Введение к работе
Актуальность работы. Нуклеиновые кислоты и белки обладают определенной пространственной организацией на уровне клеточного ядра эукариот. Многократная пространственная реорганизация хроматина происходит при сохранении доступности определенных участков ДНК для регуляторных факторов и ферментов транскрипции. В настоящее время активно обсуждаются вопросы генного и хромосомного уровней контроля развития (Серов, 2003; Kumaran, 2008); пространственной организации эукариотического генома в связи с работой эпигенетических механизмов (Разин, 2006; Espada, 2007; Allshire, 2009); значения архитектоники хромосом и их специфических районов как формы эпигенетического контроля онто- и филогенеза эукариот (Стегний, 2006; Вершинин, 2006; Zhao, 2009); а также эволюционные, клеточные, молекулярные аспекты генетики и эпигенетики в механизмах морфогенеза (Татаринов, 2007). Удобной моделью для исследования некоторых механизмов эпигенетической регуляции является озимость и яровость у пшеницы. Доказано, что яровые и озимые пшеницы не различаются по организации нуклеотидных последовательностей ДНК и высказано предположение, что различия между ними находятся на уровне регуляции экспрессии генома (Лобов, Даскалюк, 1984). По нашему мнению, в этой связи представляет интерес исследования Arg-X протеолиза; так как Arg-X связи участвуют в закономерной реорганизации хроматиновых надмолекулярных структур (Закуцкий и др., 2008) при транскрипционной активации хроматина (Зеленин, Кущ, 1985). Поэтому к решению этой проблемы мы подошли с позиции биохимического анализа надмолекулярных структур (нуклеоплазмы, хроматина, ядерного матрикса) интерфазного клеточного ядра у озимой и яровой пшеницы. Известно, что в интерфазный период G1 S фазы клеточного цикла (Троян, Калинин, 1985), при транскрипционной активации хроматина прорастающих семян пшеницы (Зеленин, Кущ, 1985), происходят критические события, которые связаны с активацией ансамбля координировано экспрессирующихся генов. Мы предположили, что в этом процессе реорганизации надмолекулярных ядерных структур при индукции ростового морфогенеза зрелых зародышей пшеницы, принимают участие ядерные протеиназы, действующие на Arg-X связи в хроматине, вызывая релаксацию макромолекул и их экранируемость для различного рода модификаций белков.
Цель работы. Выявление молекулярно-генетических особенностей функционирования интерфазных клеточных ядер зародышей озимой и яровой пшениц.
Задачи исследования:
1. Определить динамику содержания белка в клеточных ядрах и их надмолекулярных структурах зародышей озимой и яровой пшениц.
2. Определить влияние ингибитора деацетилирования белков на динамику содержания белка в клеточных ядрах и их надмолекулярных структурах зародышей озимой и яровой пшениц.
3. Выявить особенности локализации Arg-X протеолиза в надмолекулярных структурах клеточных ядер зародышей озимой и яровой пшениц.
4. Выявить особенности Arg-X протеолиза в условиях ингибирования деацетилирования белков в надмолекулярных структурах клеточных ядер зародышей озимой и яровой пшениц.
5. Определить особенности динамики ингибитор-трипсиновой активности, и антиоксидантной активности общей пероксидазной системы в надмолекулярных структурах клеточных ядер зародышей озимой и яровой пшениц.
Научная новизна исследования. Впервые показано, что на фоне относительно одинаковой динамики общего содержания белков в клеточных ядрах зрелых зародышей озимой и яровой пшениц в течение G1 S фазы клеточного цикла отмечаются изменения содержания белка в надмолекулярных комплексах клеточных ядер в процессе транскрипционной активации хроматина. Впервые выявлены резкие различия в проявлении активности Arg-X протеолиза на уровне надмолекулярных структур клеточных ядер зародышей озимой пшеницы в сравнении с яровой. Эти особенности отмечаются как в нормальных условиях, так и при применении ингибитора деацетилирования белков в процессе индукции ростового морфогенеза зрелых зародышей пшениц.
Научно-практическая значимость работы. Выявленные экспериментальным методом особенности транскрипционной активации хроматина на природной модели озимости и яровости растений необходимы для изучения молекулярно-генетических основ морфогенеза, эпигенеза под влиянием стрессовых факторов среды. Проблема эпигенетического наследования признаков имеет не только теоретическое, но и практическое значение, как особой формы наследственной изменчивости в практической селекции растений для выяснения их важнейших хозяйственно-полезных признаков.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на II и III школах молодых ученых «Эмбриология, генетика и биотехнология» (Уфа, 2007; Саратов, 2009); школе молодых ученых «Биомика – наука XXI века» (Уфа, 2007); конференции «Досягнення I проблеми генетики, селекцii та биотехнологii» (Киев, 2007); конференции «Устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды» (Иркутск, 2007); симпозиуме «Клеточные, молекулярные и эволюционные аспекты морфогенеза» (Москва, 2007); 11-й школе-конференции «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2007); конференции «Факторы экспериментальной эволюции организмов» (Киев, 2008); ХV школе молодых ученых «Актуальные проблемы биологии развития» (Звенигород, 2008); школе-конференции «Современные методы и подходы в биологии и экологии» (Уфа, 2008); IV симпозиуме «Белки и пептиды» (Казань, 2009); II конференции «Молекулярная филогенетика MolPhy-2» (Москва, 2010); конференции «Генетика, геномика и биотехнология растений» (Новосибирск, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, из них 3 статьи в журналах, включенных в «Перечень научных изданий, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения и выводов. Работа изложена на 95 страницах машинописного текста, включая 1 таблицу, 29 рисунков; библиография содержит 214 названий, из которых 95 на иностранном языке.
