Введение к работе
Актуальность пробле?ды. Исследование нуклеиновых кислот с чки зрения познания основ эволвдионного процесса наследствен-сти и изменчивости весьма перспективно для использования гене-чэскях закономерностей в селекции пшениц. Решающая роль в ас-эдовании биологии клетки принадлежит, несомненно, биофизичас-а методам.
Подавляющее большинство возделываемых пшаннп представляют 5ой естественные аллополиплояда. Их генотипы заключают ,в себе 1 ( Т.durum Deaf., T.dicoccum Sohrank И др.) ИЛИ три (Т.аев-
'um L.,Triticaiy ) разнокачественных гвнома я имеют геномные . эмулы ААВВ, ААВВДД-и ААВВВВ согласно систематике Кяхара-Сирса. сочниками этих геномов были ближайшие диплоидные сородича пше-ш - однозернянки (геном А), эгилопсы (геномы В я Д), а для ітикале еще и рожь (геном RB).
Как теперь установлено, с конкретными геномами пшениц свя-1ы важнейшие биологические свойства и хозяйственно-пенные ізнакя сорта. В селекции на эти признаки все большее значение юбретает аллополиплоидная селекция - получение амфядиплоядоз інаш с привлечением геномов от других видов, в том числе от диких сородичей. В связи с этим возникает необходимость разотки эффективных биофизических а биохимических методов идев-икапии геномов и геномного анализа амфидиплоидов пшеницы. .
Для решения этих задач, а также для уточнения вопросов эво-ии и филогении Triticum необходим сравнительный анализ -уктуры геномов пшеницы я ее ближайших сородичей. При этом бый интерес представляют гомология и отличительные черты ор-азапии ДНК этих видов, которая составляет молекулярную осно-генома. Немаловажной характеристикой в этом плане являются ^ктурные перестройки генома при развитии организма и сравни-ьный анализ характера этих изменений пшеницы относительно ое зкородственных сородичей. В этом направлении большие перспэк-i открывав? методы высокоразрешавдей термической денатурации , определение уровня метилирования и кинетики реассонипнии' ' исследуемых пшениц.
Цель и задачи -исследование. Цель, настоящей работы заклэта-. в том, чтобы методами термической денатурация я к«четгки
--4-.. роасооциадии, по содерааншо 5-ыетилцитозина (5-мЦ) и по изодлят-ному составу ДНК провести сравнительный анализ структуры геномов пшенипн в ее бливайшис сородичей, в определить корреляцию различий от плоидности и формулы генома. Перед нами стояли следующие задачи:
-
Изучить термическую денатурацию ДНК злаков, получить .-.. Физические характеристики - 1ПЛ, дТ и ГЦ-содержанве, а также определить степень различий по этим параметрам между сухими и прорастающими семенами злаков.
-
Получить дифференциальные кривые плавления (ДКП) сухих и прорастающих семян злаков в провести сравнительный анализ по профилям плавления.
-
Выявить зависимость физико-химических параметров от формулы генома семян злаков в динамику их изменений при прорастании семян.
-
Исследовать кинетику реассопиации тотальных ДНК семян злаков с целью оценки общей структуры генома и выявить участки генома, ответственные за изменения физико-химических параметров ери прорастании семян.
-
Провести сравнительный анализ изопл^гного состава ДНК сухих эмбрионов семяв злаков и исследовать характер изменений этого состава при прорастании в С5язи с формулами геномов этих злаков. -
-
Провготя сравнительное исследование ДНК сухих эмбрионов семян злаков по содержанию 5-мЦ и выявить направленность этих изменений при прорастания С8ИЯИ.
Научная gosgsss йайотй. На примере нескольких видов и сортов злаковых выявлены и рассмотрены различия физике—Химических ларамзгров ДНК в зависимости от их сортовой или видовой принадлежности. Впервые исследовано содержание 5-мЦ на нескольких видах злаков:показано, что эта энзиматическая модификация имеет важное їакссЕскйчвское значение на примере сухях гкбргонов семян злаков. Такав оценена возможность использования метода дифференциальных кривых плавления ДНК разных видов пшеницы и ее гибридов в исследования различий или гомологии в структурах геномов злаков с точки зрения их евстематики.
Результатами этих исследований выявлены различия в профилях плавления, уровне меткшрования. взопйитного и молекулярно-киаатачэского состава ДНК сухих эмбрионов семян злаков. Показа-
о, что прорастание семян приводит к .глубоким перестройкам гено-а злаков, что я отображается на физико-химических параметрах сследованных нами ДНК. Выявлено, что эти изменения находятся определенной корреляции с метаболической активностью генома, вытекающие иа нее структурные перестройки характерны для какого генома злака в зависяглости от его плоидности и формулы. С большой точностью-"мотодом площадей", определен важный аксономачаский параметр ДНК-сраднеа нуклео-тидное содержание ДНК Ї).
Практическая значимость работы. Данные исследования имеют 1к научную, так и практическую ценность. В научном плане данные э изменениям ДКП ДНК, уровня метилирования л кинетики реассоші-зии при прорастании семян проливают свет на механизмы регуляция активации генома на ранних стадиях онтогенеза растения и необ-эдимн для . дальнейшего прогресса в понимании основных пропес-зв аго функционирования в клетке. Данные.исследования показали, го энзиматическая модификация генома (имеется в виду метиларова-іе ДНК по питозиновым остаткам), помимо таксономического -знача-ія, играет роль вторичного механизма регуляция рзядакациа и эанскриппия ДНК в клетке.
С другой стороны, эти исследования тлеют практическую зна-мость, так как они показали возможность применения биофизичес-IX методов, в частности метода плавления ДНК* как экспресс-тес-i геномов амфидиплоидов в селекции пшениц. Кроме того, данные следований о структуре ДНК могут быть полезны при решении ря~ . вопросов эволюции, филогении я систематики рода Triticun. Апробация работы. Материалы диссертации,докладывались на нференпяи, посвященной 70-летию Вел. Окт. Рев., Тбилиси, 1987 , на Ш Республиканской конференции, посвященной проблемам фи-ко-химаческой биологии а биотехнология, Ереван, IS89 г., УП нфаренции по сяектроскопаа биополимеров, Харьков, 1991 г..
Работа апробирована на совместном заседании кафедры биофаки и проблемной лаборатории биофизики субклеточных структур ологического факультета Ереванского госуниверситета 16 декаб-1991 г.
Публикапяд. По материалам диосортаиаи опубликовано шесть учных работ.
Объем работа. Работа излажена на 127 страницах русского ма-
_ 6 -
шинописного текста и содержит 9 таблип и 22 рисунков. Список использованной литературы включает 244 наименования, в том числе 167 зарубежных источников.