Введение к работе
-3-АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Изучение механизмов воздействия микроорганизмов, окружающих растение, на его рост и развитие - важная и малоисследованная область биологии. Одними из таких микроорганизмов являются почвенные свободноживущие азотфикси-рующие бактерии рода Azospirillum, которые способны осуществлять ассоциативную (несимбиотическую) фиксацию атмосферного азота, а также снабжать растения важными для них метаболитами (например, фитогормонами). Однако при этом не образуется выраженных морфологических образований типа клубеньков, характерных для бобово-ризобиального симбиоза.
Молекулярные механизмы взаимодействия растений и микроорганизмов частично изучены при симбиотическом взаимодействии и воздействии фитопатоге-нов. В ряде работ показана существенная роль бактериальных липополисахари-дов, экзополисахаридов, белков-адгезинов на этапах узнавания и инфицирования микроорганизмами растения-хозяина (Mort, Bayer, 1980; Matthysse et al., 1981; Линевич и др., 1983; Dazzo, Sherwood, 1983; Косенко и др., 1988; Rohm, Werner, 1989). Данных касающихся взаимодействия корневой системы злаковых с ассоциативными азотфиксаторами, объем фактических данных о структуре, физико-химических свойствах клеточной поверхности, а также о биологической роли различных ее компонентов весьма ограничен. Наименее исследованной областью во взаимоотношениях в системе "растение-микроорганизм" являются его ранние этапы - узнавание, рецепция, включение механизмов контактного взаимодействия.
Одним из типов молекулярного взаимодействия в такой системе является углевод-белковое взаимодействие. В связи с этим особое внимание привлекают утле-вод-связывающие белки как наиболее важный компонент в системе узнавания растениями микроорганизмов. Такими белками являются и лектины - биологически активные вещества с уникальным свойством - способностью специфически и обратимо связывать углеводы (Линевич, 1979; Goldstein et al., 1975; Kocourek, Horejsi, 1983). Наиболее изучаемым лектином до последнего времени являлся агглютинин зародышей пшеницы (АЗП). С обнаружением пектиновой активности в корнях злаков такой же интерес вызывают и эти лектины. Во многих работах по изучению лектинов злаков (Peumans et al., 1982; Peumans, Stinissen, 1983; Peumans et al., 1983; Королев, 1984) высказаны предположения о возможных физиологических функциях и факторах их определяющих. Действительные функции лектинов
-4-еще не выяснены и поэтому вопрос об их физиологической роли в растительны
клетках, а тем более в процессах взаимодействия между растением и микрооргг
низмами остается весьма актуальным.
В настоящее время накоплен ряд сведений о локализации лектинов пшеницы
тканях и клетках, получены данные о некоторых физико-химических и биологичс
ских свойствах. Одним из этих свойств является способность влиять на активност
ферментов (Ferens, Morawiecka, 1985; Лахтин, 1986; Krapivina, Ignatov, 1988)
агглютинировать микробные клетки (Lotan, 1975; Котусов и др., 1984). Имеютс
данные об участии лектинов бобовых в явлениях узнавания и контактного взан
модействия между партнерами (Calver et al., 1978; Dazzo et al., 1978; Dazzc
Sherwood, 1983). Вместе с тем данных, касающихся участия лектинов злаков пр
взаимодействии их корневой системы с ассоциативными азотфиксаторами, крайн
мало. Требуется детальное изучение роли лектинов пшеницы в выполнении ряд
жизненно важных функций в самом растении пшеницы, а также в процессах взаи
модействия растений и микроорганизмов.
Основной целью данной работы было изучение роли лектина корней в процес се взаимодействия проростков пшеницы с ассоциативными микроорганизмам: рода Azospirillum. В связи с этим решались следующие задачи:
-
Выделить и охарактеризовать лектины из корней гексаплоидных пшениц Са ратовская 29 и Мироновская 808;
-
Изучить взаимодействие лектина пшеницы Саратовская 29 с клетками раз личных штаммов азоспирилл;
-
Выяснить влияние инокуляции проростков пшеницы бактериями на показате ли активности лектинов и развития проростков;
-
Исследовать взаимодействие лектина пшеницы с высокомолекулярными ме таболитами азоспирилл (полисахаридными комплексами и бактериальным] лектинами) и фитогормонами;
-
Изучить влияние мутантов Azospirillum brasilense Sp 245 по синтезу ИУК и эк зогенной ИУК на активность лектинов и содержание эндогенных фитогормо нов в корнях проростков пшеницы.
-5-НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
Выделены и охарактеризованы лектины корней гексаплоидных пшениц Саратовская 29 и Мироновская 808, показана их идентичность с АЗП по основным физико-химическим свойствам и выявлены сортовые различия по соотношению изоформ. Впервые показано селективное взаимодействие лектина пшеницы Саратовская 29 с клетками ассоциативных микроорганизмов рода Azospirillum. С использованием метода дот-блот анализа выявлено его взаимодействия с поверхностными структурами азоспирилл - кислыми зкзополисахаридами и бактериальными пектинами. Показано влияние мутантов азоспирилл с измененным синтезом ИУК на физиолого-биохимическое состояние проростков пшеницы Саратовская 29. Обнаружены элементы сходства и различия в ответных реакциях проростков пшеницы как на инокуляцию микроорганизмами, так и на воздействие чистыми фитогормонами. Впервые показана связь изменения активности лектина из корней проростков пшеницы Саратовская 29 и содержания эндогенных фитогормонов АБК и ИУК под влиянием экзогенной ИУК. Выявлено влияние лектина пшеницы на ИУК-зависимое растяжение клеточной стенки (КС) колеоптилей пшеницы.
Результаты работы могут служить теоретической предпосылкой для дальнейшего изучения молекулярных процессов, протекающих в корневой системе развивающихся проростков пшеницы с целью установления физиологической роли растительных лектинов и их участия в растительно-микробных взаимодействиях. Препараты корневого лектина пшеницы, полученные автором, используются для проведения плановых научно-исследовательских работ в институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН. Материалы работы нашли применение на кафедре биохимии и биофизики Саратовского госуниверситета им. Н.Г.Чернышевкого при проведении занятий со студентами.
Результаты работы были представлены на международных конференциях "Interlec-10" - Prague (Czechoslovakia), 1988; "Interlec-П" -Tartu (Estonia), 1989; "Interlec-13" - Berlin (Germany), 1991; VIII Eastern European Symposium on Biological Nitrogen Fixation "Nitrogenfix-92" -Saratov (Russia), 1992; III Всероссийском съезде общества физиологов растений - Санкт-Петербург (Россия), 1993; 1
European Nitrogen Fixation Conference - Szeged (Hungary), 1994; NATO Advanced Research Workshop on Azospirillum and Related Microorganisms - Sarvar (Hungary), 1994; 16 International Congress of Biochemistry and Molecular Biology - New Delhi (India), 1994.
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ в виде статей и тезисов в отечественных и зарубежных изданиях.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ
