Вплив теплового та холодового стресів на білки проростків

Zea mays L.

РАСЕВИЧ І.В.

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, відділ фізіології рослин вул. Терещенківська, 2, м. Київ, 01601, Україна

e-mail: golovyanko@ukr.net

Клітини усіх організмів, у тому числі і рослин, відповідають на дію температури, що перевищує нормальну температуру їх існування на 5-10оС, синтезом специфічних білків, які отримали назву білків теплового шоку (БТШ) (Vierling, 1991; Basha, 2004). Їх поява відбувається на фоні послаблення синтезу білків, характерних для клітин за нормальних умов. Синтез БТШ є складовою загального адаптаційного синдрому, який формується в процесі пристосування рослин до негативних впливів (Косаківська, 2003). За сучасною класифікацією БТШ поділяють на 5 основних класів:

БТШ 100 (мол.м. 104-110 кДа), БТШ 90 (мол.м. 84-94 кДа), БТШ 70 (мол.м. 6575 кДа), БТШ 60 (мол.м. 53-65 кДа) та низькомолекулярні БТШ (нмБТШ) (мол.м. 1542 кДа) (Vierling, 1997). Як відомо, особливістю рослинної клітини є синтез нмБТШ у відповідь на дію стресора, в той час як за нормальних умов у вегетативних тканинах більшість нмБТШ не виявлено (Howarth, 1991).

Оскільки білки відіграють ключову роль в ініціації ростової активності зародка, вивчення відповіді білкової системи на тепловий та холодовий стреси на ранніх етапах проростання насіння має особливе значення.

Об’єктом дослідження були 72-годинні проростки Zea mays L. Для виділення білка використовували різні органи, які зазнавали дії короткочасного теплового (+40оС, 2 год) та холодового (+2оС, 2 год) температурних стресів. Білок екстрагували у 60 mM Tris-HCl (pH 8,0), 60 mM dithiothreitol, 2,0 %[w/v] SDS, 15 % [w/v] Suc, 5 mM PMSF (Wehmeyer, Vierling, 2000).

Встановлені специфічні ознаки для показників вмісту білка у різних органах 72-годинних проростків. Так, у листках проростків Z. mays відмічено найбільший рівень білка, тоді як у коренях рослин – найменший. За умов як теплового, так і холодового стресів вміст білка в усіх органах аналізованих рослин зменшувався, що вірогідно зумовлено посиленням розщеплення їх протеазами та пригніченням синтезу конститутивних білків. Білки розділяли за допомогою денатуруючого електрофорезу в 10-13 % ПААГ за методом Leammli (Leammli, 1970) з деякими модифікаціями. Електрофоретичний аналіз білкових спектрів виявив відмінності на рівні окремих органів при дії короткочасних стресів. В усіх органах як в контролі, так і за умов дії стресу, відмічена наявність поліпептидів всіх 5 класів БТШ. Встановлено, що температурні стреси практично не впливали на спектральний склад розчинних білків, хоча холодовий стрес в більшій мірі пригнічував синтез білка. Одним з ймовірних пояснень цього може бути наявність у насінні великої кількісті конститутивних стресових (LEA) білків, які синтезуються та упаковуються у відповідь на зневоднення впродовж пророс-

тання (Dure et al, 1989).

Таким чином, проведені дослідження продемонстрували, що 72-годинні проростки Z. mays за умов температурних стресів практично не змінювали спектральний склад розчинних білків. У попередніх дослідженнях (Косаківська, Голов’янко, 2006)

нами було досліджено білковий спектр проростків Phaseolis vulgaris L. за аналогічних умов, який виявив певні зміни на рівні органів та в залежності від стресу. Порівнюючи отриманні результати, можна стверджувати, що реакція на температурні стреси у одно- (кукурудза) та дводольних (квасоля) рослин має певні специфічні особливості. Однодольні рослини з С-4 шляхом фотосинтезу (кукурудза) характеризуються наявністю у проростках конститутивних стресових білків, які обумовлюють стабільність білкових спектрів. Дводольні з С-3 шляхом фотосинтезу рослини (квасоля) характеризуються переважним вмістом стрес-індуцибельних поліпептидів, які формують молекулярну складову адаптивної реакції на дію стресу.

Життєвий цикл Polygonatum multiflorum L.

на Прилуквинській височині (Передкарпаття)

РІЗНИЧУК Н.І.

Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника, Інститут природничих наук вул. Галицька, 201, м. Івано-Франківськ, 77008, Україна

e-mail: 1188788@mail.ru

Polygonatum multiflorum L. (Liliaceae) – багаторічник заввишки 30-80 см. Цвіте у травні-червні. Росте в лісах, по чагарниках – у Карпатах, на Поліссі, в Лісостепу, зрідка – в Степу, в Гірському Криму. Це декоративна, лікарська, харчова рослина. На Передкарпатті життєвий цикл купини багатоквіткової досі не вивчався, тому це стало метою наших досліджень. В даній роботі прийнята періодизація онтогенезу, запропонована Т.А. Работновим з деякими змінами і доповненнями А.А. Уранова і О.В. Смирнової (Работнов, 1975; Уранов, Смирнова, 1969; Уранов, 1975).

Особини купини багатоквіткової на стадії проростків (р) морфологічно відрізняються від наступних вікових груп – це нитковидний пагінець завдовжки близько 1 см із зеленою верхівкою, зв’язаний з насіниною. Ювенільна стадія (j) наступає в той самий вегетаційний період – на початку літа. У ювенільному стані рослини ще не мають добре розвинених надземних та підземних органів. Надземна частина представлена одним листком завдовжки 1,5-5 см. Жилкування таке як у дорослої особини, тільки значно тонше, а у деяких особин є тільки середня жилка. Ширина листка 0,5- 1,5 см. Підземна частина представлена маленькою бульбочкою, від якої відростає від 1 до 5 тоненьких корінців. Пагін – нитковидний. На іматурній (іm) стадії надземна частина представлена 3-7 листочками завдовжки 5-8 см, завширшки 1,5-3 см. Листки більші, ніж на попередній стадії; пагін товстіший. Жилкування так, як у дорослих особин – дуговидне. Середня жилка товстіша. Підземна частина представлена тонким кореневищем, подібним до дорослої особини, тільки менше і тонше, завдовжки 2-4 см з більшою кількістю відростаючих від нього корінців. У віргінільному (v) періоді особина вже доросла, але не цвіте і не плодоносить. Відрізняється від генеративних рослин меншими розмірами, меншою кількістю листків (8-13) завдовжки 7-8 см і завширшки 2,5-3 см. Кореневища товстіші, довші (5-6 см), з великою кількістю корінців. Молоді генеративні особини (g1) від наступної групи відрізняються меншим кореневищем (7-8 см) та меншою кількістю листків (14-16) і квіток (9-22). Середньовікові рослини (g2) з товстим пагоном, заввишки 69-71 см, з кількістю листків 16-20 завдов-

жки 8-12 см та завширшки 3-4 см. Кореневище масивне, товсте, завдовжки 8-14 см. Старі генеративні особини (g3) відзначаються зниженою життєвістю. Кореневище дуже товсте, масивне, велике, проте надземна частина менших розмірів, кількість квіток зменшується. Субсенильний підперіод (ss) характеризується втратою здатності до цвітіння, плодоношення, генеративного розмноження. Рослина подібна до іматурної, тільки з товстим кореневищем. Сенильний період (s) характеризується подальшим зниженням життєдіяльності особин популяції, в них уповільнюються темпи приросту фітомаси підземних і надземних органів, зменшується фотосинтетична поверхня, відмирають окремі особини. Надземна частина гине, а підземна, тобто старе кореневище, може ще деякий час зберігатися і за сприятливих умов давати вегетативне потомство.

ЛІТЕРАТУРА

Работнов Т.А. Изучение ценотических популяций в целях выяснения стратегии жизни видов растений. – М.; Л., 1975а. – 80, вып. 2. – С. 5-17.

УрановА.А., СмирноваО.В. Классификация и основныечертыразвития популяций многолетнихрастений // Бюл. Моск. о-ва испытателей природи. Отд. биол. – 1969. – Вып. 1. – С. 119-134.

Уранов А.А. Возрастной спектр фитоценопопуляции как функция времени и энергетических волновых процессов // Биол. науки. – 1975. – № 2. – С. 7-34.

Утворення ендоплазматичних тілець у Arabidopsis thaliana та їх захисна функція

РОМАНЧУК С.М.

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, відділ клітинної біології та анатомії вул. Терещенківська, 2, м. Київ, 01601, Україна

e-mail: cellbiol@ukr.net; svet-romanchuk@yandex.ru

Гранулярний ендоплазматичний ретикулум (ГЕР) відіграє центральну роль в процесах біосинтезу і транспорту ферментів, конституційних білків, ліпідів та вуглеводів, здійснює взаємодію органел, дає початок вакуолям та мікротілам. Крім того, ГЕР бере участь в утворенні білкових тілець, що містять запасні білки. Ендоплазматичний ретикулум (ЕР) походить від ядерної оболонки та поділяється на два субкомпартменти – агранулярний ЕР та гранулярний ЕР, який містить на своїй поверхні рибосоми. Унікальною функцією ГЕР є утворення так званих ендоплазматичних тілець (ЕРтілець) з ферментом β-глюкозидазою (Matsushima et al., 2003), яка виконує захисну функцію в організмі рослини. Останні притаманні клітинам різних органів рослин Brassicaceae (Bonnett, Newcomb, 1965), зокрема велика кількість цих структур присутня в сім’ядолях, гіпокотелі і коренях проростків Arabidopsis thaliana.

Відомо, що при дії на рослину патогенів та при поїданні рослин комахами, а також в процесі старіння рослини, зневодненні та впливу на неї токсичних речовин (Hayashi et al., 2001) відбувається збільшення кількості ЕР-тілець. Великий інтерес викликає вплив зміненої гравітації на їх структуру та утворення. Тому ми проводимо дослідження топографії та ультраструктури гранулярного ендоплазматичного ретикулуму та ЕР-тілець в різних ростових зонах кореня проростків A. thaliana в умовах повільного горизонтального кліностатування (2 об/хв) за освітлення 12000 лк і 24-25 °С. П′ятидобові проростки вирощували в цукрових скляночках на середовищі з додаван-

ням агару. Апекси головних коренів фіксували за загальноприйнятими методиками. Ультратонкі зрізи завтовшки 50-70 нм отримували на ультрамікротомі RMC-MT XL. Зрізи контрастували цитратом свинцю (за Рейнококдсу) і досліджували в електронному мікроскопі JEM 1200 EX. Попередні дані показують, що при кліностатуванні в порівнянні з контролем достовірно збільшується парціальний об′єм ЕР-тілець на площу клітини. ЕР-тільця здебільшого представлені видовженими структурами та зверху оточені рибосомами, але в залежності від локалізації в різних ростових зонах кореня вони розрізняються за формою та розмірами. Одержані дані обговорюються в світлі сучасних уявлень щодо ролі ЕР-тілець в стрес-реакціях рослинних клітин.

ЛІТЕРАТУРА

Bonnett H.T., Jr., Newcomb E.H. Polyribosomes and cisternal accumulations in root cells of radish // J. Cell Biol. – 1965. – N 27. – Р. 423-432.

Hayashi Y., Yamada K., Shimada T., Matsushima R., Nishizawa N.K., Nishimura M., HaraNishimura I. A proteinase-storing body that prepares for cell death or stresses in the epidermal cells of Arabidopsis // Plant Cell Physiol. – 2001. – N 42. – Р. 894-899.

Matsushima R., Kondo M., Nishimura M., Hara-Nishimura I. A novel ER-derived compartment, the ER body, selectively accumulates β-glucosidase with an ER-retention signal in Arabidopsis // Plant J. – 2003. – N 33.– Р. 493-502.

Регуляция экспрессии трансгенов в технологиях генной инженерии

РЯБЧЕНКО Н.А., ПЕРШИНА И.С.

Донецкий национальный университет экономики и торговли им. Михаила Туган-Барановского ул. Щорса, 31, г. Донецк, 83050, Украина

e-mail: tovprod@kaf.dondyet.edu.ua

На современном этапе развития генной инженерии процесс создания генномодифицированных растений уже не представляет больших трудностей для многих сельскохозяйственныхкультур, однакогенетическаянестабильность, оченьчастосвязаннаясинактивацией трансгена, приводит к непредсказуемым фенотипическим проявлениям. Поэтому регуляция экспрессии трансгенов в генетически модифицированных растениях является проблемой, решение которой, в конечном счете, обусловливает коммерческий успех применения трансгеннных растений (Закревский, 2006).

Однако уровень экспрессии трансгенов непредсказуем и сильно варьирует у независимо полученных трансформантов. Обычно это объясняется количеством копий трансгена и сайтами их инсерции (эффект положения). Иногда наблюдаются нестабильность экспрессии трансгена или трансгенов даже в пределах одной генерации, вплоть до полной потери признака, а также неменделевское наследование трансгенного генотипа. Трансформированные идентичной конструкции ДНК трансгенные клоны, полученные параллельно в одно и том же опыте, также могут значительно различаться по уровню экспрессии введенного гена. Дело в том, что уровень экспрессии генов зависит от многих факторов и в значительной мере от того, в какую область ядерного хроматина попал введенный ген. Экспрессия трансгена, как правило, высока при его введении в

область активного хроматина (Закревский, 2006). При встраивании в ядерный геном конструкция ДНК нередко претерпевает существенные изменения (перестройки, дупликации инверсии и т. д.), что приводит к снижению экспрессии.