РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 578-583
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МАЛЫХ ДОЗ ^^^^^^^^ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ
УДК 582:5391.047
ГОРМОНАЛЬНЫЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ИНДУЦИРОВАННЫЕ ОБЛУЧЕНИЕМ В МАЛЫХ ДОЗАХ У Tradescantia
(КЛОН 02)
© 2007 г. А. А. Хомиченко1*, И. В. Скоробогатова2, Н. П. Карсункина2, В. Г. Зайнуллин1
1Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар 2Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева, Москва
Цель настоящей работы - изучение взаимосвязи гормонального статуса растений с величиной генетических эффектов, индуцированных у-излучением в малых дозах. Оценивалась частота розовых соматических мутаций в волосках тычиночных нитей Tradescantia (клон 02) при облучении в дозах до 28 сГр. Исследовано влияние ионизирующего излучения в диапазоне от фонового до 28 сГр на содержание в соцветиях Tradescantia (клон 02) основных групп растительных гормонов; абсцизовой кислоты, цитокининов, ауксинов и гиббереллина А3. Показано, что воздействие радиации в малых дозах вызывает чрезвычайно глубокие изменения гормонального баланса в тканях соцветий Tradescantia. Полученные результаты обсуждаются с привлечением данных по влиянию фитогормонов на кинетику клеточного цикла.
Малые дозы, гормоны, фитогормоны, гиббереллин, ауксин, цитокинин, абсцизовая кислота, традесканция (клон 02), Tradescantia (clon 02), мутации
Многие экспериментальные данные указывают на то, что эффекты облучения в малых дозах связаны с их влиянием на консервативные механизмы, обеспечивающие целостность генома [13]. Различные генотоксические факторы, включая ионизирующую радиацию, вызывают реакцию "контрольных точек клеточного цикла", инициирующих различные репаративные системы, обеспечивая точность репликации и восстановления ДНК [4, 5].
Механизмы, обеспечивающие целостность генома, в целом, не являются автономными и требуют для своей реализации цитоплазматических индукторов, как правило, гормональной природы. На животных объектах было продемонстрировано значение нейрогуморальной системы в этих процессах [6, 7]. В последние годы целым рядом работ на растениях было показано, что фитогор-монам в данных механизмах присущи те же функции, что и ростовым факторам животных организмов [8]. Поэтому для нас было важным оценить возможную взаимосвязь гормонального статуса растений и величины генетических эффектов, индуцированных облучением в малых дозах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В экспериментах использовалась Tradescantia (клон 02), известная своей чувствительностью к
*Адресат для корреспонденции: 167982 Республика Коми, ГСП, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28; ИБ Коми НЦ УрО РАН; тел.: (8212) 43-63-01; е-таД: lescha68@mail.ru.
малым дозам ионизирующего излучения. Цитоге-нетические эффекты изучали на тест-системе "розовые соматические мутации (РСМ) в волосках тычиночных нитей (ВТН)" [9, 10]. Срезы соцветий Tradescantia, полученные в весенне-летний период, на черенках с 2-3 междоузлиями помещали в дистиллированную воду. Через 17 ч растения подвергали воздействию у-излучения в течение 20 ч, источник - 226Ra (50 Р/ч). Мощности облучения в эксперименте составили от 0.02 до 1.4 сГр/ч. Полученные дозы составили от 0.4 до 28 сГр. С 6-х по 21-е сут после облучения подсчитывалось количество ВТН и цитогенетических нарушений для каждого соцветия. Частоту соматических мутаций подсчитывали как отношение учтенных событий к количеству подсчитанных волосков тычиночных нитей.
Для определения фитогормонов в качестве исходного материала использовались соцветия Tradescantia клон 02, полученные в весенне-летний период. Число растений, использованных в каждом варианте, составило 60 шт. Соцветия Tradescantia на черенках с 2-3 междоузлиями помещали в дистиллированную воду. Через 17 ч растения подвергали воздействию у-излучения в течение 20 ч, источник - 226Ra (50 Р/ч). Режимы облучения точно соответствовали таковым для соответствующих вариантов при изучении цитогенетических эффектов. Мощности облучения в эксперименте составили от 0.05 до 1.4 сГр/ч. Полученные дозы составили 1, 2.3, 4.86, 9.8, 12.4 и 28 сГр. Сразу по-
еле облучения соцветия срезали, взвешивали и фиксировали в смеси этилового спирта и воды (4:1 по объему). Время, проходившее с момента завершения облучения до фиксации соцветий, составляло от 30 мин до 1 ч.
Определение фитогормонов проводилось в лаборатории регуляторов роста и развития сельскохозяйственных растений МСХА им. К.А.Тимирязева согласно стандартным методам [11, 12]. Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием стандартных методов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Как следует из данных таблицы, уровень нарушений в целом возрастает с увеличением дозы облучения. Однако при облучении в дозах 1 и 4.86 сГр частота генетических нарушений достоверно превышала этот показатель в контроле и ряде вариантов с облучением.
К настоящему времени известно, что малые дозы ионизирующей радиации индуцируют, по меньшей мере, несколько различных типов репа-ративных процессов, в том числе у растений. К их числу можно отнести внеплановый синтез ДНК, цитогенетический адаптивный ответ (АО), SOS-ответ. Индукция некоторых из них, возможно, могла привести к изменению величины индуцированных повреждений [2, 3, 13-16].
Одновременно нами были проведены исследования содержания фитогормонов в соцветиях Tra-descantia (клон 02) как в контроле, так и при облучении в дозах до 28 сГр.
Абсцизовая кислота - важнейший гормон, обеспечивающий стрессовые ответы растений [17]. Радиопротекторное действие АБК И.Н. Гудковым [18] связывается с тормозящим действием АБК на скорость прохождения клетками митоти-ческого цикла. Обработка АБК апексов Sinapis alba приводит к увеличению расстояния между точками инициации репликации и увеличению времени репликации ДНК [19], также показана связь АБК с ингибиторами циклинзависимых ки-наз, что согласуется с ее ролью в стрессовых ответах [8].
Данные о содержании абсцизовой кислоты (АБК) представлены на рис. 1. В контроле уровень абсцизовой кислоты составлял 84.0 нг/г сырого веса, в опыте - при облучении в дозе 1 сГр -152.3 нг/г, при дозе 2.3 сГр - 45.1 нг/г, 4.86 сГр -270.0 нг/г, 9.8 сГр - 380.0 нг/г, 28 сГр - 100.2 нг/г.
Так можно объяснить повышение содержания абсцизовой кислоты с 270.0 до 380.0 нг/г сырого веса при облучении в дозах 4.86 и 9.8 сГр соответственно (рис. 1). При облучении в этих дозах частота РСМ снижалась с ростом дозы более чем в два раза, с 0.381% до 0.182%. В варианте с облучением в дозе 2.3 сГр проявляется тенденция к сни-
Частота "розовых" соматических мутаций у Trades-cantia (клон 02) при воздействии у-излучения в малых дозах
Варианты опыта Число учтенных ВТН, шт. Число учтенных РСМ, шт. Частота РСМ, % Критерий Фишера
Контроль 41797 47 0.112
0.4 сГр 6257 9 0.143 -
1 сГр 15378 28 0.182 2.04*
2.3 сГр 18951 18 0.094 -
3.1 сГр 5080 12 0.236 2.16*
4.86 сГр 6031 23 0.381 4.14***
7 сГр 13746 36 0.261 3.66***
9.8 сГр 8769 16 0.182 -
13.5 сГр 6795 22 0.324 3.59***
28 сГр 12738 319 2.504 24.89***
* Отличие от контроля достоверно прир < 0.05; *** отличие от контроля достоверно при р < 0.001.
жению уровня абсцизовой кислоты по сравнению с контролем. Это также единственный вариант, где уровень цитогенетических нарушений несколько ниже контрольного уровня.
Цитокинины (ЦТК) являются необходимыми факторами для прохождения "контрольных точек" каждой из фаз клеточного цикла. Другим аспектом действия ЦТК является их участие в процессах репликации. ЦТК отвечают как за вступление в процесс репликации, так и за его протекание. Показано, что цитокинины управляют этими процессами, влияя на экспрессию цик-линов и циклинзависимых киназ, в числе которых cycD3, cdc25, cdc2 и ряд других [20-25].
Содержание АБК, нг/г сырого веса
400 г
350 300 250 200 150 100 50 0
Контроль
2.3 4.86 Доза, сГр
Рис. 1. Содержание абсцизовой кислоты (АБК) при воздействии у-излучения в малых дозах.
580
ХОМИЧЕНКО и др.
Содержание ЦТК, мкг/г сырого веса 600 г
500 400 300
200
100
0
Контроль 1
2.3 4.86 Доза, сГр
I
9.8
28
Содержание ИУК, нг/г сырого веса
250 г
200 150 100 50 0
Контроль 1
2.3 4.86 Доза, сГр
28
Рис. 2. Содержание цитокинов (ЦТК) при воздействии у-излучения в малых дозах.
Рис. 3. Содержание ауксина (ИУК) при воздействии у-излучения в малых дозах.
Во всех вариантах с облучением уровень ЦТК был достоверно ниже контрольного уровня (рис. 2). В контроле содержание цитокининов составляло 548.2 мкг/г сырого веса. В опыте с облучением в дозе 1 сГр уровень ЦТК составлял 120.0 мкг/г сырого веса, 2.3 сГр - 8.6 мкг/г, 4.86 сГр - 20.8 мкг/г, 9.8 сГр - 18.8 мкг/г, 28 сГр - 150.0 мкг/г сырого веса. Обращает на себя внимание вариант с облучением в дозе 2.3 сГр, где уровень этого гормона снижался до значения 8.6 мкг/г сырого веса против 548.2 мкг/г в контроле, то есть уменьшался в 63.7 раза. В этой же точке частота розовых соматических мутаций снижается несколько ниже контрольного уровня.
К настоящему времени выявлен ряд факторов, ответственных за прохождение отдельных стадий проверки клеточного цикла, экспрессия или деградация которых может определяться уровнем ауксинов [8, 26, 27]. Согласно сложившимся к настоящему времени представлениям, одним из основных механизмов, ответственных за нелинейность генетических эффектов малых доз, является индукция цитогенетического адаптивного ответа (ЦАО). Как полагают, он связан с накоплением труднорепарируемых двойных повреждений ДНК. В основе адекватных ответов растений на двойные разрывы лежит фосфорилирование белка АТМ, предположительно ведущее к инициации адаптивного ответа. Показано, что индукция АТМ-зависимого ответа контрольной точки S-фазы сопровождается аккумуляцией E2F-1 [28]. Являясь одним из ключевых компонентов регуляции механизмов клеточного цикла, этот фактор накапливается в наибольшем количестве в ранней 5-фазе меристематических тканей. Гормонально уровень E2F регулируется путем убикви-тин-протеосомной деградации, осуществляемой SCFTIR1-протеосомным комплексом, активность
которого регулируется ауксинами. Изменение уровня ауксинов может со
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.