Введение к работе
'*"*-""-''
Актуальность проблемы. Одной из проблем современного растениеводства является изучение механизмов устойчивости растений к различным природным факторам, среди которых особая роль принадлежит температуре. Это обстоятельство обусловливает ак-. туальность исследований, направленных на познание генетических и Физиологических механизмов, которые определяют толерантность растений к жестким температурным условиям.
В числе физиологических механизмов, обеспечивающих адаптацию живых организмов, в том числе и растений, к неблагоприятным факторам внешней среды, особое место занимает защитная система, известная как "ответ на тепловой шок", обеспечивающая свжтез группы определенных белков в ответ на резкое изменение температуры окружающей среды.
Этот синтез протекает в ответ не только на гипертермию, но и на многие иные стрессы, в том числе и на гипотермию. Причем большинство работ, посвященных изучению синтеза БТШ И организации соответствующих генов, выполнено не на растительных объектах. Растения в этом отношении изучены значительно хужві
Учитывая слабую изученность генетико - биохимических ме* ханизмов, контролирующих ответ клеток растений на действие низкой температуры, и важное значение злаков в жизни человека, были выбраны озимая пшеница и кукуруза в качестве объектов изучения индукции синтеза стрессовых белков при гипотермии.
Цель и задачи исследования. і Целью настоящей работы являлось изучение особенностей ийдукции синтеза стрессовых белков в условиях гипотермии и адаптации растений озимой пшеницы и кукурузы к холоду, а также выяснение роли этих белков в крио- . толерантности растений.
Для достижения этой цеди было необходимо решить следующие задачи:
-
Выяснить возможность низкотемпературной индукции синтеза стрессовых белков (СБ) в клетках суспензионной культуры клеток сои, побегов озимой пшеницы, пшенично-пырейного гибрида и кукурузы.
-
Изучить температурные и временные условий синтеза стрессовых белков растений.
-
Изучить динамику синтеза СБ В отвчт НЧ понижение тем-
ператури, в том числе в процессе адаптации озимой пшеницы к холоду.
-
Определить генетический контроль синтеза СБ при гипотермии на примере генотипов озимой пшеницы и пшенично-пырейно-го гибрида, а также линий и гибридов кукурузы, различающихся по чувствительности к холоду.
-
Выяснить возможность функционирования триггерного механизма индукции синтеза СБ в ответ на факт изменения"температуры и многократное действие холода
-
Изучить роль СБ в холодовой адаптации растений озимой пшеницы.
Научная новизна. В работе изучены феноменология и условия синтеза стрессовых белков под действием гипотермии в клетках различных растений. Исследован их синтез при гипотермии различной длительности, при многократной повторяющейся гипотермии и при адаптации растений к холоду. Установлено, что под действием гипотермии растения озимой пшеницы, ППГ-827, кукурузы и клетки" суспензионной культуры сои синтезируют широкий спектр специфичных стрессовых белков, индивидуальный для каждого исс-
ледовэнлого генотипа. Этот спектр изменяется в ходе длительного закаливания. За первые сутки гипотермии синтезируется небольшое количество стрессовых полипептидов, число которых затем возрастает 3-х кратно, к концу периода адаптации число стрессовых белков снижается 'и формируется пул белков адаптации, в который входят, в основном, стрессовые полипептиды. Изучено наследование признака "синтез стрессовых белков под действием
' гипотермии" на примере линий и гибридов кукурузы.
Впервые показано, что у клеток растений существуют два типа стрессовых белков: одни появляются в клетках в первые мо-
' менты стресса, другие обнаруживаются после длительной гипотермии. Установлена связь морозоустойчивости озимой пшеницы с синтезом стрессовых белкоз. Показано, что повторяющееся действие стресса с чередованием периодов "нормальных условий" способствует ускоренному синтезу ряда стрессовых белков. Установлено, что в клетках озимой пшеницы функционирует триггерный механизм активации синтеза стрессовых белков и для "запуска" синтеза ряда стресовых белков важна не длительность стрессового воздействия, а сам факт изменения температуры.
Практическая ценность работы. Настоящая работа направлена
, 4—
на изучение условий синтеза стрессовых белков под действием гипотермии.и .познание их.биологической роли, в клетках растений. Результаты, полученные при изучении изменений В 6ЄЛКОЕОМ спектре злаков в ответ на гипотермию, открывают возможность для разработки методов диагностики различных генотипов на хо-лодо- и мороэоусточивость.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, 1 работа находится в печати. Результаты исследований по теме диссертации были доложены на лабораторных и межлабораторных семинарах Сибирского института физиологии и биохимии растений (1986-1991 гг.), 2 Всесоюзной конференции молодых ученых по физиологии растительной клетки (г. Москва, 1986), на 2 съезде Всесоюзного общества физиологов растений (г.Минск, 4990) и на семинарах лаборатории молекулярной биологии Сассекского университета в Брайтоне (Англия, 1991).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, изложения экспериментального материала и-его обсуждения, заключения, выводов и библиографии, включающей 172 наименования, из них 73 на русском языке; работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 7 таблиц и 16 рисунков.
