Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Общность и древность происхождения БТШ подтверждается тем, что строение регуляторного элемента и транс-фактора у простейших, растений и животных очень похоже, а следовательно, консервативен и механизм регуляции работы генов этих белков.
С началом синтеза БТШ синтез других белков в клетке замедляется или останавливается. Это может быть связано со следующими особенностями: как правило, у гена БТШ интроны отсутствуют, что резко сокращает временные и энергетические затраты на процессинг; матрицы БТШ имеют преимущество перед мРНК других белков при образовании полисом^. Это связано со строением их лидирующей последовательности и З’-конца.
Абсолютное количество БТШ и других стрессовых белков Даже в максимуме их концентрации весьма незначительно и фиксируется лишь с помощью радиоактивной метки. Всего описано около 100 различных индивидуальных БТШ.
Помимо БТШ, синтез которых стимулируется главным образом цитокининами и брассиностероидами, растение способно синтезировать еще ряд групп стрессовых белков, большое внимание среди которых вызывают белки синикации (БС), активируемые абсцизовой кислотой. Эти белки обеспечивают связывание воды в растении, а следовательно, и такие процессы, как высыхание семян, противостояние осмотическому и солевому стрессам, резким потерям воды при усиленной транспирации.
БС изучены гораздо хуже БТШ, о них пока известно лишь то, что они представляют собой белки с очень высокой степенью гидрофильности. Это обусловливает их свойство образовывать коллоидные растворы, создавая в клетке запас воды, подобно губке.
Уровень БС, образующихся в ответ на осмотический или солевой стресс, все чаще используют в качестве показателя засу-хо- и солеустойчивости растений.
В практике растениеводства давно используется закаливание, позволяющее, постепенно воздействуя внешними факторами, подготовить растение к пересадке в более жесткие условия выращивания. Физиологическая суть закаливания заключается именно в постепенном увеличении уровня стрессовых белков, что обеспечивает выживание организма в изменившихся условиях внешней среды. С открытием этого свойства фитогормонов появились дополнительные возможности по повышению устойчивости растений к абиотическим стрессам.
Химики и физиологи растений во всем мире сейчас активно ищут препараты, обладающие антистрессовым действием. Показано, что аналоги цитокинина могут успешно проявлять такой эффект. Однако близкие структурные аналоги цитокининов (6-БАП, кинетин) из-за высокой стоимости не получили широкомасштабного применения. Возможно, что выход из создавшегося положения найден с производством в стране картоли-нов — отдаленных структурных аналогов цитокининов. Общий характер регуляторного действия в этом случае достигается близкой конфигурацией молекул и сходным расположением вероятных сайтов связывания с белковым рецептором.
Картолины были вначале отобраны как заменители цитокининов для поддержания роста культуры растительных клеток. При последующих исследованиях оказалось, что эти вещества обладают широким спектром действия, например, придают обработанным растениям зерновых (ячмень, пшеница, рожь) устойчивость к недостатку влаги, высоким и низким температурам, а также к грибным патогенам (см. приложение).
Такая полифункциональность обусловлена присущим кар-толинам свойствам стимулировать синтез различных стрессовых белков, активность генома и метаболизм растений. Повышение морозоустойчивости озимой пшеницы и ячменя, обработанных картолином, достигается за счет возрастания отношения сухой массы к сырой, количества связанной в клетках воды к свободной, а также накопления углеводов и водорастворимых белков. Это указывает на интенсификацию биосинтетических процессов, вследствие которой задерживается рост клеток растяжением, а следовательно, их вакуолизация, растет объем цитоплазмы, поддерживается структурная и пространственная организация, позволяющая тканям переносить сильное промораживание.
Активизация метаболизма отмечается и при развитии засухоустойчивости у обработанных картолином растений. Она является результатом стимулирования в клетках, испытывающих водный дефицит, РНК-полимеразной активности, ускорения синтеза белков и повышения температурного порога их денатурации, предотвращения распада полисом, стабилизации мембранной системы хлоропластов, обеспечивающей поддержание биосинтеза хлорофилла и его фотохимической активности.
Несмотря на отмеченные положительные свойства картоли-нов, им присущи и недостатки. Так, в частности, наиболее распространенный представитель семейства картолинов—карто-лин-2 не дает желаемого результата у ряда видов и сортов культурных растений, слабо метаболизируется в растительных тканях, а также способен оказывать мутагенное действие.
Другой возможностью повысить устойчивость растений к стрессовым воздействиям является применение адаптогенов. В нашей стране разрешены для промышленного применения два представителя данного класса препаратов — кремнийорганиче-ские соединения — мивал и крезацин. Это экологически безвредные препараты, обладающие широким спектром действия (см. приложение).
