Ізоферментний склад пероксидази озимих зернових за умов низькотемпературного стресу - Автореферат

Тому зрозуміла увага, яка приділяється в Україні вивченню дії низьких температур на озимі зернові та фізіології їх зимостійкості. Розробка фізіологічних методів підвищення стійкості рослин до низьких температур можлива лише на основі глибокого вивчення внутрішньої природи механізмів зимостійкості, що формуються в процесі адаптації до екстремальних факторів зовнішнього середовища (Андрєєва, 1988; Войников 1989; Guy, 1990; Стаценко, 1994; Houde, 1995). Залежність між рівнем зимостійкості та трансформацією ізоферментного складу пероксидази потребує досконалого вивчення, і може виступати важливою ланкою у розширенні уявлень про формування адаптивних реакцій рослин до умов низькотемпературного стресу. Метою даної роботи було зясування ролі активності, ізоферментного складу, рівня експресії генів пероксидази в механізмах формування стійкості озимих зернових до низькотемпературного стресу. Дослідити зміни ізоферментного складу пероксидази у різних за зимостійкістю сортів та ліній озимих зернових за оптимальних умов та за умов низькотемпературного стресу.Нами було дано оцінку зимостійкості 70 сортам, гібридам, лініям озимих злаків (жито, пшениця, тритикале). Рослини, що вимерзли в цей період мали відношення активності пероксидази при оптимальній температурі (21-230С) (Аопт.) до активності при стресі (Ахол) менше одиниці, що корелює (??0,9208) з низькою ферментативною активністю пероксидази. Рослини з задовільною зимостійкістю мали співвідношення пероксидази за різних температурних режимів Ахол/Аопт більше одиниці, тобто їх пероксидазна система здатна протистояти низькотемпературному стресу. Виявлення співвідношення активності пероксидази за умов низькотемпературного стресу Ахол до активності пероксидази при оптимальній Аопт є штучний показник для оцінки генотипу, і щоб зясувати чим він зумовлений, перед нами постало питання які перебудови ферментативного апарату відбуваються при низькотемпературному стресі, а також досі поки повністю не зясована роль ізоферментів пероксидази до змін температури в межах толерантної зони. Аналіз електрофоретичних спектрів пероксидаз озимого жита Київське 9 до і після загартування показує наявність якісних змін, які проявляються у зростанні інтенсивності зон з ВЕР 0.11 та 0.14 (рис 3-ІІ. піки № 2,3), а також зменшенні інтенсивності зони з ВЕР 0.20 (пік № 4).Встановлено, що окремі типи спектру пероксидази за умов низькотемпературного стресу можуть бути фізіологічними маркерами, що беруть безпосередню участь в адаптації рослин до умов низькотемпературного стресу. У зимостійких озимих сортів жита Київське 9, пшениць Миронівська 808, Мирлебен за умов низькотемпературного стресу зростає інтенсивність вже існуючих зон із ВЕР 0,14; 0,20 та зявляються нові компоненти з ВЕР 0,23; 0,69. Вперше було досліджено рівень експресії генів пероксидази за рівнем МРНК, у різних за зимостійкістю озимих зернових за умов низькотемпературного стресу. У зимостійких сортів за умов низькотемпературного стресу зростає сумарна активність пероксидази, яка у свою чергу повязана зі зростанням рівня експресії генів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Встановлено, що окремі типи спектру пероксидази за умов низькотемпературного стресу можуть бути фізіологічними маркерами, що беруть безпосередню участь в адаптації рослин до умов низькотемпературного стресу. У зимостійких озимих сортів жита Київське 9, пшениць Миронівська 808, Мирлебен за умов низькотемпературного стресу зростає інтенсивність вже існуючих зон із ВЕР 0,14; 0,20 та зявляються нові компоненти з ВЕР 0,23; 0,69.

2. Вперше було досліджено рівень експресії генів пероксидази за рівнем МРНК, у різних за зимостійкістю озимих зернових за умов низькотемпературного стресу. У сортів та ліній пшениці чітко спостерігаються продукти ампліфікації з молекулярною масою 146 та 152 п.н., що відповідають фрагментам МРНК генів пероксидази рох3 та рох4.

3. У зимостійких сортів за умов низькотемпературного стресу зростає сумарна активність пероксидази, яка у свою чергу повязана зі зростанням рівня експресії генів.

4. В лабораторних умовах були змодельовані та підібрані умови експериментального загартування для озимих зернових різних культур, що знаходяться на етапі конкурсного сортовипробування в Інституті Землеробства УААН (с.м.т. Чабани) .

5. Запропоновано метод визначення зимостійкості озимих зернових, що базується на встановленні співвідношення активності пероксидаз за оптимальних умов (Аопт), та за умов дії низьких температур (Ахол). Рослини тих сортів та ліній, в яких співвідношення Ахол/Аопт більше одиниці - зимостійкі, а сорти та лінії, що мають співвідношення Ахол/Аопт менше або рівне одиниці, неспроможні протистояти дії низьких температур, тому характеризуються низькою зимостійкістю.

6. Проведено попередній скринінг 70 сортів, гібридів та ліній озимих злаків (жито, пшениця, тритикале) на зимостійкість. Було виявлено 24 зимостійкі лінії та гібриди озимих зернових, що можуть бути відібрані в селекційний процес за ознакою зимостійкості. Зимостійкими виявились: пшениці - Миронівська 808, Мирлебен, Миронівська 33, Миронівська 29, Миронівська остиста, Кінельська 9, Поліська 90, лінії № 11041-96, № 11045, № 11061-96, № 11166-96, № 7020-97, № 7044-97, № 1788-97, № 1087-97, № 1114-97, № 1585-97; тритикале - 58/96, 59/96, 3/5, ДR 265, ДR 358, ДR 371, CP 14, CR 15, CR 16, CR 27, ПС 160-97, ПС 127-97, ПС 136-97, ПС 155-97.

7. Розроблена система диференційної напівкількісної детекції специфічних МРНК генів рох3 та рох4 у Triticum aestivum за умов низькотемпературного стресу може бути застосована як функціональний маркер зимостійкості рослин.

8. У пристосуванні рослин до низькотемпературного стресу адаптація може відбуватися за рахунок генотипічних механізмів (експресія генів, що включає в себе зміну первинної структури ферменту, а також посттрансляційні хімічні перебудови) та модифікаційних механізмів (конформаційні перебудови).

Кучеренко В.П., Капустян А.В., Шередеко Л.М. Прогнозування зимостійкості озимих зернових за показниками активності пероксидази // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Інтродукція та збереження рослинного різноманіття”. - 1999 - 2. - С. 72-73.

Капустян А.В., Кучеренко В.П., Мусієнко М.М. Вплив низькотемпературного стресу на активність пероксидази проростків пшениці // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Біологія”. - 1999. - 29. - С.43-45.

Капустян А.В., Кучеренко В.П. Зміна ізопероксидазного спектра проростків жита при низькотемпературному стресі // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Інтродукція та збереження рослинного різноманіття”. - 2000 - 3. - С.61-63.

Капустян А.В., Кучеренко В.П., Мусієнко М.М. Зміна ізопероксидазного складу сортів ячменю при низькотемпературному стресі // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Біологія”. - 2000. - 30. - С.83-85.

Капустян А.В. Фермент пероксидаза - універсальний маркер зимостійкості рослин // Інтродукція рослин. - 2000.- №1. - С. 152-154.

Кучеренко В.П., Капустян А.В. Пероксидаза - маркерний фермент низькотемпературного стресу стресі // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія “Інтродукція та збереження рослинного різноманіття”. - 2001 - 4. - С.65-69.

А.с. 98073930 А 01 Н ?. Кучеренко В.П., Капустян А.В., Шередеко Л.М. Мусієнко М.М. “Спосіб прогнозування зимостійкості озимих зернових”. № 32911А від 15.02.01. р.

Капустян А.В. Прогнозування адаптаційної здатності у Hordeum vulgare L. Матеріали зїзду Х Українського ботанічного товариства // Київ-Полтава, - 1997. - С. 133.