CC BY
52
12. Емцев, В.Т. Микробиология / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. - М.: Колос, 1993. -383с.
13. Бубина, А.Б. Использование гриба рода Trichoderma для ускорения процесса вермикультивирования методом предварительной ферментации органического субстрата / А.Б. Бубина., Н.Н. Терещенко // Мат-лы 2-й междун. науч.-практ. конф. «Дождевые черви и плодородие почв». - Владимир, 2004. - С. 162.
14. Хомяков, Н.В. Реакция микроорганизмов на воздействие пищеварительной жидкости дождевых червей / Н.В. Хомяков, С.А. Харин, Т.Ю. Нечитайло, П.Н. Голышин,
А.В. Кураков, Б.А. Бызов, Д.Г. Звягинцев // Микробиология. - 2007. - № 76. - № 1. - С. 45-54.
15. Byzov, B.A. Fate of soil bacteria and fungi in the gut of earthworms / B.A. Byzov, N.V. Khomyakov, S.A. Kharin, A.V. Kurakov // European Journal of Soil Biology. - 2007. - V. 43. - P. 149-156.
16. Moody, S.A. Fate of some fungal spores associated with wheat straw decomposition on passage through the guts of Lum-bricus terrestris and Aporrectodea longa / S.A. Moody, T.G. Piearce , J. Dighton // Soil Biol. Bio-chem. 1996. V. 28. P. 533-537.
УД К 575:581.144.2:581.133.8:582.683.2
особенности наследования формы корневых волосков у ARABIDOPSIS THALIANA (L.) HEYNH. при взаимодействии генов CEN1 и SAR1
Хаблак сергей Григорьевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Почвоведение и агрохимия»
Луганский национальный аграрный университет e-mail: [email protected]
91008, Украина, г. Луганск, городокЛНАУ; тел.: е-mail:[email protected]
ключевые слова: Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., корневой волосок, клеточная стенка, ген, мутация, мутантная линия, взаимодействие генов.
Представлены результаты исследования влияния взаимодействия генов CEN1 и SAR1 на образование формы корневых волосков у Arabidopsis thaliana. Установлено, что наследование формы корневых волосков у арабидопсиса при взаимодействии генов CEN1 и SAR1 происходит по типу комплементарного действия генов.
введение. Корень - подземный орган растения [1]. У растений кончик корня снаружи покрыт однослойной эпиблемой (кожицей). Кожица корня всасывает воду, минеральные вещества из почвы и передает их в стебель и листья. Клетки эпиблемы способны образовывать корневые волоски. Они являются настоящими выростами внешних стенок поверхностных клеток корня, которые не ограничиваются от них перегородками [2].
Несмотря на важную роль волосков эпиблемы в поглощении воды и питательных веществ из почвы, генетический контроль их развития у растений остается практически неисследованным. Очень мало известно о молекулярно-генетических механизмах, регулирующих морфогенез выростов клеток кожицы корня.
К настоящему времени генетические исследования выявили ряд генов у А. thaliana, участвующих в процессе развития
II
SEIS es »1
Si
р Ü ш SS Hi н ■ i
00 s!
корневых волосков. К ним относятся гены CENTIPEDE1 (CEN1) [3] и SYNAPTOBREVIN-RELATED PROTEIN1 (SAR1) [4].
Как известно, мембрана является важнейшим селективным барьером, отделяющим содержимое клетки и ее органелл от окружающего раствора. Она играет ключевую роль как в структурной организации, так и в функционировании клетки [5]. В клетке постоянно происходит обмен веществом с внешней средой и между различными орга-неллами. Обычно роль переносчиков в этих процессах играют маленькие мембранные пузырьки. Они представляют собой внутриклеточные органоиды, в которых запасаются или перемещаются вещества между внутренними локациями клетки [6].
Везикулы образуются на поверхности органелл или плазматической мембраны клетки в процессе эндоцитоза либо экзоцитоза. В последние годы появились данные о специализированных белках, принимающих участие в первоначальной инвагинации поверхности мембраны (эпсины), формировании самих везикул (клатрин, кавеолин, СОР-комплексы), их транспортировке (SEC1), а также сливании с наружной цитоплазматической мембраной (синапто-бревин) [7]. В частности, ген SAR1 кодирует белок (синаптобревин), участвующий в соединении внутриклеточных везикул с внешней клеточной мембранной [8]. Белковый продукт гена CEN1 до конца еще не установлен [9].
Наследование формы волосков эпиблемы в корневой системе у A. thaliana является одним из мало изученных вопросов генетики его морфогенеза. Этот факт заставляет решать вопрос об исследовании совместного влияния генов CEN1 и SAR1 на форму корневых волосков.
Материалы и методы исследований. Объектом исследований служили растения Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. экотипа (расы) Columbia (Col-0) и мутантных линий centipede-1 (cen-1), synaptobrevin-related protein-1 (sar-1). Семена мутантных линий были получены из Ноттингемского центра образцов арабидопсиса (Nottingham Arabidopsis Stock Centre (NASC), UK). Растения
выращивали в 2008 г. в лаборатории охраны почв в асептической пробирочной культуре на агаризованной питательной среде Кнопа, обогащенной микроэлементами [10]. Питательную смесь разливали в химические пробирки размером 14x120 мм и закрывали их плотными ватными пробками.
Семена к посеву готовили путем яровизации в течение 5 суток при температуре 4-60 С и последующего односуточного проращивания при комнатной температуре. Пробирки для предохранения от нагревания и попадания света на корни растений обертывали двумя слоями бумаги. После посадки пробирки накрывали полиэтиленовой пленкой. Снимали полиэтиленовую пленку по достижении семядольными листьями ее поверхности. Растения культивировали при температуре 18-200 С, освещенность круглосуточная в пределах 4000-7000 лк.
Кастрацию и принудительную гибридизацию проводили под микроскопом типа МБС-9 («Модуль Плюс», Украина). Генетический анализ наследования формы корневых волосков у растений проводили в F1, F2. Объем выборки в F2 составлял 196 растений. Математическую обработку результатов исследований проводили по Г.Ф. Лакину [11], а также по В. Боровикову [12] с использованием компьютерной программы «^аЙБЙса».
Результаты исследований. У А. ЬЬаН-апа дикого типа на корнях развиваются корневые волоски трубчатой (цилиндрической) формы. Растения мутантной линии сеп1-1 образуют крючкообразные корневые волоски. Для растений мутантной линии эаг-1 характерны расширенные в верхней части (головчатые) выросты клеток кожицы корня.
Результаты скрещивания растения мутантной линии сеп1-1, обладающего крючкообразными корневыми волосками cen1-1 cen1-1 SAR1 SAR1, с растением мутантной линии эаг-1, имеющим расширенные в верхней части (головчатые) корневые волоски CEN1 CEN1 sar-1 sar-1, приведены на рисунке 1.
У гибридных растений F1 волоски эпиблемы оказываются цилиндрической формы. Это объясняется комплементарным
и
SEIS ESS »1
Si
р и ш IS ;>i M ■ i
00 s!
Обозначение CEN1 __ SAR1 __ CEN1 __ sar-1 sar-1 cen1-1 cen1-1 SAR1 __ cen1-1 cen1-1 sar-1 sar-1 Всего
f 109 35 34 8 186
f1 104 35 35 12 186
d 5 0 -1 -4
d2 25 0 1 16
2 d2 x - f 0,24 0 0,03 1,33 1,6
Рис. 1 - Наследование формы корневых волосков у A. thaliana при комплементарном взаимодействии двух пар генов CEN1 и SAR1: CEN1 - цилиндрическая форма корневых волосков, cen1-1 - крючкообразные корневые волоски, SAR1 - цилиндрическая форма корневых волосков, sar-1 - расширенные в верхней части корневые волоски.
Расщепление в поколении F2 по генам CEN1 и SAR1
Таблица 1
Обозначение
CEN1 .
SARI
CEN1 __ sar-1 sar-1
cen1-1 cen1-1 SARI
cen1-1 cen1-1 sar-1 sar-1
Всего
f
109
35
34
8
186
f1
104
35
35
12
186
d
-1
d2
25
16
2
2 _ d x - f
0,24
0,03
1,33
1,6
5
0
0
1
0
взаимодействием у гетерозигот CEN1 cenl-1 SAR1 sar-1 доминантных аллелей двух разных генов CEN1 и SAR1.
При самоопылении растений F1 в F2 наблюдается расщепление по форме корневых волосков в отношении 9/16 CEN1 _ SAR1 _ : 3/16 CEN1 _ sar-1 sar-1 : 3/16 cen1-1 cen1-1 SAR1 _ : 1/16 cen1-1 cen1-1 sar-1 sar-1.
Первый фенотипический класс (9/16) имеет такие же корневые волоски, как и у гибридов первого поколения, второй (3/16) -расширенные в верхней части (головчатые)
волоски эпиблемы, сходные с материнской формой, третий (3/16) - крючкообразные выросты клеток кожицы корня, подобные отцовской форме, а четвертый (1/16) -крючкообразные, утолщенные на верхушке, корневые волоски, которые отсутствуют у родительских растений. Эти результаты указывают на то, что взаимно дополняющее влияние двух рецессивных генов сеп1-1 и бог-1 в генотипе в гомозиготном состоянии (сеп1-1 сеп1-1 Баг-1 Баг-1) обусловливает у растений развитие нового признака
(крючкообразных, расширенных в верхней части, волосков эпиблемы).
Достоверность расщепления по критерию х2 представлена в таблице 1. Для данного скрещивания между фактически полученными и теоретически вычисленными данными нет достоверных различий.
Таким образом, появление у растений в F2 крючкообразных, утолщенных на верхушке, корневых волосков является результатом комплементарного взаимодействия двух рецессивных аллелей cen1-1 и sar-1 в гомозиготном состоянии.
Необходимо отметить, что подобные примеры наследования встречаются и у других растений, животных и насекомых. В этих случаях комплементарное взаимодействие рецессивных аллелей обусловливает развитие пластинчатого, или листовидного, гребня у кур, белых глаз у дрозофилы, желто-оранжевой окраски плодов у томатов [13].
Выводы. 1. Наследование формы корневых волосков у A. thaliana при взаимодействии генов CEN1 и SAR1 происходит по типу комплементарного действия генов, при котором каждый из генов характеризуется собственным специфическим эффектом.
2. Комплементарное взаимодействие рецессивных генов cen1-1 и sar-1 обусловливает развитие у растений крючкообразных, утолщенных на верхушке, волосков эпиблемы.
Библиографический список
1. Жизнь растений : в 6 т. / под ред. А.Л. Тахтаджяна. - М. : Просвещение, 1980. - Т. 5, Ч. 1: Цветковые растения. - 430 с.
2. Хржановский, В. Г. Курс общей ботаники (цитология, гистология, органография, размножение) / В. Г. Хржановский. - М. : Высш. шк., 1982. - 384 с.
3. Haupt, W. The CENTROMERE1 (CEN1)
region of Arabidopsis thaliana: architecture and functional impact of chromatin / W. Haupt, T. C. Fischer, S. Winderl // Plant Journal. - 2001.
- V. 27, № 4. - P. 285 - 296.
4. Duarte, P. Processing and trafficking of a single isoform of the aspartic proteinase car-dosin a on the vacuolar pathway / P. Duarte, J. Pissarra, I. Moore // Plant Journal. - 2008. -Vol. 227, №1. - P. 1255-1268.
5. Kwon, C. Co-option of a default secretory pathway for plant immune responses / C. Kwon, C. Neu, C. Pajonk // Nature. - 2008. - V. 451(7180). - Р. 835-840.
6. Wang, W. Expression of the membrane-associated resistance protein RPW8 enhances basal defense against biotrophic pathogens / W. Wang, A. Devoto, J. G. Turner, S. Xiao // Mol Plant Microbe Interact. - 2007. - V. 20(8), № 1. - Р. 966-976.
7. Sparkes, I. A. AtPEX2 and AtPEX10 are targeted to peroxisomes independently of known endoplasmic reticulum trafficking routes / I. A. Sparkes, C. Hawes, A. Baker // Plant Physiol. - 2005. - V. 139(2). - Р. 690-700.
8. Ono, E. Localization of a flavonoid bio-synthetic polyphenol oxidase in vacuoles / E. Ono, M. Hatayama, Y. Isono // Plant J. - 2006.
- V. 45(2). - Р. 133-143.
9. Park, M. Identification of the protein storage vacuole and protein targeting to the vacuole in leaf cells of three plant species / M. Park, S. J. Kim, A. Vitale, I. Hwang // Plant Physiol. - 2004. - V. 134(2). - Р. 625-639.
10. Большой практикум по физиологии растений / Б.А. Рубин и [и шк.]. - М. : Высш. Шк.., 1978. - 408 с.
11. Лакин, Г. Ф. Биометрия / Г. Ф. Лакин.
- М. : Высш. шк., 1990. - 352 с.
12. Боровиков, В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере : для профессионалов / В. Боровиков. - С. - Петербург. : Питер, 2003. - 688 с.
13. Лобашев, М. Е. Генетика / М. Е. Ло-башев. - Л. : Изд-во ЛГУ, 1985. - 485 с.
