Регуляция функционирования апикальных меристем побега плаунообразных как наиболее древних сосудистых растений.

Номер гранта:14-04-01397
Область научного знания:биология и медицинские науки
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2014г.
Руководитель: Романова М.А.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Ныне живущие представители отдела плаунообразные являются наиболее эволюционно древними сосудистыми растениями, предки которых появились на земле около 400 миллионов лет назад, и сохраняют черты их структурно-функциональной организации. Эта группа является сестринской по отношению к другим сосудистым растениям; такие важные органы как листья возникли у этой группы независимо от таковых у линии папоротникообразные/семенные растения (микро- и мегафильная линии эволюции, соответственно). Образование листьев осуществляется в апикальной меристеме побега (АМП), которая у плаунообразных отличается по структурной и симпластической организации от АМП семенных растений. Гормональная и молекулярно-генетическая регуляция функционирования АМП представителей плаунообразных исследована крайне мало. Внутри отдела плаунообразных можно выделить два класса, различающиеся структурной организацией АМП: это разноспоровые плауны кл. Isoetopsida, у которых моноплексная структура АМП аналогична таковой папоротникообразных, и равноспоровые плауны кл. Lycopodiosida, у которых симплексная структура АМП сходна с таковой голосеменных растений. В силу особого филогенетического положения плаунообразных представляет большой интерес изучить, насколько механизмы функционирования АМП у представителей этого отдела сходны с таковыми АМП линии папоротникообразные/семенные растения. В настоящее время завершено секвенирование генома Selaginella moellendorfii (кл. Isoetopsida). В рамках проекта предполагается исследовать гормональную и молекулярно-генетическую регуляцию АМП представителей плаунообразных с контрастной структурой АМП – Selaginella kraussiana и S. moellendorfii (моноплексная АМП) и Huperzia selago (симплексная АМП). Будут проведены исследования локализации белков-транспортеров ауксина в клеточных доменах АМП, изучено влияние цитокинина на образование вторичных плазмодесм между клетками АМП, исследована зависимость органогенеза в АМП от света и гиббереллина. Кроме того, будет изучена локализация транскриптов гомологов генов, ответственных за органогенез листовых примордиев (ARP). Для этого будут использованы как доступные в базах данных последовательности генов-гомологов ARP для Selaginella, так и проведен анализ транскриптома АМП Huperzia selago с помощью секвенирования на платформе Illumina, который впервые предоставит новую информацию о генах, экспрессирующихся в симплексной АМП равноспорового плауна. Полученные в результате выполнения проекта новые данные о принципах функционирования АМП представителей плаунообразных предоставят важный материал для понимания молекулярных механизмов развития растений и их эволюции.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

В проекте исследовались гормональные и молекулярно-генетические механизмы регуляции функций апикальной меристемы побега (АМП) у представителей плаунообразных - древнего таксона высших растений со структурой АМП, отличающейся от таковой покрытосеменных растений. До настоящего времени единственным модельным объектом для описания молекулярно-генетических особенностей плаунообразных служила Selaginella moellendorffii (Selaginellales). Однако, выполненные нами секвенирование и анализ транскриптома верхушек побегов равноспорового плауна Huperzia selago показали значительную филогенетическую удаленность порядков Lycopodiales и Selaginellales: их предполагаемая дивергенция произошла около 376 млн лет назад. Это дало основание предположить значительные различия в генетической регуляции процессов морфогенеза у представителей этих порядков. Поиск среди последовательностей, обнаруженных в транскриптоме верхушек побегов Huperzia selago, транскриптов гомологов транскрипционных факторов, отвечающих за баланс между программами недетерминированности (KNOX) и органогенеза (ARP и YABBY), позволил впервые получить сведения о молекулярно-генетической регуляции АМП симплексного типа у несеменных растений. Филогенетический анализ показал независимую дупликацию KNOX генов I класса у равноспоровых и разноспоровых плаунов и позволил предположить, что появление симплексной АМП Lycopodiales, скоррелированное с появлением вторичных плазмодесм, могло обусловить эволюцию группы белков KNOX I класса в сторону приобретенияя способности к межклеточному транспорту через этот тип плазмодесм. В то же время отсутствие в последовательностях белков KNOX I класса у плаунов как с моноплексной, так и с симплексной АМП аминокислот, связанных у Arabidopsis с неклеточноавтономностью, противоречит механизму ч селективного транспорта белков KNOX через плазмодесмы плаунообразных. В транскриптоме Huperzia selago впервые для несеменных растений выявлены гомологи генов YABBY, и не обнаружено гомологов ARP (что было подтверждено иммуноблоттингом и ПЦР с вырожденными праймерами). Выполненный филогенетический анализ гомологов YABBY дал основание предположить, что у общего предка равно- и разноспоровых плаунов гомологи обоих этих генов могли быть задействованы для подавления транскрипции генов KNOX I класса. Утеря ТФ YABBY у Selaginellales, и ARP - у Lycopodiales, возможно, связана с дивергенцией механизмов регуляции в моноплексной и симплексной АМП; возможно также, что для запуска и реализации программы образования микрофилльных листьев достаточно лишь одного из этих ТФ. Полученные в ходе выполнения проекта данные можно рассматривать и как аргументы в поддержку новейшей гипотезы о том, что программа развития как микрофилльных, так и теломных листьев возникла на базе единой программы образования в АМП спорангиев (Vasco et al., 2016). Выявленное специфическое связывание полученных к белкам PIN2 Arabidopsis антител с гомологами PIN Selaginella kraussiana, Selaginella moellendorffii и Huperzia selago позволяет предположить, что полярный транспорт ауксина может быть вовлечен в регуляцию органогенеза как в моноплексной, так и в симплексной АМП плаунообразных. Выявленное достоверное отсутствие увеличения плотности плазмодесм при обработке АМП Huperzia selago экзогенными синтетическими цитокининами позволило сделать заключение о цитокинин-независимой индукции формирования вторичных плазмодесм в симплексной АМП плаунообразных, в отличие от цветковых растений.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 23.11.2020.

Библиография

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