научная статья по теме ПPОБЛЕМА CОXPАНЕНИЯ CВОЙCТВ ОPГАНИЗМОВ ПОCЛЕ КPИОКОНCЕPВАЦИИ (НА ПPИМЕPЕ ГPИБОВ) Биология

Текст научной статьи на тему «ПPОБЛЕМА CОXPАНЕНИЯ CВОЙCТВ ОPГАНИЗМОВ ПОCЛЕ КPИОКОНCЕPВАЦИИ (НА ПPИМЕPЕ ГPИБОВ)»

БИОФИЗИКА, 2009, том 54, вып.5, c.887-893

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 577.3; 57.043

ПРОБЛЕМА СОХРАНЕНИЯ СВОЙСТВ ОРГАНИЗМОВ ПОСЛЕ КРИОКОНСЕРВАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ГРИБОВ)

© 2009 г. Е.П. Четверикова

Институт биофизики клетки РАН, 142290, ПущиноМосковской области, ул. Институтская, д. 3

Поступила в р едакцию 11.01.09 г.

Светлой памяти С ергея Ивановича Розанова посвящается

В обзоре приведены результаты исследований последствий криоконсервации грибов, свидетельствующие о стабильности их мор фологии, а также ряд фактов, указывающих на изменение их свойств, о мутагенности криоконсервации. Оказалось, что исследования последних 10 лет подтвер ждают гипотезу С.И. Розанова, согласно которой кр иоконсервация должна пр иводить к увеличению р езерва наследственной изменчивости организмов.

Ключевые слова: криоконсервация, грибы, морфология, изменение свойств, мутагенность.

В связи с ускорением исчезновения видов на Земле возникло множество генетических криобанков, в которых сохраняется генофонд различных видов, в том числе редких и исчезающих. Роль криобанков в сохранении биоразнообразия рассмотрена в работах С.И. Розанова [1—3]. Согласно его концепции, криоконсервация, воздействие ультранизких температур, должна приводить к увеличению резерва наследственной изменчивости организма, рас-шир ения его адаптационных возможностей при интродукции в обедненные фитоценозы [1-4]. Им были разр аботаны подходы к реинтродук-ции видов в современные биоценозы [5-6]. Точка зр ения С.И. Розанова соответствует известному положению о том, что стрессы увеличивают изменчивость растений [7]. В лаборатории С.И. Розанова было показано, что криоконсер-вация семян диких травянистых растений в жидком азоте приводит к увеличению коэффиента вариации, характеризующего изменчивость морфологических признаков [8-10]. Доминантных мутаций у этих растений в полевых экспериментах обнаружено не было [8-11], что свидетельствует о том, что замораживание-оттаивание не является сильным мутагеном.

Гипотеза о мутагенезе в результате крио-консервации была сфор мулирована С.И. Розановым более 10 лет назад [1-6], за это время появились некоторые исследования, подтверждающие ее. Например, после замораживания семян ландыша Сопуа11апа шщаШ в жидком азоте обнаружено увеличение числа хромосомных аберраций [12]. В ряде исследований об-

наружены мутации у растений, выр ащенных из меристем, подвергнутых действию жидкого азота, - у диоскореи Dioscorea bulbifera [13], у проростков сливы [14], у регенерантов хризантемы Chrisanthemum morifolium [15]. Показано, что замораживание апикальных меристем зверобоя (Hypericum perforatum) привело к изменениям в некодирующей части генома у нескольких регенер ир ованных р а стений. У одного был потерян один из фрагментов ДНК и изменен фрагмент в области 532-587 пар оснований, у другого - изменен фрагмент в области 428 пар оснований [16]. Несколько мутаций обнаружено у проростков кукурузы, выращенных из замор оженных меристем. Об этом свидетельствует исчезновение двух изоформ из спектра амилазы и появление одной новой минорной полосы [17]. Однако в других работах не было обнаружено изменений состава нук-леотидов исследованных участках ДНК [см. обзор (18)] у регенерантов после кр иоконсервации меристем.

Вместе с тем имеются работы, в которых установлено изменение метилирования генома у регенерантов после криоконсервации. У растений ДНК метилирована на 30% с образованием 5-метилцитозина, и с уровнем метилирования ДНК связана регуляция развития, уменьшение его приводит к изменению экспрессии генов [19]. Влияние криоконсервации на степень метилирования ДНК в клетках цитрусовых было исследовано после замораживания клеточной культуры. Были обнаружены изменения -в одном из фрагментов ДНК появился мети-

лированный цитозин, которого в ДНК контр ольных клеток не было, в трех других фрагментах произошла потеря метильных гр упп [20]. В другой работе на ДНК растений садовой земляники, выращенных из криоконсервирован-ных меристем, обнаружено деметилирование нескольких фр агментов ДНК [21]. Найдены также изменения в уровне метилирования ДНК из листьев проростков миндаля, выросших из замороженных апикальных меристем [22].

Пер ечисленные исследования свидетельствуют о наличии изменений в геноме после воздействия ультранизкой температуры и оттаивания. В тоже время большое количество работ указывает на стабильность генома после крио-консервации [18], и проблема сохранения свойств цветковых растений после криоконсер-вации остается открытой.

Гипотеза С.И. Розанова [1,6] не относится именно к цветковым растениям, она может быть справедливой для криоконсервации любого живого объекта. В этом отношении привлекает внимание царство грибов. К р иомикология насчитывает около полувека, криоконсервации подвергнуто огромное количество грибов, различающихся по образу жизни - сапротрофы, питающиеся мертвым субстратом, симбионты, паразиты и хищные грибы. Они хранятся в криобанках разных стран, в России - во Всероссийской коллекции микроорганизмов [23,24].

В настоящей работе рассмотрены некоторые исследования, в которых установлено соответствие регенерированных после криоконсерва-ции грибов исходным, и те работы, в которых описано изменение тех или иных свойств после воздействия. Описание многочисленных исследований по криоконсервации грибов, касающихся методики и выживаемости различных грибов (монография [25]), в задачу настоящей работы не входит.

П РИМЕРЫ СТАБИЛЬНОС ТИ СВОЙ СТВ

ГРИБОВ ПОСЛЕ К РИОКОНСЕРВАЦИИ

Многие исследователи наблюдали неизменность внешнего вида и свойств грибов после воздействия ультранизких температур [26-35]. Оказалось, что многие грибы хорошо переносят замораживание в жидком азоте при применении относительно про стых методов консервации. У базидиомицетов родов AmШaria, Pleurotus, Plu-teus и Polyporus не было отмечено изменений морфологии и метаболизма [28,30]. Восемь видов из родов Inonotus и Pholiota не изменили интенсивности синтеза ферментов, разрушающих лигнин [27]. В работе [33] замораживание гиф в агаровых блоках проводили в 5% гли-

цер оле со скоростью 1оС/мин до -70°C и помещали сосудики в жидкий азот. Через год xp анения широкого спектр а видов из различных систематических групп выжили почти все штаммы, за небольшими исключениями, причем по скорости роста колоний, их площади, цвету, размеру гиф и их ветвлению авторы изменений не наблюдали. Стабильность фенотипа 11 видов съедобных грибов (вешенка, шампиньоны и др.) установлена после криоконсер вации их в жидком азоте. Исследование определенного участка генома грибов рода Agaricus и Pleurotus, фрагмента 5,8S рибосомальной ДНК, выделенной из мицелия, также не показало изменений нук-леотидного состава [31].

Интересны исследования, в которых происходящие в клетках процессы при понижении температуры наблюдаются в криомикроскоп [34,35]. Гр ибы замораживали в виде мицелия в агаровых блоках и реже - в виде суспензии спор. Было изучено несколько тысяч штаммов из 60 родов: большинство из них сохранили свои характеристики и только несколько процентов погибли. Замораживание проводили в шир оком диапазоне скор остей от -0,5оС/мин до -200оС/мин. Наблюдалось сжатие гиф при низких скоростях охлаждения и выход воды, или образование внутриклеточного льда при увеличении скорости. В качестве криопротек-торов применяли ДМСО или глицерол, которые часто применяются в криомикологии [25,36]. Были подобр аны оптимальные скорости о хла-ждения, при которых оба процесса сведены к минимуму. Оказалось, что разные виды и штаммы одного вида имеют различные оптимальные скорости и от таксономического положения вида они не зависят. Было установлено, что для большинства видов оптимальными являются скорости от -1 до -10°С/мин, и очень редко -200°С/мин, т.е. непосредственное погружение в жидкий азот.

Замечательно, что мицелий некоторых грибов (Aspergillus гереш и другие) хорошо переносит замораживание в жидком азоте без кри-опротекторов и при всех скоростях охлаждения [35]. Такая необычная криоустойчивость описана и для некоторых микоризных грибов [37].

Стабильность после криконсервации установлена не только по сохранению морфологических признаков, но и по биологическим свойствам грибов, жизненный цикл которых связан с другими организмами (симбионты, паразиты). Например, паразитирующий на личинке моли гриб Entomophaga maimaiga сохранял способность инфицировать личинки в течение 10 месяцев пребывания в жидком азоте [38]. Фито-патоген Podosphaera fusca полностью сохранял способность заражать хозяина, проростки цу-

кини, после хранения обезвоженных конидий при -80°C, в течение нескольких лет [32].

Среди грибов очень распространен симбиоз с р астениями, при этом гр иб получает от растения углеродное питание, а растение - воду и минеральные вещества от гриба. В случае эндомикоризы это симбиоз с травянистыми растениями, в котором мицелий гриба проходит внутри тканей и клеток корня [39]. Для эндо-микоризного гриба Glomus intraradices показано, что после криоконсервации споры прорастали и сохраняли способность колонизировать корни хозяина [40]. В другом виде микоризы (эктомикориза) мицелий гриба образует чехол из гиф на кор нях древесных р астений. Стабильность морфологических и физиологических свойств эктомикоризного гриба Cantarellus ci-barius была установлена после шести дней пребывания мицелия в жидком азоте. Замораживание проводили очень медленно, трехступенчатым методом при медленном охлаждении, начиная с -0,3оС/мин, и постепенном добавлением криопротекторов - диметилсульфоксида и сорбитола [41].

Выше описано сохранение исходных морфологических и физиологических свойств грибов после криоконсервации при ультранизкой температуре, когда останавливаются диффузия и метаболизм. Это убедительно показано для растительных тканей, находящихся в жидком азоте (для обзора см. [42]). В то же время в ряде работ [43-49] исследовано криосо хр анение простейших, и грибов в том числе, в естественных условиях, в вечномерзлых грунтах при относительно высоких температурах -10-12°С в Арктике и -27°С в Антарктиде. Эти организмы со хр а

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком