За допомогою широкого спектру фізіологічних, біохімічних та молекулярно-біологічних методів проаналізовано вплив зниження активності пластидної і цитозольної ізоформ фосфоглюкомутази на фотосинтетичний метаболізм трансгенних рослини на прикладі картоплі.
Аннотация к работе
Для такої важливої сільськогосподарської культури як картопля (Solanum tuberosum) одночасно з дослідженнями ендогенних шляхів метаболізму вуглеводів, значні зусилля останнім часом були спрямовані на підвищення ефективності взаємодії між метаболізмом сахарози та крохмалю, таким чином спрямовуючи ресурси на підвищення акумуляції крохмалю в бульбах. Зменшення активності пластидної ізоформи фосфоглюкомутази призводить до пригнічення синтезу крохмалю в листі, перерозподілу вуглецю у напрямку синтезу амінокислот та значного зменшення рівню фотосинтезу, але не має впливу на ріст та розвиток рослин картоплі. Результати роботи були представлені на Міжнародному обєднаному симпозіумі Американського товариства біологів рослин та Канадського товариства фізіологів рослин “Біологія рослин 2001” (Провіденс, Род Айленд, США, липень 2001), на ХІІІ Міжнародному конгресі Федерації європейських товариств фізіологів рослин (Геракліон, Крит, Греція, вересень 2002), а також на наукових семінарах Макс-Планк-Інституту молекулярної фізіології рослин (Гольм, Німеччина): групи “Центральний метаболізм вуглецю”, спеціалізованих семінарах “Метаболізм вуглеводів”, семінарах аспірантів та Прогрес-семінарах. Рослини було трансформовано бінарним вектором PBINAR (Liu et al., 1990) з конструкцією, яка містила химерний ген у складі фрагменту комплементарної ДНК (2400 пн), що кодує пластидну ізоформу ФГМ картоплі в антисенс-орієнтації під контролем конститутивного 35S промотору та термінатору гену октопінсинтази (Tauberger et al., 2000). Рослини було трансформовано бінарним вектором PBINAR (Liu et al., 1990) з конструкцією, яка містила химерний ген у складі фрагменту комплементарної ДНК (1100 пн), що кодує цитозольну ізоформу ФГМ картоплі в антисенс-орієнтації під контролем конститутивного 35S промотору та термінатору гену октопінсинтази (Fernie et al., 2002).Вперше було проаналізовано вплив зниження активності пластидної та цитозольної ізоформ фосфоглюкомутази на фотосинтетичний метаболізм рослин картоплі, дослідженого за допомогою трансгенних рослин, в яких експресія відповідних генів була пригнічена в різному ступені методом антисенс-РНК. Показано, що зниження активності пластидної ізоформи фосфоглюкомутази картоплі призвело до зниженого рівню біосинтезу крохмалю в листі, зсуву розподілу вуглецю у напрямку синтезу пластидних амінокислот та пригнічення фотосинтезу за рахунок зменшеної рециркуляції неорганічного фосфату.
Вывод
1. Вперше було проаналізовано вплив зниження активності пластидної та цитозольної ізоформ фосфоглюкомутази на фотосинтетичний метаболізм рослин картоплі, дослідженого за допомогою трансгенних рослин, в яких експресія відповідних генів була пригнічена в різному ступені методом антисенс-РНК.
2. Показано, що зниження активності пластидної ізоформи фосфоглюкомутази картоплі призвело до зниженого рівню біосинтезу крохмалю в листі, зсуву розподілу вуглецю у напрямку синтезу пластидних амінокислот та пригнічення фотосинтезу за рахунок зменшеної рециркуляції неорганічного фосфату.
3. Продемонстровано, що зниження активності цитозольної ізоформи фосфоглюкомутази картоплі призвело до значного пригнічення росту та затримки розвитку рослин, істотного пригнічення фотосинтезу та значних змін в таких біосинтетичних процесах, як синтез нуклеотидів та амінокислот.
4. За допомогою трансгенного підходу встановлено, що зниження активності цитозольної фосфоглюкомутази до 6% не викликає значних змін у рівні синтезу сахарози в фотосинтетичній тканині картоплі.
5. Вперше були отримані та проаналізовані рослини картоплі, в яких експресувалася гетерологічна фосфоглюкомутаза з Escherichia coli. Результати аналізу рослин з підвищеною активністю фосфоглюкомутази в цитозолі підтвердили важливу роль цього ферменту як в гетеротрофній, так і автотрофній тканинах, так як модифікація активності цитозольної фосфоглюкомутази призвела до значного перерозподілу вуглецю між синтезом сахарози та крохмалю.
Список литературы
1. Литовченко А. В., Біберіх К., Вілмітцер Л., Ферні А. Р. Вплив пригнічення пластидної ізоформи фосфоглюкомутази методом антисенс-РНК на фотосинтетичний метаболізм рослин картоплі (Solanum tuberosum L.) // Доп. Нац. акад. наук Укр. - 2002. - №2. - с. 183-187.
2. Литовченко А. В., Ферні А. Р., Вілмітцер Л., Кучук М. В. Роль цитозольної фосфоглюкомутази у фотосинтетичному метаболізмі рослин картоплі (Solanum tuberosum L.) // Доп. Нац. акад. наук Укр. - 2002. - №7. - с. 178-183
3. Fernie A. R., Tauberger E., Lytovchenko A., Roessner U., Willmitzer L., Trethewey R. N. Antisense repression of cytosolic phosphoglucomutase in potato (Solanum tuberosum) results in severe growth retardation, reduction in tuber number and altered carbon metabolism // Planta - 2002. - 214. - p. 510-520
4. Lytovchenko A., Bieberich K., Willmitzer L., Fernie A. R. Metabolic characterisation of photosynthetic tissue of transgenic potato plants exhibiting antisense repression of plastidial phosphoglucomutase // Abstracts Quadrennial Joint Annual Meetings of the American Society of Plant Biologists and the Canadian Society of Plant Physiologists. Providence, Rhode Island USA. - 2001. - p. 186
5. Lytovchenko A., Willmitzer L., Fernie A. R. Metabolic characterisation of transgenic potato plants exhibiting altered cytosolic phosphoglucomutase activity // Abstracts 13th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology. Heraklion, Crete, Greece. - 2002. - p. 403