Роль плазмодесм в формировании вегетативного тела высших растений: эволюционный аспект

Номер гранта:13-04-02000
Область научного знания:биология и медицинские науки
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2013г.
Руководитель: Войцеховская О.В.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Проект посвящен изучению роли уникальных для высших растений каналов межклеточных коммуникаций – плазмодесм – в формировании вегетативного тела растений. Для цветковых растений установлена ключевая роль межклеточного переноса по плазмодесмам регуляторов развития (микроРНК, белков-факторов транскрипции, а также их мРНК) в морфо- и гистогенезе. Для представителей других таксонов высших растений такие исследования не проводились, хотя они существенно отличаются от цветковых растений по структурно-функциональной организации плазмодесменных сетей и процессов роста. Нами начато изучение этого феномена у эволюционно древней группы высших растений - плаунов. В рамках проекта предполагается включить в анализ представителей не изучавшихся до настоящего времени в этом аспекте таксонов: Picea abies (хвойные), и Ceratopteris richardii (папоротникообразные). Для этих видов уже имеется значительный пласт структурных и молекулярно-генетических данных, которые вкупе с собственными наработками по молекулярно-биологическим исследованиям несеменных растений составят базу для выполнения проекта. В ходе выполнения работ по проекту у P. abies и C. richardii будет изучаться межклеточный транспорт по плазмодесмам транскрипционных факторов, кодируемых гомологами гомеобоксных генов семейства KNOX. Для апикальных меристем P. abies и C. richardii будет изучаться: (1) локализация транскриптов генов-гомологов KNOX (HBK1 для P. abies, CrKNOX1 для C. richardii); (2) локализация белков-продуктов этих генов; (3) распределение плазмодесм. Сопоставление клеточных доменов, где (а) идет транскрипция генов KNOX, и (б) функционально активны белки KNOX, с данными об их cимпластной организации позволит судить о клеточной автономности/неавтономности белков KNOX у представителей папоротникообразных и голосеменных растений. Вторую часть работ по проекту составит анализ способности белка-гомолога KNOX представителя базального отдела плаунообразные Selaginella kraussiana SkKNOX1 функционально комплементировать мутанты-нокауты цветкового растения Arabidopsis thaliana по гену семейства KNOX stm. Для этого в ходе выполнения проекта будет сконструирован вектор для экспрессии кДНК SkKNOX1 под контролем промотора гена STM. Результаты проекта позволят впервые определить, в какой степени селективный межклеточный транспорт информационных макромолекул по плазмодесмам является консервативным механизмом, характеризующим морфогенез всех высших растений, и предоставят важный материал для понимания молекулярных механизмов развития растений и их эволюционной истории.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Проект посвящен изучению роли уникальных для высших растений каналов межклеточных коммуникаций – плазмодесм – в формировании вегетативного тела растений. Межклеточный перенос по плазмодесмам регуляторов развития (микроРНК, белков-факторов транскрипции, а также их мРНК) играет ключевую роль в морфо- и гистогенезе цветковых растений. Однако, неизвестно, существует ли этот механизм у представителей других таксонов высших растений, которые принципиально отличаются от цветковых по структурно-функциональной организации плазмодесменных сетей и процессов органогенеза, и если да, то каким образом он реализуется. Цель проводимых исследований – пролить свет на этот вопрос. В качестве модельной системы используется апикальная меристема побега, в которой исследуется селективный межклеточный транспорт по плазмодесмам консервативной группы регуляторов транскрипции, участвующих в морфогенезе всех высших растений - белков-гомологов KNOX. Поскольку для всех модельных объектов, не относящихся к цветковым растениям, в том числе изучаемым в рамках данного проекта, нет методик трансформации, то есть невозможно экспрессировать флуоресцентно меченые KNOX-белки и следить напрямую за их перемещением между клетками, то о неклеточно-автономном действии гомологов KNOX приходится судить по сравнению паттернов локализации транскриптов KNOX-гомологичных генов и локализации самих белков. В рамках настоящего проекта анализировались представители не изучавшихся до настоящего времени в этом аспекте таксонов Хвойные (Picea abies) и Папоротникообразные (Ceratopteris richardii). Достижение поставленных целей требовало, чтобы для апикальных меристем побега этих растений был этаблирован комплекс методов высокотехнологичных методов цитологии, биохимии и молекулярной биологии. Особое внимание было уделено таким методикам как (1) локализация транскриптов генов-гомологов KNOX (HBK1 для P. abies, CrKNOX1 для C. richardii) методом гибридизации РНК-РНК in situ на срезах апикальных меристем; (2) подбор антител, специфично распознающих гомологи KNOX у объектов исследования и локализация белков KNOX методом иммуногистохимии на срезах апикальных меристем; (3) иммуномечение плазмодесм с целью определения границ симпластических доменов в апикальных меристемах. Кроме того, планировалось создание вектора для экспрессии кДНК гомолога KNOX из несеменного плаунообразного растения Selaginella kraussiana SkKNOX1 под контролем промотора KNOX-гена STM в арабидопсис, который в дальнейшем планировалось использовать для комплементации stm-мутантов арабидопсис гомологичным белком из несеменного растения. В ходе реализации проекта большинство поставленных задач были решены, либо были намечены пути решения выявленных при работе над проектом проблем. Нам удалось выполнить отработку метода локализации транскриптов генов интереса на апикальных меристемах модельных объектов P. abies и C. richardii, решив такие крупные проблемы, как (1) присутствие большого количества мешающих соединений – смол, лигнинов, полисахаридов (P. abies) и (2) минимальный размер апикальной меристемы (всего 8 клеток у C. richardii), что требовало полной ре-адаптации большинства цитологических методик в лаборатории коллектива исполнителей. Удалось существенно повысить разрешение метода маркирования плазмодесм с помощью антител к каллозе и использования конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Не удалось подобрать специфичных к гомологам KNOX хвойных и папоротникообразных антител, в связи с этим в дальнейшем нами будет инициировано создание антител к пептидам белков CrKNOX1 и HBK1, что позволит решить задачи проекта в части локализации белков-гомологов KNOX в клеточных доменах апикальных меристем P. abies и C. richardii.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 17.07.2019.

Библиография

Приведена в авторской редакции.
Помог ли вам материал?
0    0