Биохимические признаки стабильности мРНК в связи с регуляцией синтеза белка в клетках злаков с их устойчивостью к стрессам с целью создания новых методов селекции

• Автор: Плотников, Владимир Константинович
• Шифр специальности: 06.01.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 42 с. : ил.; 20х14 см

Одновременно накапливались факты, свидетельствующие о том, что большое значение в регуляции синтеза этих белков играет посттранскрипци-онный уровень. Но оставались не ясными конкретные механизмы посттранс-кригщионной регуляции (Shmidt, 1993).
Значение исследований этих механизмов выходит за рамки регуляции синтеза только запасных белков, так как многие молекулярные процессы, связанные с формированием хозяйственно-ценных признаков растений, таких как стрессоустойчивость и фотопериодизм, регулируются на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях.
1.2. Цель и задачи исследования. Основной целью исследования было изучение роли дифференциальной стабильности мРНК в посттранскрипцион-ной регуляции синтеза белка у растений и создание на основе этого новых методов, повышающих эффективность селекционного процесса. В задачи исследования входило изучить:
- закономерности формирования белкового комплекса созревающего зерна кукурузы при разных уровнях активности РНКаз в тканях и в условиях блокады транскрипции актиномицином Д.
- трансляционную активность полирибосом in vitro созревающего зерна кукурузы, проростков пшеницы и ячменя в оптимальных и стрессовых условиях роста растений.
- стабильность мРНК зеинов 19 кД и 22 кД при блокаде транскрипции генома созревающего зерна кукурузы актиномицином Д (in vivo) и в бескле-точной системе синтеза белка.
- влияние мутации гена opaque-2 на стабильность мРНК созревающего зерна кукурузы.
- влияние условий окружающей среды на стабильность мРНК проростков пшеницы и ячменя.
- создать на основе экспериментальных и литературных данных гипотетическую модель молекулярного механизма действия мутации гена opaque-2 по изменению белкового и аминокислотного состава зерна кукурузы. Экспериментально показать сходство молекулярных механизмов формирования высоколизинового и адаптационного синдромов в растительной клетке.
- создать новый охраноспособный метод оценки исходного материала пшеницы и ячменя по ряду генетико-физиологических признаков на основании сортоспецифических особенностей функционирования компонентов бе-локсинтезирующего аппарата растений.
1.3. Научная новизна работы. Роспатент выдал патент на изобретение [38]:"Способ диагностики физиологического состояния зерновых культур". В основе способа лежат оригинальные исследования реакции компонентов бе-

Вместе с тем, роль суммарной активности РНКаз в клетке остается не ясной, так как она складывается из активности РНКаз, участвующих в разных сторонах метаболизма РБК (процессинг, распад) и РНКаз, депонированных в вакуолях клетки. Возможно, изменение суммарной активности РНКаз в клетках растений под влиянием эндогенных и экзогенных факторов лишь коррелятивно связано с изменением активности РНКаз, ответственных за распад
Анализ многочисленных литературных данных показывает, что "высоколизиновый" синдром в клетках растений биохимически весьма схож с '’адаптационным" синдромом - неспецифической реакцией на различные виды стресса. Главные черты обоих синдромов; 1) снижение синтеза запасных белков, 2) увеличение синтеза ряда других белков и мРНК (в первую очередь РНКаз, каталаз, ингибиторов трипсина, фактора элонгации eEF-la и др.), 3) снижение содержания крахмала и, следовательно, урожая (Habben е.а.,1993; МогеШ е.а.,1994).
В наших исследованиях первые два положения подтверждались тем, что отношение количества мРНК зеинов к сумме мРНК незеиновых белков для зерна обычной кукурузы было равно 15, а для о2-кукурузы или для зерна обычной кукурузы в стрессовых условиях это соотношение снижалось до 6.
Меньшее накопление крахмала в зерне Ог-кукурузы связано с нарушениями в ферментативной системе его синтеза (Joshi, 1980). Между синтезом запасных белков и синтезом крахмала имеется тесная взаимосвязь: максимум синтеза крахмала возможен лишь при максимуме синтеза запасных белков и наоборот (Giroux е.а., 1994).
мРНК
Повышенная активность РНК-азы
нарушение превращения
перераспределение бел- ковых функций
лизина в другие аминокислоты
нарушения в синтезе и накоплении коахмала
увеличение содержания лизина
ухудшение физических свойств эндосперма, снижение урожая
Рис.7. Гипотетическая причинно-следственная связь, обуславливающая высоколизиновый синдром в эндосперме кукурузы opаque