Тищенко Олена Миколаївна. Морфогенез вегетативних органів вищих рослин: молекулярно-генетичні закономірності фізіологічної та структурної диференціації : Дис... д-ра наук: 03.00.12 - 2002.
Анотація до роботи:
Тищенко О.М. Морфогенез вегетативних органів вищих рослин: молекулярно-генетичні закономірності фізіологічної та структурної диференціації. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 – фізіологія рослин. Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2002.
Робота присвячена вивченню механізмів диференціювання клітин в процесі морфогенезу вегетативних органів рослин.
Експериментально обґрунтовано, що диференційна експресія генів, яка проходить на інтегральному рівні, являється ключовим компонентом молекулярних механізмів морфогенезу на ранніх етапах індивідуального розвитку рослин. Встановлено, що при фізіологічній диференціації відбувається вибіркова експресія геному, в результаті якої в клітинах спеціалізованих органів рослин транскрибуються різні кількості якісно відмінних молекул ядерних і полісомних РНК. Оцінена загальна кількість органо-специфічних мРНК та встановлено, що вони являються основним компонентом генетичних програм розвитку. Представлені дані про диференційну експресію генів в органах рослин при переході від етіоляції до фотоморфогенезу. Досліджена регуляція інтегральної експресії органо-специфічних генів на транскрипційному та посттранскрипційному рівнях. Встановлено, що більшість органо-специфічних генів, які визначають морфофізіологічні відмінності пагона і кореня, підлягає регуляції на транскрипційному рівні. Разом з тим для попередників органо-специфічних генів такого спеціалізованого органу як корінь мають місце і посттранскрипційни зміни РНК. Показана участь метилування ДНК в молекулярних механізмах диференціювання клітин в процесі морфогенезу вегетативних органів рослин. Обмірковується можлива роль ензиматичної модифікації цитозину як одного із факторів механізму клітинного диференціювання в процесі морфогенезу вегетативних органів рослин, який відбувається на рівні координованої транскрипції генів. Представлені дані про диференційну експресію генів, фрагментацію та метилування ДНК при природній запрограмованій загибелі листків рослин.
Встановлено ряд закономірностей генетичної регуляції морфогенезу вегетативних органів рослин, які поглиблюють і уточнюють пізнання механізмів диференціації клітин еукаріот в ході цього процесу. Експериментально обґрунтовано, що ключове положення в молекулярних механізмах морфогенезу займає диференційна експресія генів, яка здійснюється на інтегральному рівні і являється наслідком регуляторних процесів, які реалізуються під час транскрипції і посттранскрипційних змінах РНК. Дослідження регуляції експресії генів протягом функціонування геному як єдиної організованої структури важливе для розуміння можливостей направленої регуляції росту і розвитку рослин, в тому числі рослин, одержаних генно-інженерними методами і, в цілому, для розробки теоретичних основ регуляції їх продуктивності.
На прикладі соняшника (Helianthus annuus L.) вперше показано, що в процесі морфогенезу вегетативних органів на ранніх етапах онтогенезу вищих рослин відбувається диференційна експресія генетичного матеріалу:
- встановлена варіабельність загальної кількості функціонуючих різноманітних генів в спеціалізованих вегетативних органах, яка змінюється ~4-кратно;
- ідентифіковані органо-специфічні мРНК, що транслюються, кількість яких при реалізації генетичних програм розвитку варіює в широких межах –від ~5% до 80%;
- показана різниця в кількості різноманітних молекул РНК, які транскрибуються в ядрах спеціалізованих вегетативних органів.
Вперше встановлено, що при структурно-фізіологічній диференціації клітин на ранніх етапах онтогенезу стаціонарний рівень органо-специфічних мРНК, що транслюються, визначається комплексною системою регуляції біосинтезу білка, яка здійснюється як при транскрипції ДНК, так і при посттранскрипційних змінах РНК.
Регуляція експресії більшості органо-специфічних генів вегетативних органів рослин проходить на транскрипційному рівні.
Протягом проростання насіння спостерігається підвищення транскрипційної активності ДНК, одна з причин якої є резервування в ядрах клітин етіольованих проростків попередників органо-специфічних генів спеціалізованих органів.
Показано, що під час функціонування геному соняшника в процесі морфогенезу вегетативних органів всі різноманітні гени транскрибуються з 3.4 % загальної кількості ДНК, або з 16.5 % полінуклеотидних послідовностей ДНК, представлених в його геномі поодиноко. Причому з більшої половини останніх відбувається транскрипція різноманітних ядерних РНК.
Встановлено, що при переході програм розвитку від етіоляції до фотоморфогенезу в процесі функціонування генома відбувається диференційна експресія сотен-тисяч специфічних генів. Структурно-фізіологічна диференціація рослинних клітин, послідовність етапів якої закодована в геномі, являється результатом взаємодії генетичних програм, що запускаються внутрішніми факторами і сигналами навколишнього середовища.
Для соняшника (H. annuus). і цукрового буряка (Betavulgaris L.) вперше показано диференційне метилування цитозину в сайт-специфічних послідовностях генома в ході росту і диференціації їх клітин. Припускається участь ензиматичної модифікації ДНК в генетичній регуляції процесів морфогенезу вегетативних органів цих рослин.
Зменшення загальної кількості різноманітних функціонуючих генів в клітинах вегетативних органів соняшника супроводжується гіперметилуванням цитозину головним чином в специфічних послідовностях ДНК, які багатократно повторюються. Припущено, що ензиматичне метилування цитозину являється одним із факторів, що приймає участь в механізмах клітинної диференціації в процесах морфогенезу соняшника, який відбувається на рівні координованої транскрипції генів.
В дедиференційованих клітинах різного віку первинних калюсів апікальних меристем пагонів і коренів показано високий рівень ензиматичної модифікації цитозину CpCpGpG- i CpCpA/TGpG-послідовностей ДНК, які варіабельно метилуються в проростках in vivo.
Вперше для клітин апікальних меристем пагона соняшника встановлено, що під час їх дедиференціації in vitro з послідуючою редиференціацією і органогенезом проходить зміна рівнів метилування цитозину в специфічних послідовностях ДНК на стадії формування вегетативної бруньки. Модель метилування ДНК, яка є характерною для вегетативної бруньки in vitro, підтримується в процесі морфогенезу вегетативних органів в ювенільному періоді онтогенезу соняшника. Одержані дані свідчать на користь гіпотези про участь метилування в процесах диференціації клітин з утворенням спеціалізованих органів рослин.
Вперше показано, що під час переходу клітин листків вищих рослин до запрограмованої їх загибелі (ЗЗК) відбувається активне функціонування геному: на фоні зменшення загальної кількості різноманітних генів, відбувається транскрипція нових генів. Цей процес супроводжується зміною рівнів метилування залишків цитозину в паліндромних мотивах ДНК, для яких властиве як гіпо-, гіпер-, так і підтримуюче метилування. Припускається, що ензиматична модифікація цитозину являється одним із факторів, який приймає участь в молекулярних механізмах ЗЗК.
Протягом природної ЗЗК листків відбувається деградація ядерної і сумарної ДНК з формуванням безперервного спектру фрагментів, причому олігонуклеосомної фрагментації молекул ДНК не спостерігається Вперше встановлено, що характерна ознака цього процесу - конформаційні зміни фрагментів сумарної ДНК, які пов’язані з частковою дестабілізацією їх подвійної спіралі. Це свідчить про диференційні механізми деградації ДНК під час запрограмованій загибелі рослинних клітин.
Публікації автора:
Лобов В.П., Тищенко Е.Н., Кунцевич В.И. Сложность нуклеотидных последовательностей полисомной РНК вегетативных органов подсолнечника //Физиология растений. – 1991. – 38, вып.6. – С. 1111-1116.
Лобов В.П., Тищенко Е.Н., Кунцевич В.И. Количество и разнообразие транслируемых мРНК проростков и листьев подсолнечника //Доповіді Національної академії наук України – 1992.- №5. – С.135-137.
Тищенко Е.Н., Сакало В.Д., Кунцевич В.И., Билинская А.Т. Сложность ядерной РНК проростков и корней подсолнечника //Доповіді Національної академії наук України – 1994.- №8. – С.162-165.
Тищенко Е.Н. Некоторые особенности организации нуклеотидных последовательностей ДНК культурных растений //Физиология и биохимия культ. растений.-1996.-28,№3.-С.196-205.
Тищенко Е.Н., Кунцевич В.И., Билинская А.Т., Лобов В.П. Ядерная ДНК вегетативных органов Helianthus annuus //Физиология растений.-1996.-43,№2.-С.213-219.
Тищенко Е.Н Посттранскрипционные изменения яРНК в органогенезе подсолнечника //Физиология и биохимия культ. растений.-1998.- 30,№1.-С.44-48.
Тищенко Е.Н. Усиление транскрипционной активности генома подсолнечника при прорастании //Физиология и биохимия культ. растений- 1998.- 30,№5.-С.380-385.
Петров И.А., Курчий В.М., Тищенко Е.Н. Анализ поли(А)+-мРНК в процессе развития корнеплодов сахарной свёклы // Физиология и биохимия культ. растений.-1998.-30,№3-С.175-179.
Тищенко Е.Н. Дифференциальное метилирование внешнего остатка цитозина ЦЦГГ- последовательностей ДНК проростков подсолнечника //Доповіді Національної академії наук України.-1999.-№10.-С.165-167.
Тищенко Е.Н., Курчий В.М., Петров И.А. Вариабельность РНК в морфогенезе листьев сахарной свёклы и подсолнечника //Укр. біохім. журнал- 1999.-71,№5.-С.29-35.
Тищенко Е.Н. Метилирование ДНК и экспрессия генома проростков подсолнечника //Физиология и биохимия культ. растений. - 2000. - 33,№2.- С.133-139.
Тищенко Е.Н., Корж Л.П. Вариабельность метилирования внешнего цитозина CCGG- последовательностей ДНК побегов и каллусов меристем подсолнечника //Биополимеры и клетка. - 2000. – 16,N3.- С.220-224.
Тищенко Е.Н., Топчий Н.Н. Вариабельность метилирования ДНК проростков сахарной свёклы //Доповіді Національної академії наук України.—2000.- №6.-С.184-187.
Тищенко Е.Н., Ефименко О.М. Метилирование ДНК в листьях подсолнечника //Физиология и биохимия культ. растений. – 2000.- т.32,№6.- С.517-523.
Тищенко Е.Н., Топчий Н.Н. Вариабельность метилирования ДНК в морфогенезе сахарной свёклы // Укр. біохім. журнал. – 2001. – 73,№2. – С.91-96.
Тищенко Е.Н., Корж Л.П., Бережная В.В. Органогенез подсолнечника в культуре in vitro сопровождается сайт-специфичным метилированием ДНК //Доповіді Національної академії наук України . – 2001. - №1. – С.181-184.
Тищенко Е.Н., Корж Л.П. Гипометилирование ДНК побегов подсолнечника // Биополимеры и клетка -2001.-№2. – С.140-146.
Тищенко О.М., Топчий Н.М., Демидов С.В. Фрагментація ДНК при старінні листків цукрового буряку (Beta vulgaris L.) //Вісник. Київський нац. університет. Біологія.-2001. – вип.33. – С.22-25.
Тищенко О.М., Кунцевич В.І. Експресія генів у морфогенезі соняшника супроводжується сайт-специфічним гіпометилуванням ДНК // Фізіологія рослин в Україні на межі тисячоліть. - 2001. – Том 1. – С.410-413.
Тищенко О.М., Топчій Н.Н., Ефіменко О.М. Варіабельність метилування ДНК і транскрипція мРНК паростків Helianthus annuus L i Beta vulgaris L. // Генетика і селекція в Україні на межі тисячоліть. 2001.– Том 1. – С.398-402.
Тищенко Е.Н., Кунцевич В.И. Метилирование ДНК и экспрессия генов растений // Физиология и биохимия культ. растений. – 2002. – 34,№3. – С.213-226.
Тищенко Е.Н., Кунцевич В.И. Экспрессия структурных генов подсолнечника // Материалы Международной конференции «Молекулярная генетика и биотехнология».- Мн.,1998.-С.112-113.
Тищенко О.М., Кунцевич В.І. Нуль-мДНК паростків соняшника // VI Український біохімічний з’їзд. Тези доповідей. – Київ. - 1992. – ч. – С.209.
Тищенко О.М., Кунцевич В.І., Москаленко О.В., Лобов В.П. Варіабельність складності нуклеотидних послідовностей РНК коренів та паростків соняшника //II з’їзд Українського товариства фізіологів рослин. Тези доповідей. – Том.2.- Київ. – 1992.. – С.94-95.
Tishchеnko E.N. Kuntchevich V. I., Bilinskaya A.T. Nuclear RNAs in sunflower //9th FESPP Congress. - Brno. – 1994. –P.11.
Tishchеnko E.N. Kuntchevich V. I., Bilinskaya A.T. Post-transcriptional regulation of some structural genes of sunflower //Congresul 1. Prolemele fiziologiei si biochemiei plantelor.- Shsinau. - 1994. - P.85.
Tishchеnko E.N. Kuntchevich V. I. Post-transcriptional alteration of sunflower RNA //10th FESPP Congress, 1996.-C.25.
Tishchenko E.N Increase in transcriptional activity of sunflower genome at germination //The 11th FESPP Congress,-Varna. - 1998.-P.94.
Tishchеnko E.N, Korzh L.P. Sunflower DNA methylation at specific site is causally related to gene inactivation //II International Symposium on Plant biotechnology. – Kiev. - 1998. -P.136.
Tishchеnko E.N, Topchiy N.N. Leaf senescence: site-specificity of DNA methylation //12th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology {ISSN 0981-9428 v.38 – Supplement, August 2000 - P.60.
Тищенко Е.Н., Корж Л.П. Тканеспецифичность метилирования Msp-I сайтов ДНК у проростков подсолнечника //IV съезд общества физиологов растений России. -М.- 1999 – Том 2. - С.782.
Тищенко Е.Н., Топчий Н.Н. Дифференциальное метилирование ДНК подсолнечника и сахарной свёклы //Международная конференция “Регуляция роста, развития и продуктивность растений. - 1999. – С.110-111.
Tishchеnko E.N. Sugar beet leaf death is not apoptotic: characterization of DNA degradation /“Intracellular Signalling in Plant and Animal Systems”. - Programme and abstracts. – Kiev .- 2001.- P.104.
