Реферат: Гаметоциды и их применение в селекции

14

как это было показано с экзогенно добавленным меченым ти-мидином, который быстро проникал в ткани тапетума и вклю­чался в ДНК микроспор [72]. Наиболее вероятно, что синтез РНК в тапетуме и микроспорах материнской клетки пыльцы независим. Однако это не исключает, что тапетум, особенно в ранний период формирования микроспор, частично постав­ляет предшественников РНК в спорогенную ткань [94]. В та­петуме имеется довольно большой рибосомальный пул, кото­рый, по-видимому, полностью деградирует вместе с ним или может поставлять предшественников РНК для последнего периода синтеза РНК в развивающихся спорах [101].

Роль тапетума в белковом синтезе может быть объяснена с точки зрения синтеза специфических энзимов, связаннь1х с мейозом или другими процессами в спорогенной ткани. До­пустимо участие тапетума и в распределении белкового ре­зерва. Высокая пропорция piPHK в его тканях свидетельст­вует о синтезе белков de novo, часть ,из которьгх откладыва­ется как запасные в микроспорак [28, 137]. Обработка гаме­тоцидными препаратами вызывает репрессию синтетических процессов белка в результате вмешательства этих физиоло­гически активных веществ во взаимосвязь процессов ДНК— РНК—белок [13, 19,29, 30, 104, 120]. Выяснение сущности про­цессов индукции мужской стерильности лежит в этой обла­сти. Эффект ГМК на ростовые процессы посредством дейст­вия ингибитора на обмен нуклеиновых кислот — эксперимен­тально установленный факт [29]. Значительное влияние ока­зывает ГМК на рибосомальную фракцию РНК путем изме­нений в процессах биосинтеза ДНК [19]. Возможно, что спе­цифичность действия ГМК проявляется на уровне репрессии синтеза биокаталитически активных белков именно той фрак­ции, которая ответственна за синтез и распад ДНК. При воз­действии ГМК наступает уменьшение фосфорелированных богатых лизином гистоновых фракций, количество которых в активноделящихся клетках при нормальных физиологических условиях значительно выше. Такое изменение в соотношении гистоновых фракций оказывает влияние на матричную актив­ность ДНК, что приводит к нарушению мейотического цикла. Не исключено, что изменение соотношения форм гистонов под влиянием ГМК создает условия для атаки и расщепления ДНК'азой доступных участков ДНК, о чем свидетельствует возросшая активность этого энзима у растений, обработан­ных ГМК [19].

ГМК как гаметоцид не проявляет высокой селективности действия, так как параллельно оказывает влияние на мери-стематическую ткань, где стимулирует процессы распада и ингибирует синтетическую активность клеток [29]. Очевидно,

15

'этим объясняются негативные эффекты, наблюдаемые при опрыскивании растений растворами ГМК: задержка в росте и развитии, морфологические аномалии и т. д. [20, 125].

Изменения в деятельности центров, программирующих природу синтезируемых белков и регулирующих их синтез, при включении механизмов стерильности вызывают сложные сдвиги в ферментативных системах. Низкая активность раз­личных энзиматшческих комплексов стерильных аналогов ози­мой пшеницы и угнетение активности окислительно-восстано­вительных процессов, лежащих в основе метаболизма, про­являются на ранних этапах формирования ,и развития микро­спор [6, 128]. Дезорганизация в энзиматических системах вы­зывает дисбаланс в аминокислотном, углеводном и нуклеино­вом пулах.

Хлорированные производные аляфатических карбоновых кислот, применяемые в качестве гаметощидов, вызывают на­копление в тканях пыльников большого количества аминокис­лот (а-аланина, р-аланина, аспарагиновой, глутаминовой, се-рина и др.), одновременно резко снижается содержание про-лиаа [8, 26, 43].

При сравнительных исследованиях мужской стерильности у различных видов растений отмечены изменения в соотно­шении отдельных аминокислот в аминокислотном пуле. Коли­чественный и качественный состав аминокислот обусловлены механизмами цитоплазматической регуляции и спецификой метаболизма растения. Так, в стерильных пыльниках сорго по сравнению с фертильными установлена анормальная акку^-муляция глицина и заниженное содержание аспарагиновой .кислоты, серина и аланина. М. W. Brooks, J. S. Brooks и -L. Chien [52] считают, что в данном случае специфическим признаком, обусловливающим мужскую стерильность, явля­ется блокирование глицина в синтезе пурина. У других ли­ний сорго с ЦМС обнаружено повышенное содержание трео-нина по сравнению с фертильными растениями. Пыльники последних включали больше аланина, глутаминовой кислоты и тирозина [43]. Вероятно, от типа стерильности и этапа, на котором возникают нарушения в синтетических процессах .клетки, зависит накопление или ингибирование образования определенных аминокислот.

.Сравнительные исследования содержания аминокислот у различных растений с разными формами мужской стериль­ности (функциональной, цитоплазматической и ядерной) по­казали, что во всех случаях было высокое содержание аспа-рагина' и низкое — пролина по сравнению с фертильными растениями [26, 43, 46]. Последующие эксперименты подтвер-

16

дили, что пыльники стерильных аналогов линий, получен­ных на основе цитоплазмы Т. timopheevi, характеризовались

-высоким содержанием свободного аспарагина и низким — пролина. Среди связанных аминокислот сохраняется та же закономерность [118].

^   Индукция мужской стерильности при использовании хими­ческих соединений, обладающих гаметоцидной активностью

'-(RMiK, FW-450 4- гиббереллин), сопровождалась аналогич­ными изменениями в аминокислотном пуле растений кукуру­зы: накоплением больших количеств a-алани'на, аспарагиновой

•и глутаминовой кислот, серина у стерилизованных растений с одновременным резким блокированием синтеза пролина [26]. Часть аспарагиновой кислоты подвергалась дальнейше­му аминированию, что приводило к образованию амида, со­держание которого у стерилизованных растений в отдельных случаях достигало 2%, или приблизительно половины от об­щей суммы всех свободных аминокислот [8]. Отмеченный мно­гими авторами дефицит пролина у растений с различным ти­пом мужской стерильности предполагает торможение синте­за белка путем включения механизмов мужской стерильно­сти на более ранних этапах белоксинтетической системы (при синтезе аминокислот), в результате чего тормозятся процес­сы аминирования.

Полноценное питание в течение микроспорогенеза и раз­вития пыльцы обусловливает нормальное развитие генера­тивных клеток. Массовое накопление свободного пролина на­чиналось после завершения мейоза, а в фазе тетрад он был обнаружен в заметных количествах [8]. Эта аминокислота при­нимает участие в ряде общих реакций метаболизма: активи­рует дыхание растительных тканей, регулирует поглощение кислорода, является донором NHz-групп при синтезе некото­рых аминокислот и стимулирует синтез хлорофилла [8]. Про-лин относят к числу характерных аминокислот щелочных ядерных белков-гистонов и протаминов, несущих генетиче­скую функцию в поддержании определенной структуры ДНК [9]. Влияние этой аминокислоты на активность генома связано с критическими этапами в развитии, когда незначительные структурные перестройки могут иметь решающее значение. Исключительно высокое содержание пролина в тканях гаме-тофита обусловливает определенную физиологическую «на­грузку», которую он выполняет в процессах формирования пыльцы.

В пыльце диплоидных сортов содержание пролина в два раза выше, чем в пыльце триплоидных, имеющих пониженную трертильность [8]. Эти данные свидетельствуют, что пролин .занимает особое место среди других аминокислот при форми-2—10287                                              17

ровании пыльцы и, возможно, является определяющим мета­болитом нормальных физиологических процессов.

Пролин пыльцы, по-видимому, вовлекается в самые ран­ние фундаментальные реакции гаметогенеза, и его дефицит в пыльниках может иметь прямое отношение к абортивности пыльцы. Содержание пролина начинает .снижаться на стадии мейоза и становится прогрессивным к периоду интерфазы микроспор, когда уже наблюдается дегенерация пыльцевого зерна. Дефицит пролина — это следствие некоторых дефек­тов в мейозе или в предшествующей стадии микроспорогене-за [118]. Параллельно накопление глутаминовой кислоты в стерильных пыльниках свидетельствует о торможении про­цессов превращения ее в пролин, предшественником которого она является. Относительно высокое содержание аспарагина в пыльниках растений с мужской стерильностью также обус­ловлено метаболическими отклонениями.

Индукция мужской стерильности вносит свои коррективы в биосинтетические процессы не только генеративных органов, но и всего растения. Общее содержание аминокислот в семе­нах и вегетативных органах стерильных растений пшеницы выше, чем фертильных, на 8%, что можно объяснить специ­фикой метаболической активности митохондрий стерильных растений [46, 63]. У нормально развивающихся растений на­копление свободного пролина начинается после редукционно­го деления и осуществляется за счет притока пролина из ве­гетативных органов [8].

Наблюдения за изменениями в динамике развития орга­низма, происходящими под влиянием веществ с гаметоцидной активностью во взаимосвязанной системе ДНК—iPHiK—бе­лок—аминокислоты, показали, что наиболее быстро и в зна­чительной степени изменяются активности энзиматических систем, затем проявляются ответные реакции в обмене нук­леиновых кислот и белка и относительно с большим опозда­нием осуществляются процессы, приводящие к изменению соотношения свободных аминокислот, органических кислот и аммония [98].

Многообразие действия хлорированных алифатических кислот на растительный организм предполагает возможность индуцирования мужской стерильности путем блокирования .разнообразных метаболических путей.

Попытки связать механизм избирательного действия были сделаны при изучении ряда хлорированных производных али-фатических карбоновых кислот, проявивших гаметоцидные свойства. Одним из предполагаемых механизмов селективного действия ар-дихлоризомасляной (FW-450) и трихлоруксус" ной (ТХУ) кислот считают торможение ферментативного син-

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13