Руководитель: Синькевич Максим Сергеевич, Московская сельскохозяйственная академия имени К.А.Тимирязева, лаборатория морозостойкости растений
Координатор от СУНЦ МГУ: О.В.Колясников
Холод является одним из основных факторов окружающей среды, ограничивающим ареалы обитания растений и отрицательно влияющих на продуктивность хозяйственно ценных культур. В ходе эволюции растения выработали эффективные физиолого-биохимические способы ответа на губительное влияние низкотемпературного стресса. Стрессовый сигнал воспринимается клеточными рецепторами и передается по цепи мессенджеров, приводя в конечном итоге к активации генов стрессового ответа. Продукты этих генов приводят к немедленному ответу на стресс либо к адаптации растения. Немедленный ответ может привести и к ингибированию роста или клеточной смерти (Mahajan and Tuteja, 2005), адаптация (или акклиматизация) же является основой устойчивости.
В 1985 году на шпинате впервые было показано, что под действием холода происходит изменение экспрессии некоторых генов (Guy et all., 1985). Затем было установлено, что в ответ на пониженные температуры происходит ряд процессов, известных как холодовая адаптация, или акклиматизация (Guy and Haskell, 1988). Как в течение года, так и в течение суток растения умеренных регионов подвергаются воздействию колебаний температур. В теплое время года их способность противостоять холоду невысока, однако с приходом осени устойчивость к холоду многих растений повышается. Пониженные температуры включают каскады генов, приводящих к накоплению метаболитов и структурных белков, позволяющих избежать повреждений клеток (Трунова, 2007).
Очевидно, что на холодостойкость влияет далеко не один каскад реакций, но их взаимосвязь друг с другом до сих пор не исследована на должном уровне. Широко известный физиологам растений гормон – этилен – отвечает за многие процессы, но его связь со стрессовыми реакциями, наступающими при охлаждении, практически не изучалась. В этой связи представляет интерес изучить закаливание растений, отличающихся по реакции на этилен. В качестве объекта были выбраны растения арабидопсиса (Arabidopsis thaliana Heinh (L.)) экотипа Columbia (Col-0) и его мутанты по рецептору этилена (etr 1-1) и элементу сигнального каскада (ein 2-1). Растения арабидопсиса являются подходящим объектом для изучения закаливания в связи с тем, что ареал данного вида очень широк и включает в себя территории от тропических до арктических, что демонстрирует широкую способность данного вида к температурной адаптации. Дополнительным полезным фактором является то, что геном арабидопсиса известен и позволит проводить дальнейшие исследования при обнаружении генов-кандидатов на изучение молекулярно-биологическими методами. В работе (Shi et al., 2012) указывается, что данные мутанты закаливаются лучше, чем неизмененный экотип (дикий тип), что предполагает негативную регуляцию адаптации этиленом.
Цель нашего исследования состоит в следующем: сравнить изоферментные спектры антиоксидантных ферментов у Арабидопсиса при холодовом закаливании мутантов etr 1-1 и ein 2-1, выяснить активность рассмотренных изоформ и проверить предполагаемую негативную связь с этиленовой регуляцией.
Задачи:
- Получить данные о выживаемости изучаемых мутантов и дикого типа после воздействия повреждающей температуры
- Оценить интенсивность окислительных процессов в ходе закаливания (ПОЛ)
- Определить скорость генерации супероксидного аниона у мутантов и дикого типа
- Определение изоферментного состава и активности СОД
- Определение изоферментного состава и активности каталазы
В данной работе мы попытались ответить подтвердить негативную этиленовую регуляцию через способность мутантов по генам этиленового каскада и сигнального элемента двух каскадов закаливаться. Также мы провели анализ активности каталазы и СОД в мутантах etr 1-1 и ein 2-1 и связали его с этиленовой регуляцией и закаливанием. Также мы выяснили, как зависит уровень генерации супероксид-радикала от количества суток закаливания. Важным результатом мы считаем выявление связи нескольких каскадов (этиленового и NO) при изучении активности каталазы в мутанте ein 2-1. Проведенные опыты дают нам шанс считать, что мы немного продвинулись в изучении связи холодостойкости и этиленовой гормональной регуляции в растениях.