ОНТОГЕНЕЗ, 2015, том 46, № 2, с. 82-86
= БИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ =
УДК 581
РОЛЬ ЭТИЛЕНА В АКТИВАЦИИ ДЕЛЕНИЯ КЛЕТОК ПОКОЯЩЕГОСЯ ЦЕНТРА В ОТРЕЗАННЫХ КОРНЯХ КУКУРУЗЫ
© 2015 г. Е. И. Быстрова, Н. В. Жуковская, В. Ю. Ракитин, В. Б. Иванов
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН 127276Москва, ул. Ботаническая, 35 E-mail: ivanov_vb@mail.ru; zhukovskayanv@rambler.ru
Поступила в редакцию 22.04.2014 г.
Окончательный вариант получен 24.10.2014 г.
В работе использованы два сорта кукурузы, у которых меристема по-разному реагировала на отрезание кончиков корней: у сорта Интеркрас-375 МВ вследствие активации деления клеток покоящегося центра (ПЦ) происходило открывание меристемы, а у сорта Краснодарский-194 МВ меристема оставалась закрытой. Показано, что отрезанные кончики корней у сорта Интеркрас-375 МВ выделяли больше этилена, чем у сорта Краснодарский-194 МВ. Ингибитор синтеза этилена Ь-а-2ами-но-этоксивинил глицин-HCl (АВГ) и ингибиторы действия этилена AgNO3 и 1-метил-циклопро-пен (МЦП) предотвращали открывание меристемы в отрезанных кончиках корней сорта Интекрас-375 МВ. Полученные результаты позволяют заключить, что этилен играет существенную роль в активации деления клеток ПЦ в отрезанных кончиках корней.
Ключевые слова: корень, меристема корня, покоящийся центр, стволовые клетки, пролиферация, этилен, Ь-а-2амино-этоксивинил глицин-НС1, ^N03 1-метил-циклопропен.
DOI: 10.7868/S0475145015020032
ВВЕДЕНИЕ
Покоящийся центр (ПЦ) располагается в апикальном конце меристемы корня и состоит из небольшого числа клеток, которые резко отличаются от остальных меристематических клеток (Clowes, 1975). Они редко делятся и в них замедлены все синтетические процессы. Однако под влиянием различных повреждающих воздействий, когда деления в меристеме практически прекращаются, клетки покоящегося центра начинают активно делиться. Активация делений нижнего слоя клеток покоящегося центра в сторону чехлика приводит к "открыванию" меристемы. При этом четкая граница между чехликом и меристемой (слой клеток ризодермы) прерывается. Тип меристемы — открытый или закрытый является одним из систематических признаков (Heimsch, Seago, 2008). Эти два типа меристемы отличаются наличием общих или отдельных инициальных клеток у разных тканей. Меристема злаков относится к закрытому типу.
Переход клеток ПЦ к активным делениям наблюдали в корнях кукурузы под влиянием радиоактивного облучения в умеренных дозах (Clowes, 1963), после выдерживания корней проростков при низких положительных температурах (Clow-
es, Stewart, 1967; Barlow, Rathfelder, 1985), а также после выращивания растений на растворах нитрата свинца в концентрациях умеренно ингиби-рующих рост (Нестерова, 1989; Кожевникова и др., 2007).
Изучение деления клеток ПЦ в изменяющихся условиях существования растения от нормальных до стрессовых является одним из подходов к выявлению, как их функциональной роли, так и механизмов, обусловливающих их относительный покой. Некоторые исследователи считают клетки ПЦ стволовыми клетками в меристеме корня (Иванов, 2007, 2011). Другая точка зрения состоит в том, что клетки ПЦ обеспечивают стволовое состояние прилегающих к ним клеток, ингибируя их переход к дифференцировке (Laux, 2003; Scheres, 2005).
Ранее нами впервые была обнаружена вызываемая отрезанием активация клеток активация деления клеток ПЦ и перестройка меристемы из закрытой в открытую в кончиках корней проростков кукурузы. У изученных сортов кукурузы это явление было выражено в неодинаковой степени, а у некоторых не наблюдалось вообще (Иванов и др., 2011). На основании немногочисленных литературных сведений мы предположили, что стимулирующую роль в открывании меристемы
РОЛЬ ЭТИЛЕНА В АКТИВАЦИИ ДЕЛЕНИЯ КЛЕТОК
83
может играть этилен. Известно, что синтез этилена усиливается после поранений, механических и других повреждений (Abeles et al., 1992). Показано, что под влиянием этилена происходит активация деления клеток ПЦ в корнях арабидопсиса (Orthega-Martinez et al., 2007). Этилен вызывает перераспределение ИУК в кончике корня кукурузы и влияет на деление инициальных клеток чех-лика и ризодермы, вызывая образование структур, сходных с чехликом (Ponce et al., 2005).
В данной работе мы сравнили интенсивности выделения этилена отрезанными кончиками корней "открывающегося" сорта Интеркрас-375 МВ и "неоткрывающегося" сорта Краснодарский-194 МВ. Кроме того, было изучено влияние ингибитора синтеза Ь-а-(2-амино-этоксивинил)гли-цин-HCl (АВГ) и ингибиторов действия этилена AgNO3 и 1-метил-циклопропена (МЦП) на активацию деления клеток ПЦ в отрезанных кончиках корней кукурузы сорта Интеркрас-375 МВ.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Семена кукурузы стерилизовали 1% раствором формалина в течение 20 мин, промывали водой и проращивали в темноте при 27°С на стекле, обернутом фильтровальной бумагой, в кюветах с водопроводной водой. Через 3 суток проращивания у проростков, длина главного корня которых достигала 2.5—4 см, отрезали кончики длиной 1 см. В опытах по выяснению интенсивности выделения этилена, отрезанные кончики раскладывали на влажной фильтровальной бумаге в сосудики объемом 15 мл. Сосуды с кончиками корней герметически закрывали пробками из самоуплотняющейся резины и экспонировали в темноте при 27°С 30 минут. Затем по изменению содержания в атмосфере сосудиков определяли выделение этилена кончиками корней. Определение проводили на газовом хроматографе с пламенноионизаци-онным детектором и устройством для концентрирования углеводородов, позволяющим в десятки раз повысить чувствительность прибора за счет использования для анализа всего воздуха, находящегося в сосудике (Ракитин В.Ю., Ракитина Т.Я., 2011). Сразу после проведения анализа сосудики с кончиками корней открывали, проветривали 30 секунд, снова закрывали пробками и через 1 ч использовали для следующего определения выделенного этилена.
В опытах по выявлению действия ингибиторов 1 см кончики раскладывали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной водой или растворами AgNO3 и АВГ в дистиллированной воде, и помещали на 24 ч в термостат при 27°С. В опыте использовали концентрации ингибиторов, при которых рост интактных корней подавлялся умеренно: AgNO3 - 0.5 х 10-4 М, АВГ - 10-4 М. В случае
с МЦП, синтезированным по методу Сислера и Серека ^81ег, 8егек, 1997), перед отрезанием кончиков чашки Петри с интактными проростками помещали в герметически закрытые пятилитровые стеклянные сосуды, в которые затем через штуцеры с помощью шприца вводили разведенный в воздухе МЦП. Концентрация МЦП в сосудах составляла 50 нл/л. После 3.5 ч экспозиции при 27°С кончики корней отрезали. Часть из них размещали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной водой, и оставляли в термостате на 24 ч при 27°С. Другую часть подвергали дополнительной обработке МЦП (50 нл/л) в течение 24 ч.
Кончики корней фиксировали по Бродскому смесью формалин: абсолютный спирт: ледяная уксусная кислота в соотношении 10 : 3 : 1 в течение часа. Фиксированные корни заключали в парафин по общепринятой методике. Продольные срезы кончиков корней толщиной 10 мкм окрашивали в основном по ШИК-методу с последующим подкрашиванием 0.15% раствором процио-нового яркоголубого 4Я8 в 0.2% растворе №2С03 в течение 30—40 мин при комнатной температуре. В некоторых случаях использовали реакцию Фельгена с последующим подкрашиванием 0.1% раствором алцианового синего 8GS в 3% уксусной кислоте в течение 30 мин при комнатной температуре. Из серии срезов каждого корня учитывали только центральные, на которых отчетливо просматривалась картина изменения структуры меристемы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
У сорта Интеркрас-375 МВ спустя 24 ч наблюдали открывание меристемы практически по всех отрезанных корнях, а у сорта Краснодарский-194 МВ меристема ни в одном из отрезанных корней не открывалась. Сравнение интенсивности выделения этилена отрезанными кончиками обоих сортов показало, что корни сорта с открывающейся меристемой выделяют больше этилена (рис. 1). На основании полученного результата можно предположить, что степень пролиферации клеток ПЦ после раневой реакции в результате отрезания зависит от уровня образования этилена. Это предположение подтвердилось также в опытах с ингибиторами синтеза и действия этилена.
В таблице приведены данные по действию ингибиторов синтеза (АВГ) и действия этилена (А§М03, МЦП) на активацию деления клеток ПЦ в отрезанных кончиках корней сорта Интеркрас-375 МВ. У интактных проростков меристема практически всех корней (97%) была закрыта. После 24 ч выдерживания отрезанных кончиков корней на воде их меристема в большинстве случаев перестраивалась из закрытой в открытую и
Выделение этилена, нл/г-ч
0.5 1.0 2.0 3.0 4.0
Время, ч
Рис. 1. Интенсивность выделения этилена отрезанными кончиками корней кукурузы.
лишь у 28% корней она оставалась закрытой. Использованные нами ингибиторы тормозили или полностью предотвращали процесс открывания меристемы, стимулируемый отрезанием. После 24 ч инкубирования на растворе АВГ (10-4 М) меристема оставалась закрытой у 94% корней, а на растворе Л§М03 (0.5 х 10-4 М) открывания меристемы вообще не происходило. После первоначальной 3.5 ч инкубации интактных проростков в атмосфере МЦП (50 нл/л) открывание меристемы ингибировалось в 86% отрезанных кончиках корней, помещенных затем на 24 ч в атмосферу с чистым воздухом и в 100% отрезанных кончиках корней, подвергшихся дополнительной 24 ч обработке в воздухе с МЦП (50 нл/л). На продоль-
ных срезах кончиков корней показана закрытая меристема у корней интактных проростков и у корней, обработанных растворами АВГ, Л§М03 и находившихся в атмосфере МЦП (рис. 2а, 2в, 2г, 2д), а также открытая меристема после отрезания у кончиков корней, необработанных ингибиторами (рис. 2б).
Таким образом, проведенные опыты показали, что ингибиторы, как синтеза, так и действия этилена резко ослабляли активацию деления клеток ПЦ, стимулируемую отрезанием. На основании этих и описанных выше результатов мы можем с большой степенью вероятности полагать, что в активации деления клеток ПЦ этилен играет немаловажн
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.