научная статья по теме БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КАЛЛУСНЫХ КЛЕТОК ПШЕНИЦЫ IN VITRO Биология

Текст научной статьи на тему «БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОГЕНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КАЛЛУСНЫХ КЛЕТОК ПШЕНИЦЫ IN VITRO»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 2, с. 306-311

УДК 581.14

БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МОРФОГЕИЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КАЛЛУСНЫХ КЛЕТОК ПШЕНИЦЫ in vitro

© 2007 г. Н. В. Евсеева*, О. В. Ткаченко**, Ю. В. Лобачев**, И. Ю. Фадеева*, С. Ю. Щеголев*

* Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Российской академии наук, Саратов ** Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова", Саратов

Поступила в редакцию 30.05.2006 г.

Исследованы морфогенетические процессы в незрелых зародышах пшеницы (Triticum aestivum L.) c использованием молекулярного маркера меристематических клеток злаковых культур - проли-феративного антигена инициалей (ПАИ). Использована генетическая модель, включающая набор почти изогенных линий пшеницы, альтернативных по аллелям генов короткостебельности RhtB1c, RhtB1b и Rht14 и исходный сорт Саратовская 29. Установлено влияние генетической системы Rht на содержание ПАИ в каллусных клетках пшеницы в процессе каллусообразования и последующей регенерации. Выявлены различия в содержании ПАИ на определенных этапах культивирования и общая закономерность его динамики в процессе каллусогенеза и вторичной дифференциации в кал-лусной ткани. Обсуждается возможная функция ПАИ в качестве маркера клеток меристематических очагов в каллусной ткани и перспектива его использования в селекционных программах в качестве дополнительного критерия оценки морфогенетической способности вновь получаемых линий пшеницы.

Triticum aestivum - пролиферативный антиген инициалей -Rht-гены - почти изогенные линии - антитела

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших вопросов культивирования растительных объектов является сохранение растительными клетками морфогенетического потенциала. Тотипотентность таких клеток зависит, в основном, от исходного генотипа и условий их культивирования. В последние годы для идентификации генов, контролирующих морфогенез in vitro, используют ДНК-маркеры [1-3]. Многие исследователи отмечают, что формирование организованных структур(почек, корней, эмбриои-дов) in vitro коррелирует с изменением в синтезе мРНК и белков [4-7], а также с активностью ферментов [8, 9].

Несмотря на большое количество исследований по эмбриогенезу растений in vitro, многие вопросы этого уникального пути развития остаются нерешенными. В частности, малочисленны сведе-

Сокращения: АТ - антитела, ЗФР - забуференный фосфатами физиологический раствор, ПАИ - пролиферативный антиген инициалей.

Адрес для корреспонденции: Евсеева Нина Васильевна. 410049 Саратов, пр. Энтузиастов, 13. Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов. Электронная почта: nina@ibppm.sgu.ru

ния о влиянии индивидуальных генов на проявление тотипотентности клеток in vitro на объектах с трудной регенерацией, к которым относятся злаки.

В связи с этим актуальной задачей является выявление роли конкретных генетических систем и генов, влияющих на способность растительных эксплантов к культивированию, а также идентификация новых белковых маркеров, отражающих морфогенетический потенциал каллусных клеток растений in vitro. Для решения этих вопросов необходимо создание экспериментальных генетических моделей, включающих в себя изогенные линии, где в идеальном варианте известна функциональная связь между экспрессией гена, кодируемого им белка и его фенотипиче-ским проявлением [10].

В наших предыдущих исследованиях было показано, что пролиферативный антиген инициалей (ПАИ) является молекулярным маркером меристематических клеток пшеницы [11, 12]. Установлено, что содержание этого антигена в апексах стеблей различных типов пшениц коррелирует с функциональной активностью меристематических клеток, которая детерминирована определенным состоянием их генов [13]. На генетической модели, включающей высокорослый сорт мягкой яровой пшеницы Саратовская 29 и

его почти изогенные линии, альтернативные по гену КЬБ1с, была также выявлена связь между морфогенетическим потенциалом каллусных клеток и содержанием ПАИ [14]. В экспериментах с неморфогенными каллусами различного происхождения (от короткостебельных или высокорослых линий) при иммунодиффузионном анализе мы не обнаружили ПАИ [14]. При этом в морфогенных каллусах этих же линий пшеницы ПАИ выявлялся достаточно четко. Это позволило сделать вывод о том, что ПАИ связан с закладкой меристематических очагов в каллусной ткани и может считаться маркером морфогенеза.

Целью данной работы явилось исследование морфогенетического потенциала соматических каллусов набора почти изогенных линий пшеницы, альтернативных по Rht-генам, и установление общей закономерности динамики содержания ПАИ в процессе каллусогенеза и вторичной дифференциации.

МЕТОДИКА

Исследуемая генетическая модель включала сорт высокорослой яровой пшеницы (ТгШсит aestivum L.) Саратовская 29 и набор его почти изогенных линий, включающий короткостебельные линии, несущие аллели КЫВ1с, Rht14, RhtB1b, а также их соответствующие высокорослые сибы, несущие аллели Л2RhtB1a, гЫ14, ЛШЫВ1а. Таким образом, было исследовано 7 генотипов пшеницы. Изогенные линии были получены Лобачевым методом возвратных скрещиваний [15, с. 44-46]. Сестринские почти изогенные линии были на 99.2% идентичны сорту-реципиенту Саратовская 29.

В течение двух лет (2004-2005 гг.) в полевых условиях выращивали донорные растения исследованных генотипов. Незрелые (14-дневные) зародыши пшеницы для индукции каллусогенеза культивировали в течение 30 суток на среде Линс-майера-Скуга (с 2 мг/л 2,4-дихлорфеноксиуксус-ной кислоты). Регенерацию полученных морфогенных каллусов проводили на среде Блейдза (с 0.5 мг/л ИУК и 0.5 мг/л кинетина). На питательную среду для каллусогенеза сажали по 40 зародышей каждого варианта (по 1 зародышу в пробирку). В течение 30 суток каллусы культивировали на среде для каллусогенеза, а затем только морфогенные каллусы пересаживали на среду для регенерации. Морфогенетическую реакцию каллусов определяли только на 30-е сутки по общепринятой методике [16, 17].

Сравнительную оценку содержания ПАИ в растительных экстрактах проводили методом твердофазного иммуноферментного анализа в полистироловых планшетах ("Медполимер", Санкт-Петербург). Для этого отбирали в трех повторностях по 3 каллуса от каждого генотипа в момент закладки

опыта (незрелый зародыш) и на 7-, 14-, 24-, 30-е сутки на среде для каллусогенеза, а также на 32- и 39-е сутки на среде для регенерации. Суммарную водорастворимую фракцию белков из каллусной ткани пшеницы получали путем разрушения каллуса в фарфоровой ступке и экстракции в буфере следующего состава: 50 мМ Трис-НС1, рН 7.8, 0.02 М в-меркаптоэтанол, 0.001 М фенилметил-сульфонилфлюорид. Соотношение навески растительного материала (г) и объема среды выделения (мл) составляло 1 : 5. Гомогенат центрифугировали при 10000 g в течение 20 мин. Полученный супернатант использовали для им-муноферментного анализа.

Суммарную фракцию каллусных белков каждой пробы титровали в забуференном фосфатами физиологическом растворе (ЗФР) (0.02 М фосфатно-солевой буфер, рН 7.0, до 6-й лунки, по 50 мкл в каждой). Затем сенсибилизировали при комнатной температуре на шейкере и оставляли на ночь при 4°С. Для удаления несвязавшихся с полистиролом молекул белка лунки однократно промывали ЗФР, содержащим 0.02% Tween 20. В промытые лунки добавляли по 0.1 мл 0.05% ПЭГ (Мг = 20000) для предотвращения связывания антител (Ат) с твердым носителем. Планшеты выдерживали на шейкере 1 ч при температуре 22°С. После этого в каждую лунку добавляли по 0.05 мл кроличьих моноспецифических Ат к ПАИ, разведенных в ЗФР (1 : 200) с добавлением 0.05% ПЭГ (1 : 10) и 0.02% Tween 20 и инкубировали при 37°С 1 ч. После трехкратной промывки в ЗФР с добавлением 0.02% Tween 20 в лунки планшета добавляли антикроличьи Ат, меченные пероксидазой, и инкубировали на шейкере при комнатной температуре 1 ч. После трехкратной промывки в лунки добавляли цитратный буфер (рН 4.5), содержащий ортофенилендиамин (0.03%) и Н202 (0.1%), для оценки пероксидазной активности. Развитие окраски останавливали добавлением 1 N Н^04. Интенсивность хромофорного ответа определяли на иммуноферментном анализаторе АИФ-Ц-01С при длине волны света 490 нм. Тестировали материал по значению оптической плотности в 3-й лунке. Для учета неспецифической окраски с субстратом были использованы контрольные лунки, где в первом случае вместо Ат к ПАИ была добавлена сыворотка неиммунизированного кролика, во втором случае отсутствовали Ат к ПАИ, а в третьем - отсутствовали как Ат к ПАИ, так и антикроличьи Ат, меченные пероксидазой.

Статистическую обработку результатов проводили однофакторным дисперсионным анализом с определением наименьшей существенной разницы (НСР0.5) [18]. Эффект гена в (%) определяли путем сопоставления средних значений изучаемого признака у короткостебельной линии, ее высокорослого сиба и исходного сорта Саратов-

0.9

0.8

и

о

£ 0.7

о

£

о 0.6 9

^ к

&°.5 л

В

о к н о ч

к

«

се

м о о V к н к О

0.4

0.3

0.2

0.1

(а)

60

50

св

О ^

1=40

а

м

о и О

к30

о и о

■е &

о

^20 и о й

РР

(б)

10

14

24

30

32

39

Время культивирования, сутки

Вариант

Рис. 1. Динамика содержания ПАИ (а) и выход морфогенных каллусов (б) в процессе каллусогенеза и вторичной дифференциации у пшеницы сорта Саратовская 29 (1), его низкорослой линии с геном RhtB1c (ЛХЫШс, 2) и ее высокорослого сиба с геном RhtB1a (Л2RhtB1a, 3). Кривая на (а) - линия тренда У. НСР05 = 0.053 (а) и 8.12 (б).

0

0

0

7

ская 29 только в случае их достоверных различий [15, с. 47].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Сравнительный иммунохимический анализ содержания ПАИ в незрелых зародышах и каллу-сной ткани пшеницы в процессе каллусогенеза и последующей регенерации показал, что в незрелых зародышах (до начала культивирования) всех семи изученных генотипов содержание ПАИ было одинаковым (рис. 1а, 2а, 3а). Возможно, этот факт объясняется функционированием инициальных клеток в эмбриональных апексах незрелых зародышей пшеницы. В процессе каллусогенеза проводили сравнительный анализ с

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