Введение к работе
Актуальность проблемы. Выяснение принципов структурной и функциональной организации штохондриального генома, выступающего как часть единой генетической системы клетки, является одной из важных задач современной биологии растений. Дополнительные генетические системы, представленные митохондриями и хлоропластами, контролируют вакше признаки растения - эффективность .дыхания и фотосинтеза, устойчивость к ряду заболеваний и гербицидам, к стрессовым физиологическим факторам (Douce, 1985). Признак цитоплэзмзтической мужской стерильности (ЦМС), обнаруженный у большого числа высших растений, наряду с ядерной зависимостью, находится также и под митохондриалышм контролем (Levings, 1983; Levings, Dewey, 1988).
Митохондризльшій геном растений представляет собой сложное структурное образование, состоящее из основной хромосомы в виде субгенсмных кольцевых молекул ДНК и видоспецифичного набора плэзмидоподобяых ДНК (ппДНК). Имеются основания полагать, что ппДНК. обладают свойствами автономного репликона (Smith et al., 1987).
Вместе с тем, до настоящего Бремени многие физико-химические свойства и генетические функции митохондриальной хромосомы и ппДНК остаются невыясненными. Неизвестны способы репликации митохондриальных ДНК (мтДНК) высших растений, имеется очень мало сведений о биосинтезе мтДНК in organella (Brown, Kemble, 1989). Остаются неизученными вопрос, транспорта генетического материала в митохондриях растений-.
Цель и задачи исследования. Целью работы было изучение матричных функций нуклеиновых кислот в системе изолированных митохондрий кукурузы (Zea тпауа I.).
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.
1. Изучить условия синтеза ДНК in organelle в изолированных митохондриях кукурузы.
- A -
-
Определить матричную активность в отношении биосинтеза ДНК отдельных репликонов, еходяпщу. в состав митохондриального генома кукурузы (высокомолекулярной и плазмидоподобных ДНК).
-
Выяснить генотипические особенности биосинтеза мтДНК у разных линий и гибридов кукурузы.
-
Исследовать полиморфизм плазмидоподобных ДНК в митохондриях различных генотипов кукурузы (гибриды и линии с разными типами НМС).
-
Выяснить возможность транслокации и матричной активности чужеродного полинуклеотидного материала в системе изолированных митохондрий кукурузы.
Научная новизна. В работе установлены оптимальные условия получения и функционирования системы матричного биосинтеза ДНК в изолированных митохондриях кукурузы (Zea mays I.;. Обнаружено, что матричной активностью в отношении сштеза ДНК In organello обладают все размерные классы митохондриальшх ДНК. Наибольшую решшкативную активность проявляет кольцевая ппДНК размером 1,9 т.п.н. На примере гибридов Краснодарский ЗОЗАТВ и Беккв ЛЛО показано, что спектры ппДНК варьируют в процессе развития этиолированного проростка. Впервые установлена возможность транслокации с последующим использованием в качестве матриц для синтеза ДНК чужеродного генетического материала в изолированных, митохондриях кукурузы. Методами ингибиторного анализа установлен энергозовисимый характер транспорта поли-нуклвотидов в растительные митохондрии. Впервые Показано, что параметры кинетики синтеза мтДНК могут быть использованы для генетического маркирования растительных генотипов. Обнаружена линейная положительная корреляционная связь между активностью митохондриального биосинтеза ДНК и урожайностью зерна у линий кукурузы.
Научная и практическая ценность работы. Настоящая работа направлена на изучение матричных функций нуклеиновых кислот в системе изолированных митохондрий еысших растений. Получена новая информация о генетической активности митохондриальшх
u чужеродных рвшшконов In organelle, которая может быть использована в генно-инженерных экспериментах и генетико-се-лекционшх работах.
Разработан и защищен авторским свидетельством способ определения потенциальной продуктивности у зерновых и зернобобовых растений. Способ основан на регистрации генетических характеристик изолированных митохондрий растений на ранних стадиях онтогенеза.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 20 работ. Результаты исследований по теме диссертации были представлены на Всесоюзной конференции "Новые направления биотехнологии", (г.Пущино, 1988, 1990), на Мездуна-родной конференции "Биология культивируемых клеток и биотехнология" (г.Новосибирск, 1988), на Республиканской научной конференции "Современные проблемы физико-химической биологии и биотехнологии" (г.Алма-Ата, 1989), на Вторам сьезде Всесоюзного общества физиологов растений (г.Минск, 1990), на Всесоюзной конференции "Генетические механизмы устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды" (Иркутск, 1991).
Структура и объем диссертации, Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, главы с результатами и их обсуждением, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 9 таблиц и 17 рисунков. Список литературы содержит 122 наименования,.из них 30 на русском языке.
