цитокинин. (Zhao et al., 2010). Формирование локальных максимумов и минимумов цитокинина и ауксина определяет область экспрессии генов WUS и CLV3 и соответственно место будущей закладки АМП. Таким образом, на формирование и гомеостаз АМП оказывают влияние гены, обеспечивающие и регулирующие синтез фитогормонов, а также гены регуляции полярного транспорта растительных гормонов.
Помимо внутренних регуляторных механизмов, на гомеостаз АМП оказывают влияние и факторы внешней среды. Одним из важнейших внешних факторов, влияющих на активность стволовых клеток АМП, является фотопериодический сигнал (Yoshida et al., 2011).

- 9 (Kuroha et al., 2009). Их суперэкспрессия в трансгенных линиях A. thaliana приводила к повышенной пролиферативной активности СК.
Суперэкспрессия в растениях A. thaliana генов KNOX I семейства активирует уровень экспрессии гена ISOPENTENYLTRANSFERASE 7 (IPT7), что ведет к увеличению содержания цитокинина и активации семейства генов A ARR (в частности ARE 15 и ARR7), а также к активации катаболизма гиббереллина -главного антагониста цитокинина (Yanai et al., 2005). Ген STM является одним из основных генов, поддерживающих нормальное функционирование и развитие АМП на ранних стадиях развития, индуцируя синтез цитокинина. Это подтверждается тем, фенотип мутантов stm, характеризующихся преждевременной дифференцировкой клеток АМП, может быть восстановлен суперэкспрессией гена AÜPT7 или обработкой мутантов экзогенным цитокинином. В свою очередь, экзогенный цитокинин вызывает быстрое увеличение концентрации мРНК STM (и других KNOX генов) что говорит о наличии системы положительной обратной связи между цитокинином и KNOX генами (Wolters et al., 2009).
Недавние исследования выявили наличие системы отрицательной обратной связи между WUS и A ARR генами, действующей через CLV3 (рис. 10). Показано, что ключевые гены A ARR семейства ARR7 и ARR15 необходимы для обеспечения нормального уровня экспрессии гена CLV3 (Zhao et al., 2010), который как говорилось выше, является основным супрессором WUS. Ранее было известно, что обработка растений большими дозами ЦК способна приводить к формированию фенотипа civ с характерным усилением экспрессии WUS и снижением экспрессии CLV1 (.Lindsay et al., 2006; Gordon et al., 2009), что свидетельствует о наличии репрессии CLV1 со стороны цитокинина и индукции, таким образом, активности WUS. По видимому, существует и CLV-независимый путь.
Также показано участие гена A. thaliana STJMPY/WOX9 (STIP), кодирующего WUS-подобный гомеобокс-содержащий белок, в цитокининовом пути регуляции AM побега. Суперэкспрессия STIP в растениях тройных мутантов ahk2-2 ahk.3-3 crel-12 (содержат мутации в генах цитокининовых рецепторов), характеризующихся почти полным отсутствием АМП (Higuchi et al., 2004; Nishimura et al., 2004), вызывала образование AM и индуцировала продолжительный рост побега (Skylar et al., 2010). В ответ на суперэкспрессию