Динаміка клітинних популяцій раувольфії зміїної за зміни умов вирощування in vitro - Автореферат

В умовах виснаження природних популяцій рослин-продуцентів господарсько-цінних вторинних метаболітів (важливих для медицини, харчової та хімічної промисловості) все більшого значення набуває одержання біологічно-активних речовин на основі сучасних біотехнологій, зокрема з культивованих клітин, тканин та органів (Бутенко, 1986; Collin, 1988; Kreis, Reinhart, 1989; Zenk, 1978, 1990; Verpoorte et al., 1998, Кунах, 2005). Перенесення клітин у культуру in vitro приводить до істотних змін в системі регуляції клітинної активності, зокрема до виходу клітини з-під контролю корелятивних факторів, які спрямовують і регулюють діяльність різних органів, тканин і клітин як єдиного цілого (Кунах, 2005). У відділі генетики клітинних популяцій Інституту молекулярної біології і генетики НАН України ведуться комплексні (біотехнологічні, біохімічні, фізіологічні, цитологічні, молекулярно-генетичні) дослідження з розробки технологій промислового вирощування клітинних штамів-продуцентів біологічно-активних речовин, зокрема штаму К-27 R. serpentina. Робота виконувалась на базі Київського національного університету імені Тараса Шевченка та Інституту молекулярної біології та генетики НАНУ в рамках науково-дослідних тем „Генетичний моніторинг: розробка підходів до оцінки впливу факторів зовнішнього середовища на геном” (№ держреєстрації 0106U005750, 2006-2010), “Дослідження структурно-функціональної мінливості геному в процесах диференціації та дедиференціації клітин вищих рослин в інтактному організмі та при культивуванні in vitro” (№ держреєстрації 0101U000007, 2001-2005 рр.), “Порівняльне вивчення геномної мінливості рослин в природі та в культурі in vitro” (№ держреєстрації 0105U005344, 2006-2010 рр.). Вивчити вплив зміни умов культивування на внесок виділених субпопуляцій клітин в динаміку показників продуктивності протягом пасажу, а саме питомих швидкостей накопичення сухої біомаси, індолінових алкалоїдів, а також трахеїд.Для зясування впливу процесів проліферації на динаміку структури популяції культивованих клітин було вивчено добовий (циркадний) індекс клітин, що ділилися мітотично, та клітин, які щойно закінчили поділ, а також структуру клітинної популяції за вмістом ДНК та площею ядерця на короткому проміжку пасажу, а саме впродовж трьох діб: 12-15-ї діб пасажу для варіанту К-27(10С) та 9-11 добу - для варіанту К-27(Рж). У варіантів К-27(10С) та К-27(Рж) в динаміці цих показників було виділено дві часові складові, а у варіанта К-27(5С) для усіх показників виділено одну часову складову (Рис. Аналіз коефіцієнтів кореляції, розрахованих для пасажної динаміки питомої швидкості накопичення алкалоїдів, показує, що на першій часовій складовій пасажу у вихідного варіанту К-27(10С) динаміка частки клітин субпопуляції з вмістом ДНК 1,0-2,9 С має позитивний внесок в динаміку питомої швидкості накопичення алкалоїдів, тоді як динаміка частки клітин субпопуляції 3,0-6,9С впливає на нього негативно. Найбільш стабільним є позитивний звязок між динамікою частки клітин субпопуляції з вмістом ДНК 3,0-6,9С та питомою швидкістю накопичення трахеїд, який виявлено у варіантів К-27(10С) та К-27(Рж) на обох часових складових пасажу, в той же час у варіанту К-27(5С) цей показник позитивно корелює з динамікою частки клітин субпопуляції з вмістом ДНК 1,0-2,9 С (див. табл.1). Виявлено, що в порівнянні з варіантом К-27(10С), в якого внески у динаміку всіх показників продуктивності роблять клітини з площею ядерця від 12 до понад 17 мкм2, в інших варіантів культивування внесок демонструють клітини порівняно менших класів: 1,0-3,9 та 4,0-10,9мкм2 у варіанту К-27(5С) та 2,0-4,9 та 8,0-10,9 мкм2 у К-27(Рж).На прикладі високопродуктивного клітинного штаму К-27 Rauwolfia serpentina, продуцента протиаритмічного алкалоїду аймаліну, за зміни умов вирощування досліджено динаміку структури клітинної популяції за вмістом ДНК в ядрах клітин та площею ядерця. Вивчено наступні варіанти: вихідний варіант К-27(10С) - стандартні умови вирощування колекційного та посівного матеріалу на агаризованому середовищі; К-27(5С) - вирощування на збідненому агаризованому середовищі, яке є претендентом на проміжну стадію при промисловому культивуванні; К-27(Рж) - вирощування в рідкому середовищі, що пропонується для промислового культивування. Перенесення високопродуктивного штаму К-27 з агаризованого середовища безпосередньо в умови глибинної культури, які пропонуються для промислового вирощування, супроводжується суттєвими змінами складу клітинної популяції та внеску окремих субпопуляцій клітин з різним вмістом ДНК та площею ядерця в динаміку показників продуктивності. Особистий внесок здобувача - проведено пасажне вивчення динаміки клітинної популяції за вмістом ДНК та площею ядерця варіанту культивування К-27(5С), здійснено інтерпретацію в рамках термодинамічного підходу. Особистий внесок здобувача - здійснено вивчення пасажної динаміки вмісту ДНК та площі ядерця, їх внеску в динаміку показників продуктивності, виконано математичну обробку та інтерпретацію результатів в рамках

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ