Внеядерные хлорофильные мутации высших растений, индуцированные N-нитрозо-N-метилмочевиной, и особенности их наследования

• Автор: Усатов, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 03.00.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 229 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности наследования генетических детерминант пластид и митохондрий у высших растений

1.2. Генетическая система пластид

1.3. Пластомные мутанты как генетические модели

1.4. Структурнофункциональная организация митохондриального генома растений

1.5. Митохондриальные мутации у высших растений

1.6. Реверсии цитоплазматических мутаций у растений

1.7. Индукция пластидных мутаций химическими мутагенами

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований

2.2. Обработка семян подсолнечника и горчицы растворами НММ
2.3. Полевые исследования
2.4. Вегетационные опыты
2.5. Выделение ДНК из хлоропластов и митохондрий
2.5.1. Выделение хлоропластов из свежего растительного материала
2.5.2. Выделение митохондрий из свежего растительного материала
2.5.3. Выделение и очистка хлоропластной и митохондриальной ДНК
2.6. Обработка ДНК ферментами рестрикции и фракционирование ДНК методом электрофореза в агарозном геле
2.7. Электронномикроскопические методы
2.7.1. Исследование ультраструктуры пластид
2.7.2. Приготовление пленкиподложки
2.7.3. Исследование хлоропластной ДНК
2.8. Исследование фотосинтетического аппарата хлорофильных мутантов
2.8.1. Выращивание растений
2.8.2. Определение содержания пигментов
2.8.3. Регистрация спектров флуоресценции СФ и поглощения i viv
2.8.4. Определение характеристик флуоресценции хлорофилла в интактных листьях
2.8.5. Определение содержания реакционных центров ФС I Р0 втилакоидных мембранах хлоропластов
2.9. Аналитическое ультрацентрифугирование и рибосом
2 Определение удельной активности РБФК
2 Определение содержания редуцирующих сахаров
2 Определение удельной активности Ргликозидаз
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Индукция хлорофильных мутаций у подсолнечника и горчицы с помощью НММ
3.1.1. Зависимость индуцированного НММ мутагенеза пластид от времени прорастания ссмяи подсолнечника в момент обработки мутагеном
3.1.2. Фенотип растений М и ультраструктура пластид после воздействия НММ
3.1.3. Анализ пластидной природы внеядериых хлорофильных мутаций, индуцированных НММ
3.1.3.1. Пестролистные формы
3.1.3.2. Мутанты сЫоппа
3.1.4. Специфичность мутагенного действия НММ на пластом подсолнечника
3.1.5. Мутагенез у горчицы, индуцированный НММ
3.2. Реверсии пластидных хлорофильных мутаций у подсолнечника
3.2.1. Особенности рсвертирования пластомных мутантов етсМоппа
3.2.2. Типы реверсий пластидных хлорофильных мутаций
3.3. Структурнофункциональные особенности мутантных пластид подсолнечника
3.3.1. Формирование фотосинтетичсского аппарата в мутантных пластидах пестролистной формы гаг
3.3.2. Структура фотосинтетичсского аппарата у растений мутантной линии епсЫоппа5
3.3.3. Содержание Б рибосом и активность РБФК в мутантной ткани пестролистных растений
3.3.4. Содержание редуцирующих сахаров и активность 3гликозидаз в пластидных хлорофильных мутантах
3.3.5. Моделирование эритромицином хлорофильных дефектов у подсолнечника
3.4. Солеустойчивые формы подсолнечника и горчицы, полученные с помощью НММ
3.4.1. Получение солеустойчивых форм подсолнечника, с помощью НММ
3.4.2. Солсустойчивые формы горчицы, индуцированные НММ
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выводы
Список литерату


Всего в этой группе насчитывается около генов. Вторая группа объединяет около гак называемых фотосинтетических генов кодирующих тилакоидные белки фотосистемы I и II, субъединицы цитохрома ЬТ и АТФазного комплексов, ген большой субъединицы рибулезобифосфаткарбоксилазы i . Рис. Сравнение размера пластомов высших растений, у которых установлена полная нуклеотидная последовательность i . В хлоронластах также найдены гены, аналогичные по нуклеотидной последовательности генам МЛОНдегидрогеназы митохондрий. В последнее время их иногда выделяют в самостоятельную зрстыо группу , , . Кроме того, обнаружены достаточно большое количество открытых рамок считывания , чья функция пока не установлена. Со временем они, возможно, будут отнесены к тому или иному классу генов. Несмотря на то, что пластндный геном гораздо более кондсисированн, чем ядерные геномы клеток эукариот . Так, в пластомс табака выявлено генов, несущих интроны, из них 6 гены тРНК, белоккодирущие гены, причем в двух из них и i 3 содержится по 2 интрона в каждом. Таким образом, в пластоме табака содержится нитронов и их длина колеблется от 3 до п. Совершенно неожиданно было обнаружено, что в интроне одного гена могут заключаться кодирующие последовательности другого гена. Впервые белоккодирующий ген 9 кодонов был описан внутри самого протяженного интрона п. Оказалось, что этот шпронный ген весьма консервативен и содержится во многих высших растениях. Более того, подобные интронкодирусмыс ферменты матуразы были описаны в митохондриях грибов. Предполагают, что они участвуют в сплайсинге своих и некоторых других органельных генов V . Таким образом, наличие интроиов весьма характерная черта, отличающая геном хлоропластов от генома прокариот. Содержание нитронов варьирует в различных видах, свидетельствуя о том, что их утрата и приобретение процесс напрямую не связанный с эволюцией видов . Отличительной особенностью контроля экспрессии хлоропластпых генов от генов прокариот и ядерных генов эукариот, является влияние факторов внешней среды и развития органелл, действующих на этапах транскрипции, постгранскрниции, трансляции и посттрансляции i, i, . РЕР и двумя ядернокодируемыми РК полимеразами . Последние, подобны РНК полимеразам бактериофагов , , . Общая скорость транскрипции хлоропластных генов может изменяться в довольно широких пределах. Она определяется, в основном, силон промотора. Например, транскрипционный анализ, проведенный на изолированных хлоропластах ячменя, показал, что скорость транскрипции различных генов может различаться более чем в 0 раз i, , . Как правило, хлоропластныс гены наземных растений организованы за небольшим исключением в полицистронные кластеры наподобие оперонов и котра не криб иру ются как полицистронные пре мРНК, которые затем интенсивно процессируются в различные виды коротких РНК молекул. Из белоккодирующих генов и 9 огГ пластома табака лишь пять транскрибируются моноцистронно i, i, . Интересно, что в отличие от высших растений у водоросли почти все пластогены транскрибируются моноцистронно ix, . В результате транскрипции в органелле создается определенный неизменный уровень РЖ. Он регулируется в основном двумя факторами транскрипционной активностью индивидуальных генов и стабильностью их транскриптов. Скорость транскрипции генов хлоропластов и состав так называемого РНК пула не совпадают. Это свидетельствует о том, что поспранскрипционный РНК процессинг первичных траискриптов важная ступень в контроле экспрессии хлоропластных генов i, i, . Составной частью РНК процессинга является РНК редактирование ii РНК эдитинг. Считываемая с ДНК премРНК подвергается изменениям последовательности, ведущим к модификации ДНК кодируемой информации. Впервые РНК эдитинг в хлоропластах был обнаружен при анализе рибосомного гена гр у кукурузы . Даниленко, . В целом, эдитинг является ранним процессом созревания мРНК в пластидах, не зависящим от сплайсинга и превращения полицистронных матриц в моноцистронные , по в ряде случаев может зависеть от каких либо продуктов трансляции хлоропластных генов.