Введение к работе
Актуальность проблемы. Липоксигеназа (линолеат: кислород
оксидоредуктаза, LOX, Lpx) - многофункциональный фермент, широко изучаемый в связи с его участием в защитных механизмах растений (Siedow et al., 1991). Роль липоксигеназы в определении качества клейковины пшеницы мало известна и изучена недостаточно. Имеющиеся в литературе данные о влиянии липоксигеназы на качество клейковины пшеницы противоречивы: известно о положительном действии экзогенной и эндогенной липоксигеназы на качество гексаплоидной пшеницы (Faubion, Hoseney, 1981; Shiiba et al., 1991) и отрицательном влиянии фермента на качество тетраплоидной пшеницы (Trono et al., 1999).
Качество клейковины является одной из наиболее важных характеристик пшеницы. Хорошо известно, что параметры качества в основном определяются составом запасных белков эндосперма - глиадинами и глютенинами (Payne et al., 1984). Установлено, что большинство физических параметров клейковины связано с содержанием дисульфидных связей в запасных белках (Lasztity, 1980; Труфанов, 1994). Зерновки пшеницы содержат специфическую систему окислительно-восстановительных ферментов, прямо или косвенно регулирующих тиол-дисульфидный метаболизм в белках (Shiiba et al., 1991).
Среди ферментов, ответственных за создание и регуляцию SH/SS-статуса запасных белков пшеницы, представляет интерес липоксигеназа, которая опосредованно, через образование перекисей и гидроперекисей из ненасыщенных жирных кислот, окисляет тиоловые группы клейковинных белков с образованием дисульфидных связей, укрепляющих клейковину. Изучение липоксигеназы пшеницы, участвующей в тиол-дисульфидном метаболизме запасных белков, и ее связи с технологическими параметрами представляет интерес для решения проблемы качества клейковины пшеницы.
Липоксигеназы пшеницы, в отличие от других объектов, изучены мало. Сведений об отдельных изоформах фермента, в том числе о растворимых формах, влияющих на качество муки и теста, и механизмах их наследования недостаточно. Неизвестно также о филогенетических связях липоксигеназных локусов среди злаков.
Изучение генетического контроля активности липоксигеназы при помощи линий с межсортовым замещением хромосом, интрогрессированных и рекомбинантных инбредных линий представляет интерес для направленного создания новых высококачественных генотипов пшеницы.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в гоучении роли липоксигеназы в определении качества клейковины мягкой пшеницы и некоторых физиолого - генетических механизмов регуляции ее активности.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:
1. Изучено влияние экзогенной липоксигеназы на хлебопекарные свойства
пшеницы;
Установлены корреляционные связи липоксигеназной активности с технологическими параметрами качества муки и теста гексаплоидной пшеницы;
Выявлена роль отдельных хромосом генома мягкой пшеницы в проявлении активности липоксигеназы, используя различные серии линий с межсортовым замещением хромосом;
Определено влияние интрогрессии на активность липоксигеназы при помощи интрогрессированных линий ТгШсит aestivum L. х Aegilops speltoides Т.;
Картированы локусы количественных признаков (QTL) липоксигеназы и полученная карта сравнена с известными картами хромосом пшеницы и родственных злаков.
Научная новизна. Впервые был определен механизм действия
липоксигеназы на клейковину пшеницы - укрепление клейковины за счет уменьшения параметра растяжимость теста.
Впервые было показано, что к генетическому контролю активности LOX пшеницы кроме хромосом, несущих структурные гены липоксигеназы, причастны многие другие хромосомы, что говорит о существовании регуляторных генов этого фермента. Впервые было выявлено, что наследование растворимых изоформ LOX спелой зерновки пшеницы не связано с хромосомами 5-й гомеологической группы.
Впервые у пшеницы был обнаружен QTL (локус количественных признаков) липоксигеназы на хромосоме 7В. На основании компаративного картирования впервые было показано сходство липоксигеназных локусов у мягкой и твердой пшениц и ячменя, а также вероятность совместного наследования генов липоксигеназы с генами защитного ответа.
Теоретическая и практическая значимость работы. Изучение действия экзогенной липоксигеназы подтвердило возможность использования липоксигеназы соевой муки в качестве улучшителя теста, были найдены оптимальные условия для действия экзогенной липоксигеназы.
Была определена роль эндогенной липоксигеназы в определении качества клейковины пшеницы: фермент блокирует избыток реологически активных тиоловых групп в запасных белках, что способствует уменьшению параметра растяжимость теста. Однако чрезмерное количество липоксигеназы может быть причиной образования большого числа SS-связей и потери оптимальной вязкости клейковины и теста, приводящее к ухудшению их качества.
Было показано участие многих хромосом генома мягкой пшеницы в проявлении активности липоксигеназы, что говорит о существовании регуляторных генов, модулирующих функциональную активность LOX.
Была обнаружена прямопропорциональная связь уровня активности LOX
в интрогрессированных линиях ТгШсит aestivum х Aegilops speltoides со
степенью выраженности интрогрессии, найденной при помощи
субтеломерного повтора Spelt 1. Это говорит о том, что гены растворимых
изоформ LOX генома В гексаплоидной пшеницы были привнесены Aegilops speltoides.
Растворимые формы липоксигеназы спелой зерновки пшеницы были картированы на хромосомах 4В и 7В. Было показано сходство локусов липоксигеназы на хромосомах 4В и 7В у мягкой и твердой пшениц и на хромосомах 4Н и 7Н у ячменя. На основании сравнительного анализа генетических карт разных авторов показана вероятность сцепленного наследования генов липоксигеназы с генами защитного ответа.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации было опубликовано 11 работ. Результаты исследований были представлены на IV и V съезде физиологов растений (Москва, 1999, Пенза, 2003), на международных конференциях EWAC (Новосибирск, 2000; Norwich, 2002; Prague, 2005; Istanbul, 2007), международной конференции «Биотехнология на рубеже двух тысячелетей» (Саранск, 2001), на 10 международном симпозиуме по генетике пшеницы (Paestum, 2003), на научных семинарах и сессиях СИФиБР СО РАН.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, главы с результатами и их обсуждением, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 8 таблиц и 26 рисунков. Список литературы насчитывает 249 наименования, из них 27 на русском языке.
