Анотація до роботи:

Маменко П.М. Лектини бобових і їх фізіологічна роль у формуванні і функціонуванні симбіозу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 – фізіологія рослин. – Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено вивченню біохімічних і фізіологічних особливостей лектинів бобових рослин, а також дослідженню їхньої участі у процесах становлення та функціонування бобово-ризобіальних систем. Крім того, розглянуто можливість застосування біологічних властивостей лектинів для активування симбіотичних систем і підвищення урожайності бобових.

Вперше виявлено дві гемаглютинуючі фракції у препараті лектину генетично модифікованої сої, що мають різну вуглеводну специфічність. Одна з цих фракцій за біохімічними особливостями схожа до комерційного лектину насіння звичайної сої. Простежено, що динаміка активності лектинів різних органів люпину та сої в онтогенезі значною мірою залежить від ефективності мікросимбіонта. Показано, що зміна активності цих молекул може суттєво впливати на ефективність бобово-ризобіального симбіозу, а також ріст і розвиток рослини-хазяїна. Досліджено взаємозв’язок між азотофіксувальною і лектиновою активностями. Вперше виявлено модуляторну роль лектину у процесах росту і розвитку рослин. Встановлено, що характер дії лектину залежить від його концентрації в бактеріальній суспензії. Показано перспективність застосування обробки лектином у комплексі з мікросимбіонтом для підвищення ефективності утвореного симбіозу та збільшення урожайності сої.

1. Лектини бобових, як поліфункціональні речовини, є не тільки рецепторами комплементарного зв’язування поверхневих глікополімерів ризобій при первинних контактах із рослиною-хазяїном, але й беруть участь, як сигнальні молекули, у формуванні симбіотичної системи та функціонуванні азотофіксувального нітрогеназного комплексу.

2. За кількістю високомолекулярних білків насіння безбульбочкової сої суттєво відрізняється від насіння звичайної сої. Екстракт білків із насіння сої, що не утворює бульбочок, містить дві гемаглютинуючі фракції з різною вуглеводною специфічністю – одна з яких містить гемаглютинін, здатний взаємодіяти з манітом, а інша специфічна до галактози; остання фракція має близьку до комерційного лектину насіння звичайної сої електрофоретичну рухливість.

3. Адсорбція бульбочкових бактерій на корінні бобових рослин як перша стадія формування симбіозу не має чітко вираженого специфічного характеру; на корінні рослин адсорбуються і гомо- і гетерологічні їм бульбочкові бактерії. Проте гомологічні (специфічні) бобовій рослині ризобії все ж адсорбуються на її коренях у значно більшій кількості.

4. Інкубація коріння проростків люпину, перед інокуляцією Bradyrhizobium sp. (Lupinus) в розчині гаптену лектину люпину (галактозі) призводить до зменшення на 60 – 80 % кількості адсорбованих на ньому бактерій, що вказує на фізіологічну роль та безпосередню участь даного білка на початковій стадії формування симбіотичних взаємовідносин між партнерами.

5. Вперше показано, що при інокуляції насіння різними штамами ризобій активність лектинів у різних органах люпину і особливо у бульбочках суттєво відрізняється і залежить від ефективності штаму. Встановлена пряма залежність між лектиновою та азотофіксувальною активностями бульбочок, що вказує на безпосередню участь лектинів у функціонуванні нітрогеназного комплексу.

6. Встановлено, що сумісна дія бульбочкових бактерій та лектинів гомологічних (специфічних) їм рослин позитивно впливає на нодуляційний процес, азотофіксувальну активність бульбочок та продуктивність рослин і залежить від концентрації лектину в інокуляційній суспензії та умов вирощування рослин. Це свідчить про те, що лектини як сигнальні молекули опосередковано, через бактеріальну клітину регулюють процес розвитку симбіотичної системи та активність азотфіксації.

7. Обробка гетерологічними лектинами у поєднанні з інокуляцією не сприяє стимуляції процесу азотфіксації, але збільшує масу бульбочок та масу рослин, діючи при цьому як фітостимулятор.

8. Застосування екзогенних лектинів без інокуляції значною мірою впливає на перебіг фізіологічних процесів у рослин сої, нездатної утворювати симбіоз, зокрема активізує утворення фотосинтетичних пігментів та інтенсифікує СО₂ газообмін.

9. Використання комплексної обробки насіння бобових культур суспензією ризобій і лектином призводить до підвищення їх врожайності на 15-23 % порівняно зі звичайною інокуляцією. Це дозволяє розглядати даний білок як ефектор росту і розвитку рослинного організму в цілому.

Публікації автора:

1. Кириченко О.В., Титова Л.В., Береговенко С.К., Маменко П.М. Специфіка формування симбіотичного апарату у сої при інокуляції гомо- та гетерологічними бульбочковими бактеріями // Физиология и биохимия культ. растений. – 2002. – Т. 34, № 5. – С. 443-448.

2. Маліченко С.М., Даценко В.К., Маменко П.М., Коць С.Я. Участь лектинів специфічних і неспецифічних бульбочковим бактеріям бобових рослин у формуванні і функціонуванні азотфіксувального симбіозу // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія Біологія. – 2002. – №3 (18). – С. 49-57.

3. Маліченко С.М., Маменко П.М., Коць С.Я. Вплив різних за активністю штамів роду Bradyrhizobium на динаміку лектинової активності кореневих бульбочок та функціонування азотфіксувального апарату люпину // Физиология и биохимия культ. растений. – 2002. – Т. 34, № 6. – С. 511-516.

4. Маменко П.М., Маліченко С.М., Даценко В.К., Коць С.Я. Симбіотичні властивості і продуктивність сої залежно від концентрації її лектину в інокуляційній суспензії // Физиология и биохимия культ. растений. – 2003. – Т. 35, № 3. – С. 215-221.

5. Маменко П.М., Коць С.Я., Якимчук Р.А. Динаміка активності лектинів у різних органах люпину залежно від ефективності штаму-інокулянта // Физиология и биохимия культ. растений. – 2004. – Т. 36, № 2. – С. 139-146.

6. Маліченко С.М., Даценко В.К., Маменко П.М. Адсорбція бульбочкових бактерій корінням специфічних та неспецифічних їм бобових рослин В кн.: Онтогенез рослин, біологічна фіксація молекулярного азоту та азотний метаболізм. – Тернопіль, 2001. – С. 95–98.

7. Маменко П.М., Береговенко С.К. Вплив інокуляції різними за активністю штамами Bradyrhizobium sp. (Lupinus) на динаміку лектинової і азотфіксувальної активностей кореневих бульбочок люпину // Тези доповідей VIII Конференції молодих учених «Сучасні напрямки у фізіології та генетиці рослин» (23–25 жовтня 2002 р.). – К: «Логос». – С. 21.

8. Mamenko P.N., Malichenko S.M. Lectin and nitrogen fixation activity changes of root nodules of lupine, inoculated with Bradyrhizobium sp. (Lupinus) strains of various activity // 20th Intern. Lectin Meeting "Interlec 20": Abstr. – Copenhagen, 2002. - P. 108.

9. Mamenko P., Beregovenko S., Kots S. The influence of soybean seeds treatment with exogenous homologous lectin on the vegetative mass growth. Nitrogen fixation activity and yield // XXXII Annual Meeting and International Union of Radioecology Working Group Soil-to-Plant Transfer Annual Meeting: Book of Abstracts and Plenary Lectures. – Warsaw, Poland, 2002. – P. 91.

10. Mamenko P.N., Beregovenko S.K., Kots S.Ya. Influence of a miсrosymbionte–lectin complex on nitrogen fixation and productivity of soybeans // Abstracts of International conference «New technologies of isolation and application of biologically active substances»., Alushta, Crimea, Ukraine, May 20–25, 2002. – P. 242.