Вероятно, особенности рРНК зерна определяют не только морозоустойчивость, но в целом - неспецифическую устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды, так как ранее было показано, что магний-зависимые процессы синтеза белка в бесклеточной системе синтеза белка (in vitro), а также закономерности магний-зависимого распада суммарной поли(А)-содержащей мРНК и ряда ген-специфических мРНК отражают сортовую неспецифическую устойчивость.
Катионы магния (Mg++) являются существенным компонентом белоксинтезирующей системы живой клетки, они играют значительную роль в образовании рибосом и полирибосом, в формировании структуры всех видов РНК. Эффективный процесс синтеза белка, а также эффективный процесс распада РНК как in vivo, так и in vitro невозможны в отсутствие Mg++. Вероятно, неспецифическая реакция на стресс, молекулярный механизм которой осуществляется через влияние катионов Mg++ на дифференциальную стабильность мРНК и рРНК зрелого зерна, определяет энергию прорастания зерна и особенности всего онтогенеза растения.
Есть основания предполагать, что катионы Mg++ стимулируют укорочение терминальной поли-А-последовательности, определяющей стабильность и трансляционную активность мРНК, через усиление прочности определённых структур (например, шпилька в 3'-нетранслируемой области мРНК), с которыми связываются белки, определяющие деаденилирование молекулы мРНК. Таким образом, морозоустойчивость озимой мягкой пшеницы, вероятно, прямо пропорциональна периоду полужизни мРНК и 25S рРНК, но обратно пропорциональна периоду полужизни 18S рРНК и содержанию катионов Mg++ в РНК Возможно, стабилизация мРНК вызывает ускорение обмена рРНК, что необходимо для эффективного функционирования рибосом [27, 28].
В ряду сельскохозяйственных злаков по мере увеличения морозоустойчивости озимая мягкая пшеница занимает среднее место: озимый ячмень - озимая мягкая пшеница - рожь. Аналогичный ряд выстраивается по мере снижения содержания катионов магния в зрелом зерне: озимый ячмень - озимая мягкая пшеница - рожь [10, 28]. Косвенно это свидетельствует в пользу вывода о том, что морозоустойчивость сортов озимой мягкой пшеницы обратно пропорциональна содержанию катионов магния в зрелом зерне.
Заключение
Итак, норма реакции сорта Безостая 1 на молекулярном уровне относительно узка по всем компонентам белоксинтезирующей системы - от амплитуды изменения трансляционной активности полирибосом, длины поли-(А)-хвоста мРНК, стабильности мРНК до амплитуды колебаний электрофоретического спектра рРНК [25, 27]. Это соответствует относительно высокому содержанию катионов магния в зерне Безостой 1 и реальному районированию сортов: Краснодарская 39 способна давать урожай вплоть до Самарской области, в то время как Безостая 1 давала и даёт великолепные урожаи, но в относительно узкой южной полосе.
Особенности сорта Безостая 1 образно можно представить как глухонемого человека в группе пахарей. Товарищи отвлекаются на различные развлекательные и опасные аспекты жизни, а глухонемой пашет и пашет. Поэтому в конечном итоге выясняется, что он вспахал больше всех. Но это только при условии относительно благоприятных обстоятельств.
Этот вывод позволяет объективно понять природу феномена сорта Безостая 1 и, отталкиваясь от этих знаний, заложить основу понимания сакральных молекулярно-биологических процессов, лежащих в основе селекции и определяющих её будущие успехи.
Фундаментальные исследования молекулярной биологии сорта Безостая 1 привели к прикладным исследованиям, способствовали формированию элементов молекулярных основ теории морозоустойчивости и возможности разработки простых методов оценки морозоустойчивости сортов озимой мягкой пшеницы по содержанию нуклеиновых кислот и катионов магния в зрелом зерне [3, 27, 28].
В фундаментальном плане, эти исследования привели к открытию закономерностей Mg++-зависимого распада мРНК и рРНК in vitro (система ommp) [11, 15, 23, 27]. Это событие в методологии способствовало созданию фундамента для развития новой главы в молекулярной физиологии сельскохозяйственных растений, так как новые шаги в методологии, как правило, ведут за собой длинную цепь новых фактов, которые дополняют и изменяют научное мировоззрение, предоставляют принципиально новые возможности для практики.
Литература
1) Алексеенко Ж.В. Дифференциальный распад мРНК злаков in vitro как молекулярно-кинетический маркёр эффекта взаимодействия «генотип-среда» Автореф. дис. на соиск. степени канд. биол. наук. Краснодар. Кубанский агроуниверситет. 2003. 27с.
2) Бакалдина Н.Б., Алексеенко Ж.В., Плотников В.К. Холодоиндуцированные изменения стабильности мРНК субъединицы альфа фактора элонгации трансляции 1 у проростков пшеницы и ячменя // Физиология растений. 2001. т. 48, № 6. C. 879-885.
3) Евтушенко Я.Ю., Насонов А.И., Букреева Г.И., Плотников В.К. Содержание долгоживущих нуклеиновых кислот в зрелом зерне как молекулярный маркёр морозостойкости озимой мягкой пшеницы Материалы Всероссийского симпозиума с международным участием, посвящённого 85-летию со дня рождения В.А. Кумакова «Физиолого-биохимические основы продукционного процесса у культивируемых растений», Саратов, 2010, с.26-28.
4) Иваненко Е.Е., Скаженник М.А. Идентификация подвидов риса Indica и Japonica при помощи молекулярно-физиологических признаков // Зерновое хозяйство России.2013, Т. 27, № 3,С. 11-17.
5) Киль В.И., Бибишев В.А., Плотников В.К. Неспецифический прирост трансляционной активности полисом проростков пшеницы и ячменя под действием стрессов // Физиология растений, 1991, т. 38, вып. 4, С.730-735.
6) Мельникова Е.Е., Евтушенко Я.Ю., Букреева Г.И., Насонов А.И., Плотников В.К. Содержание нуклеиновых кислот в зрелом зерне озимой мягкой пшеницы и зимующего гороха как молекулярный маркёр морозостойкости сортов // Материалы 11-ой молодёжной научной крнференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеренарии», Москва, 2011, с.42.
7) Насонов А.И. Гетерогенность свойств основных РНК-компонентов белоксинтезирующей системы клетки в связи с биологическими особенностями зерновых культур. Дисс. ... канд. биол. наук, Саратов, ИБФРМ РАН, 2008. 145 с.
8) Насонов А.И. Гетерогенность свойств РНК зерновых культур. Связь с биологическими особенностями линий и сортов, Saarbruken, LAP Lambert Academic Publishing, 2010. 190 с.
9) Насонов А.И., Полежаев С.Л., Радуль А.П., Рядчиков В.Г., Плотников В.К. Взаимосвязь содержания катионов магния (Mg++), стабильности РНК и интенсивности метаболизма в клетках эукариот // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2008, № 2(11), С.104-110.
10) Насонов А.И., Евтушенко Я.Ю., Серкин Н.В., Плотников В.К. Особенности состава зерна среднеморозоустойчивых сортов ячменя // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2012, Т. 1, № 38, с. 104 - 106.
11) Насонов А.И., Степанов И.В., Евтушенко Я.Ю., Плотников В.К. Дифференциальная стабильность 25S и 18S рибосомной РНК растений // Труды Кубанского аграрного университета, 2012, т. 1., № 38, С. 121-125.
12) Новиков Б.Н. Генетико-биохимическая гетерогенность рибонуклеаз злаковых культур в связи с разработкой новых методов отбора в селекционном процессе // Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук, Краснодар. 2000. 23 с.
13) Овчаров К.Е. Физиология формирования и прорастания семян. - М.: Колос, 1976. 255 с.
14) Плотников В.К. Стабильность мРНК как фактор регуляции экспрессии генов в клетках эукариот//Успехи современной биологии, 1992, т. 112, вып. 2, с. 186-199.
15) Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Бибишев В.А., Алексеенко Ж.В. Дифференциальная стабильность мРНК как молекулярно-генетический маркер интенсивности роста пшеницы // Сб. науч. тр. КНИИСХ к 95-летию академика ВАСХНИЛ П.П. Лукьяненко, 1996, с. 253-260.
16) Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Бибишев В.А. Российский патент № 2084133 на изобретение «Способ диагностики физиологического состояния зерновых культур» от 20 июля 1997.
17) Плотников В.К., Бакалдина Н.Б. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов: изучение дифференциального распада мРНК растений in vivo и in vitro // Генетика, 1997, т. 33, № 3, С.343-349.
18) Плотников В.К. Биохимические признаки стабильности мРНК в связи с регуляцией синтеза белка в клетках злаков и их устойчивостью к стрессам с целью создания новых методов селекции. Автореф. дис. на соиск. уч. степени докт. биол. наук. - Краснодар, 1997. 42 с.
19) Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Новиков Б.Н., Алексеенко Ж.В. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов растений: ряды индексов стабильности специфических мРНК in vivo и in vitro // Генетика, 1998, т.34., № 7, С.869-875.
20) Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Новиков Б.Н., Алексеенко Ж.В., Бибишев В.А., Полежаев С.Л., Рядчиков В.Г. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов эукариот: влияние стрессов на стабильность мРНК in vitro // Генетика, 1998, т. 34, № 9, С. 1205-1211.
21) Плотников В.К., Бакалдина Н.Б., Сметанин Д.В. Фотоиндуцированная модуляция стабильности мРНК фитохрома А у проростков пшеницы и ячменя // Физиология растений, 2000, т. 47, № 2, С. 203-209.
22) Плотников В.К. Сорт озимой пшеницы «Краснодарская-39» - источник открытий в молекулярной биологии растений// Сб. науч. тр. КНИИСХ, посвящённый 100-летию академика П.П.Лукьяненко «Пшеница и тритикале», Краснодар, 2001, с. 611-616.
23) Плотников В.К. Генетико-физиологическая детерминация распада мРНК злаков in vitro//Успехи современной биологии, 2003, Т. 123, № 1, с. 98-109.
24) Плотников В.К., НасоновА.И., Ладатко А.Г. Вариабельность содержания катионов магния (Mg++) в РНК проростков озимой мягкой пшеницы Сборник статей по материалам конференции «Аминокислотное питание животных и проблема белковых ресурсов», (23 марта, 2004, Краснодар) Краснодар, 2005, с.349 - 352.
25) Плотников В.К., Насонов А.И., Кузембаева Н.А., Букреева Г.И., Каленич В.И., Беспалова Л.А. Особенности молекулярной физиологии озимой мягкой пшеницы сорта Безостая 1 // Сб. материалов международной конференции «Безостая 1 - 50 лет триумфа», Краснодар, 2005, с.212 - 220.
26) Плотников В.К., Насонов А.И., Иваненко Е.Е., Кузембаева Н.А., Букреева Г.И., Каленич В.И. Взаимосвязь морозостойкости озимой мягкой пшеницы с содержанием катионов магния в РНК // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, Москва, 2008, Вып. 2, С. 89-92.
27) Плотников В.К. Биология РНК зерновых культур, Краснодар, Издательство «Эдви», 2009, 375 с.
28) Плотников В.К., Евтушенко Я.Ю., Салфетников А.А., Репко Н.В., Насонов А.И. Биологические маркёры для селекции на морозоустойчивость озимых форм мягкой пшеницы и ячменя // Научный журнал КубГау, 2014, № 104, С. 1855-1887.
29) Плотников В.К., Репко Н.В., Салфетников А.А. Цикличность влияния актиномицина Д на рост колеоптилей ячменя // Научный журнал КубГау, 2015, № 107 (03), С. 1352-1371.
30) Пучков Ю.М., Набоков Г.Д., Фоменко Н.П. Роль сорта Безостая 1 в повышении продуктивности зимостойких сортов озимой пшеницы в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко // Сб. материалов международной конференции «Безостая 1 - 50 лет триумфа», Краснодар, 2005, с.14-30.
31) Романенко А.А. Безостая 1 - триумф науки и искусства // Сб. материалов международной конференции «Безостая 1 - 50 лет триумфа», Краснодар, 2005, с.8-13.
32) Рядчиков В.Г., Плотников В.К., Полежаев С.Л., Омаров М.О. Молекулярно-биологические механизмы адаптации белоксинтезирующей системы животных к имбалансу аминокислот // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета , 2013, Т. 88 , 2013, № 2, с. 433-472.
33) Рядчиков В.Г., Плотников В.К. Экспрессия генов эукариот при аминокислотном имбалансе, 2014, Краснодар, КубГАУ, 375 с.
34) Aviv H., Leder P. Purification of biologically active globin messenger RNA by chromatography on oligothymidilic acid-cellulose // Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 1972. V. 69. P. 1408-1412.
35) Plotnikov V.K., Bakaldina N.B. Differential stability of zein mRNA in developing corn kernel // Plant Molecular Biology, 1996, V.31., P.507-515.
36) Spirin A.S. Eukaryotic messenger RNA and informosomes. Omnia mea mecum porto // FEBS Lett. 1978. V. 88. P. 15-17.
Размещено на Allbest.ur