Действие избыточных концентраций тяжелых металлов на экспрессию хлоропластных генов растений ячменя

Зарипова, Нелли Раилевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Действие избыточных концентраций тяжелых металлов на экспрессию хлоропластных генов растений ячменя
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Действие избыточных концентраций тяжелых металлов на экспрессию хлоропластных генов растений ячменя"

На правах рукописи

ЗАРИПОВА Нелли Раилевна

Действие избыточных концентраций тяжелых металлов на экспрессию хлоропластных генов растений ячменя

03.00.12 - Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2008

тмтт

003450270

Работа выполнена в лаборатории физиологических и молекулярных механизмов адаптации и в лаборатории экспрессии генома Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор, чл.-корр. РАН

Кузнецов Владимир Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор биол. наук Юрина Надежда Петровна; канд. биол. наук, профессор Семенов Олег Григорьевич

Ведущая организация:

Институт биологии Карельского Научного Центра РАН

«/У»2008 г. в

Защита состоится

на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.210.01 при Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН по адресу: 127276 Москва, ул. Ботаническая, 35. Факс: (495) 977-80-18, e-mail: ifr@ippras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН.

Автореферат разослан чО§» 2008 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций,

кандидат биологических наук ^ (I М.И. Азаркович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проблема повышенного содержания тяжелых металлов (ТМ) в окружающей среде с каждым годом приобретает все большую актуальность. В настоящее время все возрастающие территории сельскохозяйственных угодий загрязняются тяжелыми металлами и становятся непригодными для выращивания традиционных культур. В связи с этим представляется крайне необходимым проведение исследований, направленных на изучение влияния высоких концентраций ТМ на растения и выяснение механизмов адаптации растений к экстремальным условиям.

Токсическому действию высоких концентраций тяжелых металлов подвержены многие физиологические и биохимические процессы, такие как минеральное питание, водный режим, фотосинтез, дыхание, рост, развитие и другие. Однако, многие вопросы распределения, токсического действия и механизмов ответа клеток на соли ТМ до сих пор остаются мало изученными.

Одним из основных механизмов токсического действия ТМ на растения является их способность замещать ионы других металлов и взаимодействовать с функциональными грушами макромолекул. Негативное воздействие ТМ на живой организм также опосредовано повреждающим действием активных форм кислорода (АФК), генерация которых стимулируется ТМ. Действие ТМ носит плейотропный характер и приводит к нарушению многих физиологических процессов в клетке. Известно, что тяжелые металлы негативно влияют также на функционирование хлоропластов. Токсическое действие на фотосинтетические процессы ТМ оказывают не только за счет нарушения водного статуса и газообмена, но и путем инактивации ключевых ферментов метаболических путей и белков талакоидных мембран, снижения содержания пигментов.

В ответ на действие стрессора в клетке формируются защитные механизмы, которые могут быть неспецифическими (общими) или специализированными. Например, в ответ на действие ряда повреждающих абиотических факторов, в том числе ТМ, повышается синтез аншоксидантных ферментов и протекторных низкомолекулярных органических соединений. К специфическим механизмам адаптации к высоким концентрациям ТМ относятся синтез фитохелатинов и металлотионеинов, инактивирующих избыток ТМ.

Для понимания фундаментальных основ изменения метаболизма клетки, происходящего в условиях стресса, важный вклад вносит изучение экспрессии генов. Доказано, что в условиях стресса, вызванного избытком ионов ТМ, изменяется экспрессия генома растений, в частности, активируется гены, кодирующие синтез антиоксидантных ферментов, хелаторов. Исследование принципов регуляции и регуляторных факторов экспрессии крайне важно для создания высокопродуктивных стресс-толерантных сортов культурных растений методами генной инженерии.

В последние годы достигнуты значительные успехи в понимании механизмов функционирования транскрипционного аппарата хлоропластов. В частности, установлено, что в пластидах функционируют две РНК-полимеразы - ядерного и пластидного кодирования. Кроме того, идентифицированы ядерные гены для шести сигма-факторов РНК-полимеразы пластидного кодирования. Разработаны биологические модели для изучения экспрессии хлоропластных генов, постепенно стали накапливаться данные о регуляции их транскрипции, например, гормонами и светом. Однако, несмотря на большие успехи в изучении механизмов регуляции транскрипции хлоропластного генома, до настоящего времени никем не была показана регуляция экспрессии пластидных генов тяжелыми металлами. На возможность существования такой регуляции указывали данные об активации транскрипции некоторых ядерных генов ионами кадмия, а также о влиянии этого металла на процесс созревания мРНК. Отсутствие данных по влиянию кадмия, меди и никеля на экспрессию индивидуальных хлоропластных генов и перспективность изучения данного вопроса для понимания механизмов регуляции биогенеза хлоропластов и определили цель нашей работы.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось проведение сравнительной оценки токсического действия ряда ТМ на растения ячменя и выяснение характера изменения экспрессии хлоропластных генов на транскрипционном и пост-транскрипционном уровнях в условиях действия избыточных концентраций солей кадмия, меди и никеля.

В связи с заявленной целью были поставлены следующие основные задачи:

1. Провести сравнительный анализ устойчивости ячменя к действию солей кадмия, меди и никеля.

2. Оценить эффект тяжелых металлов на рост и биомассу растений ячменя в связи с его особенностями поглощения тяжелых металлов.

3. Изучить воздействие кадмия, меди и никеля на содержание фотосинтетических пигментов у растений ячменя.

4. Исследовать изменение скорости транскрипции хлоропластных генов ячменя, входящие во все известные опероны пластидной ДНК и кодирующие функционально различные белки и РНК, в условиях действия избыточных концентраций солей тяжелых металлов.

5. Изучить влияние избытка солей тяжелых металлов на процессинг мРНК хлоропластных генов ячменя.

Научная новизна и практическая ценность. Исследована регуляция тяжелыми металлами экспрессии 28 функционально различных хлоропластных генов ячменя. Впервые показан факт регуляции тяжелыми металлами хлоропластных генов на уровне транскрипции. Впервые показано влияние кадмия на сплайсинг пре-мРНК пластидных генов. Это вносит существенный вклад в понимание механизмов регуляции биогенеза хлоропластов в условиях стресса, вызванного тяжелыми металлами. Полученные в работе данные имеют существенное значение для выяснения механизмов формирования адаптивных реакций у злаков, что существенно при разработке технологии создания трансгенных растений с повышенной устойчивостью и продуктивностью. Теоретические обобщения и совокупность полученных экспериментальных данных могут использоваться в курсах лекций для студентов биологических факультетов университетов и ВУЗов страны.

Апробацня работы. Результаты исследований докладывались на годичном собрании физиологов растений России и Международной конференции «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сыктывкар, 18-24 июня 2007 г.) '

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследований, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения и выводов. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, включая 5 таблиц, 33 рисунка; библиография содержит 317 названий, в т.ч. 277 на иностранных языках.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили на молодых растениях ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Луч. Ячмень выращивали в камере фитотрона при 21°С, 16-часовом освещении (270 мкмоль квантов m'V) в водной (рулонной) кулыуре (7, 14 дней) или чашках Петри (4 дня). В работе использовали соли кадмия (CdCb), как чужеродного и высокотоксичного металла для большинства растений, меди (C11CI2), как микроэлемента, и никеля (NiCl2), который для ячменя необходим в улмрамалых дозах. Контрольные растения выращивали на дистиллированной воде.

Подсчет проросших зерновок, измерение длины корней и колеоптиля проводили на 4-е сутки, по окончании фазы прорастания у контрольных растений. В последующих опытах растения ячменя выращивали в водной (рулонной) культуре в течение 7 дней на

растворах TM, измеряли длину и биомассу корней и первого листа, проводили анализ содержания металлов. Содержание пигментов оценивали на 7-е и 14-е сутки экспозиции.

Измерение длины, свежей и сухой биомассы органов растений - первого листа и корней - проводили стандартными методами. Анализ содержания пигментов проводили по методу Шлыка (1977). Эндогенное содержание металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии после озоления в смеси кислот навески воздушно-сухого растительного материала.

Для проведения молекуляряо-генетических исследований были использованы биологические материалы, предоставленные Лабораторией экспрессии генома растений ИФР РАН (Москва) - последовательности фрагментов 28 хлоропластных генов ячменя, проклонированные в векторе pUC57A/T (Fermentas) и размноженные в Е. coli. Хлоропласты выделяли, как описано Зубо и Кузнецов (2008), используя ступенчатый градиент перкола 40/70%. В реакцию run-on брали ингакгоые органеллы, располагающиеся на границе перкола 40/70%, в равных количествах для каждого варианта опыта.

Скорость транскрипции оценивали по результатам реакции run-on (Mullet, Klein, 1987) с использованием радиоактивной метки - й-32Р-УТФ. Температура реакции составляла 25°С, продолжительность 12 минут. После остановки реакции стоп-буфером проводили выделение нуклеиновых кислот, в том числе меченой, синтезированной in vitro РНК. После этого вновь синтезированную 32Р -РНК гибридизовали в течение 16 ч в специальном буфере при 58°С с фрагментами изучаемых хлоропластных генов, нанесенных на нейлоновую мембрану (Hybond N, Amersham, Англия). После гибридизации мембраны отмывали от неспецифично прогабридизовавшейся РНК, экспонировали с рентгеновской пленкой при -70°С, которую впоследствии сканировали с помощью программы 1 D-Scan. Результаты обсчитывали, используя программу Quantity One (Bio-Rad, США) и выражали в единицах относительной интенсивности транскрипции. Для нанесения на нейлоновую мембрану необходимое количество фрагментов ДНК исследуемых генов получали с помощью полимеразной цепной реакции, с использованием в качестве матриц плазмиды, содержавшие данные фрагменты, и специальные pUC/M13 прямой и обратный праймеры. Плазмидную ДНК выделяли из бактериальной кулыуры методом щелочного лизиса, описанного ранее Bimboim, Doly (1979).

Для проведения Нозерн-гибридизации выделяли тотальную РНК с помощью триозола. Электрофорез проводили в денатурирующем агарозном геле, взяв по 20 мкг РНК для каждого варианта. После электрофореза РНК переносили из геля на нейлоновые мембраны, которые затем гибридизовали с мечеными зондами (фрагменты генов rbcL, atpB и rpll6) в течение 16 ч при 55°С в специальном буфере. После

гибридизации мембраны экспонировали с рентгеновской пленкой (Amersham Hyperfilm ' МР, Англия) и сканировали и обрабатывали с помощью программ Quantity One software (Bio-Rad, США) и Microsoft Excel. Меченые зонды получали с помощью асимметричной П1ДР с добавлением а-32Р-ЦТФ. Все эксперименты проводили не менее трех раз.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Влияние солей С(1, Си и на рост и развитие молодых растений ячменя Воздействие ТМ на прорастание зерновок ячменя

Зерновки ячменя проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной растворами СёС^, СиС12 и №С1г. На 4-е сутки подсчитывали проросшие зерновки (по окончании фазы прорастания у контрольных растений)

0.1 1 10 100 250 500 1000 1500 2000 3000 Концентрация солей ТМ. мкМ

Рисунок 1. Влияние ТМ на прорастание зерновок ячменя.

В результате опытов мы выяснили, что ТМ в самых высоких концентрациях (1000-3000 мкМ) практически полностью подавляли рост корневой системы и в дальнейшем вызывали гибель проростков (рис. 1). В присутствии ионов металлов в концентрациях ниже 100 мкМ на 4-е сутки не было выявлено ни стимулирующего, ни существенного ингибирующего эффекта на развитие колеоптиля и корневой системы ячменя. Хлориды Сё, Си и № в концентрациях выше 100 мкМ оказывали ингибирующий эффект на прорастание зерновок, который усиливался с увеличением концентрации металла. Наибольшее токсическое действие на прорастание зерновок ячменя оказали ионы меди, наименьшее - ионы никеля.

Воздействие ТМ на рост и пакоплепис биомассы проростков

Для исследования влияния солей металлов на ростовые процессы были поставлены 2 серии опытов, в которых на растворах хлоридов ТМ проростки выращивали в чашках Петри в течение 4 дней и в рулонной культуре в течение 7 дней.

Полученные данные показали, что все исследуемые ТМ оказывали токсическое действие на рост проростков ячменя, которое усиливалось с возрастанием концентрации металла в растворе. Ингибирование роста корневой системы 4-дневных проростков ячменя ионами кадмия и меди, как видно из данных на рисунке 2, в 1,5-2 раза более интенсивное, чем ионами никеля. Негативное воздействие ионов никеля на рост колеоптиля при этом также слабее, чем ионов кадмия и меди, хотя менее выражено. В нелетальных концентрациях ионы никеля являются, вероятно, менее токсичными, чем кадмия я меди, для прорастания зерновок и роста проростков ячменя.

Концентрация солей ТМ, мкМ

100 250 500 1000 1500 2000 3000 Концентрация солей ТМ, мкМ

Рисунок 2. Влияние ТМ на рост корней (А) и колеоптиля (Б) проростков ячменя, выращенных в чашках Петри, на 4-е сутки экспозиции.

В рулонной культуре зерновки ячменя проращивали на растворах ТМ с диапазоном концентраций 1-800 мкМ в течение 7 дней (рис.3). На 7-е сутки экспозиции наибольшее негативное влияние на рост корней проростков оказали ионы кадмия и меди, хотя степень воздействия ионов никеля заметно усилилась, по сравнению с растениями, выращенными при 4-дневной экспозиции на растворах металлов. Рост первого листа все три металла ингибировали примерно в равной степени.

Рисунок 3. Влияние ТМ на рост корней (слева) и листа (справа) проростков ячменя, выращенных в рулонной культуре, на 7-е сутки экспозиции.

Торможение роста корней на 7-е сутки опыта в присутствии всех трех исследуемых ТМ проявилось сильнее, чем листа. Это явление представляется вполне закономерным, поскольку корневая система является первой мишенью для токсического действия ТМ, связывает ионы металла в клетках корней и задерживает их поступление в надземные органы.

Исследуемые металлы на 7-й день опыта оказали ингибирующее воздействие на накопление свежей биомассы проростков ячменя даже в самых низких концентрациях (рис. 4). Это может быть связано не только с нарушением синтеза сухого вещества под влиянием металла, но и со снижением оводненности тканей растения, поскольку при небольших концентрациях металла в растворе относительные показатели сухой биомассы были выше, чем свежей (рис 5). В целом наиболее сильное воздействие на накопление биомассы оказали ионы кадмия. Биомасса корней при действии изученных ТМ ингибируется сильнее, чем биомасса листа.

>5 120 1

са □ Си о N1

1 10 100 400 800 Концентрация солей "Ш, мкМ

1 10 100 400 800 Концентрация солей ТМ, мкМ

Рисунок 4. Влияние ТМ на накопление свежей биомассы корней (слева) и листа (справа).

120 1 „100 |го | 60 о 40 20 0

1 10 100 400 800 Концентрация солей ТМ, мкМ

120 ! 100 . 80 60 40 20 0

* СЛ ШСи □ N

1 10 100 400 Концентрация солей ТМ, мкМ

Рисунок 5. Влияние ТМ на накопление сухой биомассы корней (слева) и листа (справа).

Накопление и распределение кадмия, меди и никеля в растении ячменя

Негативное влияние ТМ на рост и развитие растений может напрямую зависеть не только от токсичных свойств металла, но и от общего уровня его содержания и распределения в растении. Для анализа использовали корни и первый лист растений ячменя, выращенных в течение 7 дней на растворах хлоридов металлов в рулонной культуре. Результаты приведены в таблице 1.

Как видно из результатов, представленных в табл. 1, в корнях металла накапливается в 3-7 раз больше, чем в листе. Это явление вполне объяснимо, поскольку ячмень относится к растениям-исклгочателям, у которых накопление металла происходит преимущественно в корнях, а транспорт ионов в побег задерживается.

В целом увеличение содержания ионов металлов в растениях ячменя повышается непропорционально увеличению концентрации соли металла в растворе.

Таблица 1. Содержание ТМ в корнях и первом листе ячменя на 7-е сутки опыта.

Конц-я соли ТМ, мкМ Количество металла, мг/кг сухой массы

С(1 Си N1

листья корни листья корни листья корни

Контроль 0± 0,5 0± 0,5 18,8± 1,5 9,4± 2,0 12,1± 4,1 12,1± 4,1

10 19,2± 1,6 19,2± 1,6 20,9± 2,5 70,6± 0,5 112,5± 2,9 112,5± 2,9

100 53,1± 3,1 53,1± 3,1 26,3± 4,8 138,1± 6,7 303,5± 13,5 303,5± 13,5

400 72,4± 12,0 72,4± 12,0 30,1± 1,2 223,9± 30,2 620,9± 24,7 620,9± 24,7

800 130,0± 23,5 130,0± 23,5 45,7± 10,1 611,4±32,4 790,0± 34,8 790,0± 34,8

Данные анализа, приведенные в табл.1, свидетельствуют о том, что ионы меди менее ионов других металлов проникают в растения ячменя; особенно сильно задерживается их транспорт в побег. Тем не менее, учитывая показатели ингибирования прорастания, роста и накопления биомассы растений ячменя, негативное воздействие меди было сопоставимо с воздействием кадмия. По-видимому, медь, как эссенциальный элемент, обладает очень высокой токсичностью для ячменя в концентрациях, превышающих необходимые.

Из трех исследованных ТМ наибольшую способность к проникновению в корни и далее в побег ячменя проявили ионы никеля. При этом ионы никеля оказывали наименьшее токсическое воздействие, по сравнению с кадмием и медью, на прорастание, рост и накопление биомассы растений. По-видимому, у ячменя нет специфических барьеров, препятствующих транспорту никеля из корневой системы в листья, либо у ячменя эффективно функционируют механизмы детоксикации.

Влияние кадмии, меди и никеля на уровень фотосинтетических пигментов

В хлоропластах может накапливаться от 1 до 9% тяжелых металлов от общего их содержания в листьях (Маквуппес, 1997; Андреева и др., 2001, Ра&иска е! а1., 2002). Однако механизмы повреждающего действия ТМ, которые приводят к снижению фотосинтетической активности, до сих пор окончательно не выяснены. В качестве важного показателя токсического действия ТМ на функционирование хдоропластов использовали уровень содержания хлорофилла а и Ъ в первом листе растений ячменя, выращенных в присутствии хлоридов ТМ в течение 7 и 14 дней.

Полученные результаты показали, что на 7-е сутки экспозиции у растений ячменя не произошло существенного снижения содержания обеих форм хлорофилла в присутствии ионов никеля и меди (степень ингибирования составила не более 10%). Хлорид кадмия в концентрации 400 мкМ снижал содержание хлорофилла примерно на четверть от контроля.

Соотношение форм хлорофилла а к Ь осталось неизменным при действии всех изученных металлов. Это дает основание полагать, что данные металлы не воздействовали непосредственно на процессы биосинтеза или распада хлорофиллов, а их влияние проявлялось косвенно.

Таблица 2. Влияние ТМ на содержание хлорофиллов а и b (14-е сутки экспозиции).

Металл Конц-я солиТМ, мкМ Хл. а, мкг/г свеж.массы %от контроля Хл. Ь, мкг/г свеж.массы % от контроля Соотноше -ние хл. а/Ь

Контроль 0 960,00 100 453,0 100 2,12

Cd 100 745,9 77,7 367,1 81,0 2,03

400 420,0 43,7 332,3 73,3 1,26

Си 100 871,7 90,8 427,1 94,3 2,04

400 735,9 76,6 341,8 75,4 2,15

Ni 100 814,1 84,8 392,9 86,7 2,07

400 427,0 44,5 196,5 43,4 2,17

При увеличении продолжительности экспозиции до 14 дней (табл. 2) стало очевидно, что в присутствии ионов меди содержание обеих форм хлорофилла снижалось не более, чем на 25%. Возможно, одной из причин этого является ограниченный транспорт меди в побег из корней или затруднено проникновение в хлоропласта. Ионы кадмия и никеля оказали более сильное негативное воздействие. Также очевидно, что в присутствии избытка ионов кадмия снизилось соотношение форм хлорофилла а к Ь, что свидетельствует или о том, что переход хлорофилла из формы а в форму b ускорялся под влиянием металла, или заметно усиливался процесс распада хлорофилла а.

В литературе имеются сведения, что медь (Patsikka et al., 2002), никель (Серегин, Кожевникова, 2006) и кадмий (Stobart et al., 1985) являются сильными ингибиторами биосинтеза хлорофилла. Однако другие исследователи, подобно нам, также не наблюдали существенного воздействия ТМ на пигментный состав листьев молодых растений ячменя (Vassilev et al., 1998).

Влияние кадмия, меди н никеля на транскрипцию и процессинг мРНК хлоропластных генов растений ячменя

Для анализа нами были выбраны гены, отвечающие следующим критериям: принадлежность к функционально различным группам генов пластома; принадлежность к наибольшему числу известных оперонов пластома ячменя; траискршпда генов различными РНК-полимеразами. На основании этих критериев были выбраны 28 генов (табл. 3).

Таблица 3. Некоторые характеристики изучаемых генов пластома.

Название гена Название продукта гена Расположение гена на пластоме риса (ячменя), н. п. Размер мРНК, тРНК, рРНК (нукл.)

psaA Р700-апобелок AI ФС1 38998-41250 (39628-41880) 2252

psaB Р700-апобелок А2 ФС1 36768-38972 (37398-39602) 2204

psbA Dl-белок ФСИ 82-1143 (619-1680) 1061

psbB Р680-апобелок ФСП 68799-70325 (69411-70937) 1526

psbD 02-белок ФСИ 8900-9961 (9159-10220) 1061

psbE Цитохром Ь 559 62083-62334 (62671-62922) 251

psbH Фосфопротеин 10 кДа ФСИ 70881-71102(71492-71713) 221

psbK Белок К ФСИ 7033-7218 (7267-7452) 185

atpA а субъединица АТФ-синтазы 34210-35733 (34836-36350) 1523

atpB ß субъединица АТФ-синтазы 51814-53310(52660-54156) 1496

atpF Субъединица IАТФ-синтазы 32741-34111 (33360-34744) 1370

atpH Субъединица III АТФ-синтазы 32039-32284 (32659-32904) 245

ndhA Субъединица 1NADH-дегидрогеназного комплекса 110631-112706(112330-114450) 2075

ndhF Субъединица 5 NADH-депщрогеназного комплекса 101433-103637 (102776-104995) 2204

matK Матураза К 1668-3296 (2206-3741) 1628

ORF 1851 Функция продукта у риса 57702-58259(58424-58981) 557

(УФ) неизвестна

petB Цитохром Ь6 b6/f комплекса 71232-72690 (71843-73243) 1458

petD Субъединица IV цитохром Ьб/f комплекса 72883-74110 (73430-74661) 1227

rpll6 Белок 16 большой субчастицы рибосом 77729-79198 (78258-79734) 1469

rpl23-rpl2" Белки 23 и 2 малой субчастицы рибосом 81180-82964 (81725-83509), 132154-133938 (134625-136409) 1784

rpoB ß субъед. РНК-полимеразы бактериального типа 19214-22441 (20087-23317) 3227

rps4 Белок 4 малой субчастицы рибосом 44810-45415 (45545-46150) 605

rpsl4 Белок 14 малой субчастицы рибосом 36309-36620 (36940-37251) 311

rpsló Белок 16 малой субчастицы рибосом 4487-5553 (5027-6074) 1066

rbcL Большая субьедищща RUBISCO 54095-55528 (54939-56378) 1433

rrnló2 16S рибосомная РНК 91299-92789 (92685-94176), 122329-123819(123958-125449) 1490

trnE-tmY1 Glu и Туг транспортные РНК 15650-15867(15791-16006) 217

3 'rpsl2 С - концевая часть белка 12 малой субчастицы рибосом 83139-83212 (89858-90658) 73

' - локус ORF 185 у ячменя соответствует гену ус/4, кодирующему одну из субъединиц ФС1. 3 - гены rrnló и rpl23-rpl2 находятся в инвертированном повторе, поэтому представлены в пяастоме двумя копиями.

- в вектор проклонированы последовательности, которые кодируют РНК обоих генов, вследствие их малого размера.

Как видно из данных, приведенных в таблице 3, нами были выбраны представители функционально различных групп генов пластома. Во-первых, это гены, продукта которых необходимы для фотосинтеза, а именно: для ФС1 -psaA и psaB гены, ФСИ - psb гены, АТФ синтетазного комплекса - atp гены, НАДФН дегидрогеназного комплекса - ndh гены, цитохром Ъб/f комплекса - pet гены. Во-вторых, это гены "домашнего хозяйства": так, например, rps и rpl гены, кодирующие белки малой и большой субчастиц рибосом, гроВ ген, который кодирует ß субъеданицу РНК-полимеразы бактериального типа, а также гены рибосомной РНК (нами взят ген rrnló) и гены транспортных РНК trnE и trnY. Анализируя принадлежность генов к оперонам, мы опирались на данные по пластому риса Oryza sativa (Japónica cultivar group) (NCBI, NC_001320), который полностью секвенирован и для которого организация оперонов известна (Kanno, Hirai, 1993). В итоге нами были выбраны гены, представляющие крупные опероны и ряд генов (ndhF, rbcL, psbA), организованных моноцистронно. Для psbB-psbH-petB-petD оперс>на были взяты все гены. РНК-полимеразой бактериального типа транскрибируются гены rbcL, psaA-psaB, РНК-полимеразой фагового типа - гены гроВ, rp¡23, а обеими РНК-полимеразами транскрибируются гены rrnló, atpB, psbD-psbC.

Изменение экспрессии хлоропластных генов ячменя на уровне транскрипции в присутствии тяжелых металлов определяли с помощью метода run-on транскрипции. Данный метод позволяет оценить скорость транскрипции генов по количеству вновь

синтезированных РНК за период времени, когда исключается влияние процессов созревания и деградации матриц. Для анализа были выделены интактные хлоропласта из первого листа 7-дневных растений ячменя, выросших в рулонной культуре на растворах 100 мкМ хлоридов кадмия, меди и никеля (контроль - на дистиллированной воде). Изменение скорости транскрипции генов выражали в условных единицах и считали значимым, если ее значение отличалось от контрольного в 2 и более раза. Результаты представлены на рисунке 6.

Анализ данных показал, что все три исследованных металла вызывали дифференциальную регуляцию скорости транскрипции пластидных генов. Скорость транскрипции генов рибосомных белков rplló и rpl23-rpl2, а также гена ndhA в молодых растениях ячменя возрастала в присутствии Cd, Cu, и Ni в 2,5-4,5 раза в сравнении с контролем.

Гены rplló и rpl23-rpl2 у риса входят в один оперон, ген ndhA транскрибируется в другом опероне. Обнаруженная активация транскрипции при воздействии ТМ, возможно, распространяется и на другие гены этих оперонов.

Особый интерес представляет повышенная интенсивность транскрипции rpllfi и rpl23-rpl2 генов, кодирующих рибосомные белки. В последние годы в литературе появляются данные, подтверждающие экстрарибосомную функцию ряда рибосомных белков (Wool, 1996). Эта функция касается основных клеточных процессов, таких как репликация, транскрипция, процессинг РНК и трансляция. Согласно данным, полученным на мутантах Arabidopsis thaliana, рибосомный белок S27 в обычных условиях участвует в трансляции, а после обработки растений ультрафиолетом, кроме того, обеспечивает гидролитическое расщепление поврежденных мРНК (Revenkova et al., 1999). Следует подчеркнуть, что скорость транскрипции генов рибосомных белков rplló и rpl23-rpl2 активировалась каждым из изученных нами ТМ, то есть стимуляция скорости транскрипции этих генов не является специфической для какого-либо одного ТМ. Более того, есть данные, что транскрипция генов rpsló и rpl23-rpl2 возрастала в ответ на повышение температуры (Зубо и др., 2008). Это позволяет предполагать, что рибосомные белки, кодируемые генами rplló и rpl23-rpl2, выполняют неизвестную в настоящее время биологическую функцию в «рессорных условиях.

Третий ген, транскрипция которого активируется в ответ на обработку растений тяжелыми металлами (ndhA), кодирует субъединицу 1 пластидной NADH пластохиноноксидоредуктазы. Есть данные, что экспрессия этого гена возрастает в ответ на окислительный стресс. На этом основании было высказано предположение, что NADH пластохиноноксидоредуктаза участвует в защите хлоропластов от фотоокислительного стресса (Martin et al., 1996). Принимая во внимание тот факт, что

обработка растений TM также приводит к образованию активных форм кислорода (Pinto et al., 2003), можно допустить, что обнаруженная нами активация транскрипции ndhA гена в ответ на действие ТМ также обусловлена окислительным стрессом.

& J? Я £ &

////////

г? # ^ g5"

5 б т

I 5

S. 4

ё 3

i 2

? 1

///////////

Рисунок 6. Эффект тяжелых металлов на скорость транскрипции хлоропластных генов в листе ячменя, выращенных в присутствии 100 мкМ хлоридов Сё (А), Си (Б) и N1 (В).

ТМ не только активировали, но и подавляли интенсивность транскрипции отдельных пластидных генов. В присутствии ионов меди снижена транскрипция о/рЯ гена (рис. 6Б). В то же самое время, скорость транскрипции 15 других изученных пластидных генов не изменялась в присутствии солей ТМ.

В настоящее время известно, что влияние ТМ на скорость транскрипции не всегда сопровождается изменением содержания транскриптов индивидуальных хлоропластных генов. Тотальное содержание РНК зависит как от интенсивности синтеза, так и от скорости деградации/стабилизации транскриптов. В связи с этим представляло интерес изучение с помощью Нозерн-анализа влияния ТМ на уровень транскриптов ряда хлоропластных генов. Для анализа была использована РНК из первого листа 7-дневных растений ячменя, выращенных в рулонной культуре в присутствии 100 мкМ хлоридов кадмия, меди и никеля.

РНК перенесли на нейлоновую мембрану, прогибридизовали с радиоактивно мечеными фрагментами генов гЬсЬ, афВ и грЧб, а затем экспонировали с рентгеновской пленкой (рис. 7). Очевидно, ионы С<1, Си и N1 не влияли на содержание транскриптов как моноцистронного гЬсЬ гена, кодирующего большую субъединицу 1ШВ13СО, так и афВ гена, который входит в состав я/рВ-оперона и кодирует Р-субъединицу АТФ-синтазного комплекса тилакоидных мембран хлоропластов.

Совершенно иная картина наблюдалась с регуляцией грИб гена (МСВ1, ЫС_008590.1; 78258- 79734 п.н.), который кодирует белок 16 большой субчастицы рибосом и содержит два экзона (8 и 404 п.н.) и интрон размером 1064 п.н. ТМ не влияли на содержание зрелой мРНК, имеющей размер 412 нуклеотидов, но ионы Сд подавляли созревание мРНК, о чем говорит наличие транскрипта размером 1476 нуклеотидов.

гЬсЬ рРНК

1 Рисунок 7. Эффект тяжелых металлов на тотальное содержание транскриптов

индивидуальных хлоропластных генов растений ячменя. К - контроль, справа на рисунке даны примерные размеры фрагментов (п.н.).

Ь.а ъ-л

ШЯ Дх^ тш.

ТИЯе

К Сб Си №

афВ

рРНК

-2000

-1500 ГрИб

-юоо

- % - -5

-1500 -1000

500

рРНК

К Сс1 Си N1

Известно, что непроцессированные транскрипты транслируются значительно менее эффективно, чем зрелые мРНК, и подавление процесса созревания мРНК может привести к снижению содержания кодируемых этими РНК белков. Это означает, что нами впервые показано блокирование ионами кадмия процесса поспранскрипционной регуляции экспрессии генов - сплайсинга пластидных мРНК.

Ранее было показано, что ионы кадмия индуцировали в петунии транскрипцию двух ядерных генов, входящих в семейство генов БТШ70, и подавляли сплайсинг транскрипта одного из них (Winter et al., 1988). Причем белки теплового шока, образовавшиеся при предварительной обработке растений повышенной температурой, не предотвращали ингибирующий эффект кадмия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе исследовали влияние солей трех тяжелых металлов - кадмия, меди и никеля - на молодые растения ячменя. Медь и никель, эссенциальные элементы, в концентрациях, превышающих необходимые, также как и кадмий, оказывают токсическое действие на рост и развитие растения ячменя.

Ингибирование ионами Cd, Си и Ni прорастания зерновок, роста и накопления биомассы органов у проростков ячменя носит неспецифический характер и вызывает изменения, свойственные многим тяжелым металлам, а также некоторым другим абиотическим стрессорам.

Ионы Ni менее токсичны для ячменя, чем ионы Cd и Си, но растения ячменя способны поглощать их в больших количествах и, вероятно, лишены эффективных механизмов детоксикации. Кадмий и медь проявили сходство по степени воздействия на ростовые показатели проростков ячменя. Однако, у ячменя, как и у многих других видов растений, функционируют не только механизмы детоксикации ионов Си, но и барьеры, препятствующие транспорту большого их количества в надземные органы.

Токсическое действие никеля и меди на уровень содержания хлорофилла носило, очевидно, косвенный характер, однако длительная обработка растений хлоридом кадмия в высокой концентрации приводит к более существенным нарушениям функций хлоропластов: не только снижается уровень содержания зеленых пигментов, но и нарушается соотношение хлорофилла а к Ь.

В данной диссертационной работе показано существование регуляции экспрессии индивидуальных хлоропластных генов ячменя тяжелыми металлами (на уровне транскрипции и сплайсинга). Ионы всех трех изученных ТМ активировали скорость транскрипции генов грНб, rpl23-rpl2 и ndhA, но ионы меди несколько ингибировали транскрипцию atpH гена. Обнаруженная активация скорости транскрипции может

происходить вследствие прямого взаимодействия ионов ТМ с факторами транскрипции, либо также свидетельствовать об участии продуктов этих генов в защите хлоропластов в условиях воздействия стрессорных факторов. Ранее было показано, что транскрипция генов рибосомных белков активировалась при температурном стрессе, а скорость транскрипции гена псИгА, кодирующего субъединицу 1 пластидной К!АВН пластохиноноксидоредуктазы, возрастала в ответ на окислительный стресс. Однако сам механизм защитного воздействия этих белков пока остается неизвестным.

Тяжелые металлы способны вызвать не только изменение скорости транскрипции отдельных хлоропластных генов, но и участвовать в регуляции экспрессии генов на посттранскрипционном уровне, в частности, подавляя сплайсинг их транскриптов. Нами было показано, что ионы кадмия подавляли созревание пре-мРНК гена гр116, ингабируя процесс удаления нитрона. Это может привести к затруднению трансляции и снижению содержания соответствующего рибосомного белка. Аналогичное воздействие ионов кадмия на ядерные гены ранее было обнаружено у растений петунии.

ВЫВОДЫ

1. Изученные ТМ (С<1, № и Си) в избыточных концентрациях (от 100 мкМ и выше) оказывают токсическое действие на прорастание семян, рост и накопление биомассы молодых растений ячменя. ТМ сильнее ингабируют рост корней, чем рост надземной части. Накопление свежей биомассы ингибируется ТМ сильнее, чем сухой. Наиболее сильное ингибирование накопления биомассы вызывает обработка хлоридом кадмия, в то время как ионы никеля менее токсичны для роста и развития растений.

2. В корнях растений ячменя накапливается значительно большее количество ТМ, чем в надземной части. Ионы никеля, по сравнению с кадмием и медью, легче поглощаются растениями ячменя и легче транспортируются из корней в надземные органы. Негативный эффект ионов меди на рост и развитие побега ячменя, вероятно, вызывается нарушением физиологических процессов в корнях, поскольку даже при самых высоких концентрациях меди в среде ее содержание в листе повышается незначительно.

3. Все изученные ТМ несущественно снижают содержание хлорофилла у молодых растений ячменя при 7 суточной экспозиции. При более длительной обработке высокие концентрации ионов кадмия и никеля существенно снижали уровень хлорофиллов а и Ь, причем, кадмий сильнее подавляет содержание хлорофилла а, чем хлорофилла Ь.

4. Тяжелые металлы вызывали дифференциальное изменение транскрипции индивидуальных хлоропластных генов ячменя. В присутствии кадмия, меди и никеля активировалась транскрипция следующих хлоропластных генов: грНб, rpl23-rpl2 и ndhA, тогда как скорость транскрипции atpH гена снижается. Транскрипция других 15 изученных пластидных генов ячменя не регулируется тяжелыми металлами.

5. Активация транскрипции генов rpllö и rpl23-rpl2 в присутствии ТМ, возможно, связана с тем, что кодируемые этими генами рибосомные белки, выполняют нетипичную для них неизвестную в настоящее время биологическую функцию в условиях адаптации растений к стрессу. Транскрипция пластидного ndhA гена ячменя, кодирующего субъединицу NADH пластохиноноксидоредуктазы, в ответ на действие ТМ активируется, возможно, для защиты хлоропластов от фотоокислительного стресса, возникающего при действии ТМ.

6. Ионы кадмия, в отличие от ионов меди и никеля, нарушают сплайсинг мРНК пластидного гена грНб. Это показывает, что ТМ способны участвовать в регуляции экспрессии хлоропластных генов не только на транскрипционном, но и на посттранскрипционном уровне, в частности, на уровне созревания пре-мРНК, ингибируя вырезание ингронов, что может привести к снижению содержания в хлоропластах рибосомного белка и к подавлению процесса трансляции.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Зарипова Н.Р., Стефанович К.Ю. Сравнение влияния ионов кадмия, меди и никеля на растения ячменя на ранних этапах развития // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Биология и экология». 2008. Вып. 1. С. 116-122.

2. Зарипова Н.Р. Влияние кадмия, меди и никеля на молодые растения ячменя (Hordeum vulgare L.) II Современная физиология растений: от молекул до экосистем: Материалы докладов международной конференции (в трех частях). Часть 2. (Сыктывкар, 18-24 июня 2007 г.). Сыктывкар. 2007. С. 144-145.

3. Зарипова Н.Р., Зубо Я.О., Кравцов А.К., Холодова В.П., Кузнецов В.В., Кузнецов В л.В. Тяжелые металлы вызывают дифференциальную регуляцию транскрипции пластидных генов и блокирование сплайсинга мРНК // Доклады Академии Наук. 2008. Т. 423. № 1.

4. Зарипова Н.Р., Зубо Я.О., Кравцов А.К., Холодова В.П., Кузнецов В.В., Кузнецов Вл.В. Влияние кадмия, меди и никеля на транскрипцию пластидных генов ячменя и блокирование сплайсинга мРНК // Материалы Международной конференции «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений» (Екатеринбург, 06-11 октября 2008 г.), Екатеринбург. 2008.

Подписано в печать 01.10.2008 г.

Печать трафаретная

Заказ №895 Тираж: 120 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Зарипова, Нелли Раилевна

1. Введение.

2. Обзор литературы.

2.1 Влияние тяжелых металлов на онтогенез растений.

2.1.1 Кадмий, медь и никель в растении.

2.1.1.1 Физико-химические свойства и биологическая роль.

2.1.1.2 Поглощение, транспорт.

2.1.1.3 Накопление и распределение металлов в растении.

2.1.2 Стресс-реакция растения и изменение метаболизма при воздействии кадмия, меди и никеля.

2.1.2.1 Прорастание семени, рост и развитие растения.

2.1.2.2 Активация защитных механизмов.

2.1.3 Влияние тяжелых металлов на развитие и функционирование хлоропластов.

2.1.3.1 Влияние металлов на содержание пигментов.

2.1.3.2 Изменение ультраструктуры пластид и процесса фотосинтеза.

2.2 Регуляция транскрипции в хлоропластах.

2.2.1 Организация пластидного генома.

2.2.2 РНК-полимеразы пластид.

2.2.3 Транскрипционные факторы.

2.2.4 Промоторы.

2.2.5 Регуляция транскрипции.

3. Материалы и методы исследования.

3.1 Объект исследования и условия выращивания растений.

3.2 Исследование биометрических параметров.

3.3 Анализ содержания пигментов.

3.4 Анализ содержания металлов.

3.5 Бактериальные штаммы и векторы, содержащие последовательности хлоропластных генов.

3.6 Выделение плазмид из бактериальных клеток.

3.7 Электрофорез ДНК в агарозном геле.

3.8 Полимеразная цепная реакция.

3.9 Метод run-on транскрипции.

3.9.1 Нанесение фрагментов ДНК на нейлоновую мембрану.

3.9.2 Выделение хлоропластов из листьев ячменя.

3.9.3 Подсчет количества хлоропластов.

3.9.4 Синтез меченых транскриптов в хлоропластном лизате.

3.9.5 ДНК-РНК гибридизация.

3.9.6 Экспозиция нейлоновой мембраны с ренггеновской пленкой и анализ результатов.

3.10 Нозерн (Northern) гибридизация.

3.10.1 Выделение тотальной растительной РНК с помощью триозола.

3.10.2 Электрофорез РНК в агарозном геле.

3.10.3 Перенос РНК на нейлоновую мембрану.

3.10.4 Элюция фрагментов ДНК из геля.

3.10.5 Синтез меченого зонда.

3.10.6 РНК-ДНК гибридизация.

3.10.7 Экспозиция нейлоновой мембраны с рентгеновской пленкой и анализ результатов.

4. Результаты и обсуждение. 71 4.1 Влияние солей кадмия, меди и никеля на рост и развитие молодых растений ячменя.

4.1.1 Воздействие на прорастание зерновок.

4.1.2 Воздействие на рост.

4.1.3 Влияние кадмия, меди и никеля на биомассу.

4.2 Накопление и распределение металлов в растении ячменя.

4.3 Влияние кадмия, меди и никеля на уровень фотосинтетических пигментов.

4.4 Влияние кадмия, меди и никеля на процесс транскрипции и процессинг мРНК хлоропластных генов растений ячменя.

4.4.1 Дифференциальная регуляция транскрипции некоторых хлоропластных генов при воздействии тяжелых металлов.

4.4.2 Влияние кадмия, меди и никеля на процесс созревания мРНК.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Действие избыточных концентраций тяжелых металлов на экспрессию хлоропластных генов растений ячменя"

Проблема повышенного содержания тяжелых металлов (ТМ) в окружающей среде с каждым годом приобретает все большую актуальность. В настоящее время все возрастающие территории сельскохозяйственных угодий загрязняются тяжелыми металлами и сгановятся непригодными для выращивания традиционных культур. В связи с этим представляется крайне необходимым проведение исследований, направленных на изучение влияния высоких концентраций ТМ на растения и выяснение механизмов адаптации растений к экстремальным условиям.

Одним из основных механизмов токсического действия ТМ на растения является их способность замещать ионы других металлов и взаимодействовать с функциональными группами макромолекул. Негативное воздействие ТМ на живой организм также опосредовано повреждающим действием активных форм кислорода (АФК), генерация которых стимулируется ТМ. Действие ТМ носит плейотропный характер и приводит к нарушению многих физиологических процессов в клетке. Известно, что тяжелые металлы негативно влияют также на функционирование хлоропластов. Токсическое действие на фотосинтетические процессы ТМ оказывают не только за счет нарушения водного статуса и газообмена, но и путем инактивации ключевых ферментов метаболических путей и белков тилакоидных мембран, снижения содержания пигментов.

В ответ на действие стрессора в клетке формируются защитные механизмы, которые могут быть неспецифическими (общими) или специализированными. Например, в ответ на действие ряда повреждающих абиотических факторов, в том числе ТМ, повышается синтез антиоксидаптных ферментов и протекторных низкомолекулярных органических соединений. К специфическим механизмам адаптации к высоким концентрациям ТМ относятся синтез фитохелатинов и металлотионеинов, инактивирующих избыток ТМ.

Процесс транскрипции является важнейшим этапом экспрессии генов, интенсивность которого зачастую определяет уровень индивидуальных мРНК и кодируемых ими клеточных белков. В последние годы достигнуты значительные успехи в понимании механизмов функционирования транскрипционного аппарата хлоропластов. В частности, установлено, что в пластидах функционируют две РНК-полимеразы — ядерного и пластидного кодирования. Причем, сигма-фактор пластидной РНК-полимеразы кодируется не хлоропластным, а ядерным геномом. Разработаны биологические модели для изучения экспрессии хлоропластных генов, постепенно стали накапливаться данные о регуляции их транскрипции, например, гормонами и светом. Однако, несмотря на большие успехи в изучении механизмов регуляции экспрессии хлоропластного генома, до настоящего времени никем не была показана регуляция транскрипции пластидных генов тяжелыми металлами. На возможность существования такой регуляции указывали данные об активации транскрипции некоторых ядерных генов ионами кадмия, а также о влиянии этого металла на процесс созревания мРНК. Отсутствие данных по влиянию кадмия, меди и никеля на экспрессию индивидуальных хлоропластных генов и перспективность изучения данного вопроса для понимания механизмов регуляции биогенеза хлоропластов и определили цель нашей работы.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось проведение сравнительной оценки токсического действия ряда ТМ на растения ячменя, и выяснение характера изменения экспрессии хлоропластных генов ячменя в условиях действия избыточных концентраций солей кадмия, меди и никеля.

В связи с заявленной целью были поставлены следующие основные задачи:

1. Провести сравнительный анализ устойчивости ячменя к действию солей кадмия, медп и никеля.

2. Оценить эффект тяжелых металлов на рост и биомасс}' растений ячменя в связи с его особенностями поглощения тяжелых металлов.

3. Изучить воздействие кадмия, меди и никеля на содержание фотосинтетических пигментов у растений ячменя.

5. Изучить влияние избытка солей тяжелых металлов на процессииг мРНК хлоропластных генов ячменя.

Научная новизна и практическая ценность.

Исследована регуляция тяжелыми металлами экспрессии 28 функционально различных хлоропластных генов ячменя. Впервые показан факт регуляции тяжелыми металлами хлоропластных генов на уровне транскрипции. Впервые показано влияние кадмия на сплайсинг пре-мРНК пластидных генов. Это вносит существенный вклад в понимание механизмов регуляции биогенеза хлоропластов в условиях стресса, вызванного тяжелыми металлами. Полученные в работе данные имеют существенное значение для выяснения механизмов формирования адаптивных реакций у злаков, что существенно при разработке технологии создания трансгенных растений с повышенной устойчивостью и продуктивностью. Теоретические обобщения и совокупность полученных экспериментальных данных могут использоваться в курсах лекций для студентов биологических факультетов университетов и ВУЗов страны.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на годичном собрании физиологов растений России и Международной конференции «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сыктывкар, 2007)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Зарипова, Нелли Раилевна

6. выводы

1. Изученные ТМ (Cd, Ni п Си) в избыточных концентрациях (от 100 мкМ и выше) оказывают токсическое действие на прорастание семян, рост и накопление биомассы молодых растений ячменя. ТМ сильнее ингибируют рост корней, чем рост надземной части. Накопление свежей биомассы ингибируется ТМ сильнее, чем сухой. Наиболее сильное ингибирование накопления биомассы вызывает обработка хлоридом кадмия, в то время как ионы никеля менее токсичны для роста и развития растений.

2. В корнях растений ячменя накапливается значительно большее количество ТМ, чем в надземной части. Ионы никеля, по сравнению с кадмием и медью, легче поглощаются растениями ячменя и легче транспортируются из корней в надземные органы. Негативный эффект ионов меди на рост и развитие побега ячменя, вероятно, вызывается нарушением физиологических процессов в корнях, поскольку далее при самых высоких концентрациях меди в среде ее содержание в листе повышается незначительно.

4. Тяжелые металлы вызывали дифференциальное изменение транскрипции индивидуальных хлоропластных генов ячменя. В присутствии кадмия, меди и никеля активировалась транскрипция следующих хлоропластных генов: rpl 16, rpl23-rpl2 и ndhA, тогда как скорость транскрипции atpH гена снижается. Транскрипция других 15 изученных пластидных генов ячменя не регулируется тяжелыми металлами.

5. Активация транскрипции генов грПб и rpl23-rpl2 в присутствии ТМ, возможно, связана с тем, что кодируемые этими генами рибосомные белки, выполняют нетипичную для них неизвестную в настоящее время биологическую функцию в условиях адаптации растений к стрессу. Транскрипция пластидного ndhA гена ячменя, кодирующего субъединицу NADH пластохиноноксидоредуктазы, в ответ на действие ТМ активируется, возможно, для защиты хлоропластов от фотоокислительного стресса, возникающего при действии ТМ.

6. Ионы кадмия, в отличие от ионов меди и никеля, нарушают сплайсинг мРНК пластидного гена гр116. Это показывает, что ТМ способны участвовать в регуляции экспрессии хлоропластных генов не только на транскрипционном, но и на посттранскрипционном уровне, в частности, на уровне созревания пре-мРНК, ингибируя вырезание интронов, что может привести к снижению содержания в хлоропластах рибосомного белка и к подавлению процесса трансляции.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ионы Ni менее токсичны для ячменя, чем ионы Cd и Си, но растения ячменя способны поглощать их в больших количествах и, вероятно, лишены эффективных механизмов детоксикации. Кадмий и медь проявили сходство по степени воздействия на ростовые показатели проростков ячменя. Однако, у ячменя, как и у многих других видов растений, функционируют не только механизмы детоксикации ионов Си, но н барьеры, препятствующие их транспорту в надземные органы.

Токсическое действие никеля и меди на уровне содержания хлорофилла носило, очевидно, косвенный характер, однако длительная обработка растений хлоридом кадмия в высокой концентрации приводит к более существенным нарушениям функций хлоропластов: не только снижается уровень содержания зеленых пигментов, но и нарушается соотношение хлорофилла а к Ь.

В данной работе показано существование регуляции экспрессии индивидуальных хлоропластных генов ячменя тяжелыми металлами (на уровне транскрипции и сплайсинга). Ионы всех трех изученных ТМ активировали скорость транскрипции генов гр116, rpl23-rpl2 и ndhA, но ноны меди несколько ингибировали транскрипцию atpH гена. Обнаруженная активация скорости транскрипции может происходить вследствие прямого взаимодействия ионов ТМ с факторами транскрипции, либо также свидетельствовать об участии продуктов этих генов в защите хлоропластов в условиях воздействия стрессорных факторов. Ранее было показано, что транскрипция генов рибосомных белков активировалась при температурном стрессе, а скорость транскрипции гена ndhA, кодирующего субъединицу 1 пластидной NADH пластохиноноксидоредуктазы, возрастала в ответ на окислительный стресс. Однако сам механизм защитного воздействия этих белков пока остается неизвестным.

Тяжелые металлы способны вызывать не только изменения скорости транскрипции отдельных хлоропластных генов, но и участвовать в регуляции экспрессии генов на посттранскрипционном уровне, в частности, подавляя сплайсинг их транскриптов. Нами было показано, что ионы кадмия подавляли созревание пре-мРНК гена тр116, ингибируя процесс удаления интрона. Это может привести к затруднению трансляции и снижению содержания соответствующего рибосомного белка. Аналогичное воздействие ионов кадмия на ядерные гены ранее было обнаружено у растений петунии.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Зарипова, Нелли Раилевна, Москва

1. Андреева И.В. Говорнна В.В., Виноградова С.Б., Ягодин Б А. Никель в растениях // Агрохимия. 2001. №3. С. 82-94.

2. Барсукова B.C., Гамзикова О.И. Влияние избытка никеля на элементный состав контрастных по устойчивости к нему сортов пшеницы // Агрохимия. 1999. №1. С.80-85.

3. Бессонова В.П. Клеточный анализ роста корней Lathyrus odoratus L. при действии тяжелых металлов // Цитология и генетика. 1991. Т.25. №5. С.18-22.

4. Вассилев А., Керин В., Йорданов И. Фотосинтетическая характеристика растений ячменя (Н. vulgare L., Н. distichon L.), выращенных в среде с кадмием // Известия ТСХА. 1995. Вып. 1. С.207-213.

5. Гавриленко В.Ф. Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. Учебное пособие. М.: Высш.шк. 1975. 392 С.

6. Головко Т.К., Родина Н.А., Куренкова С.В., Табаленкова Г.Н. Ячмень на Севере (селекционно-генетические и физиолого-биохимические основы продуктивности) /Екатеринбург: УрО РАН. 2004. 156 С.

7. Даниленко Н.Г., Давыденко О.Г. Миры геномов органелл / Н.Г. Даниленко, О.Г. Давыдепко. Минск: Тэхналопя. 2003. 494 С.

8. Демченко Н.П., Калимова И.Б. Демченко К.Н. Влияние никеля на рост, пролиферацию и дифференциацию клеток корневой меристемы проростков Triticum aestivum II Физиология растений. 2005. Т.52. №2. С.250-258.

9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) // М.: Агропромиздат. Изд. 5 доп. и перераб. 1985. 352 С.

10. Зубо Я. О., Лысенко Е. А. Алейникова А. Ю., Кузнецов В. В., Пшпбытко Н. Л. Изменение транскрипционной активности генов пластома ячменя в условиях теплового шока // Физиология растений. 2008. Т.55. № 3. С. 323-331.

11. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах п растениях. М. Изд. Мир. 1989.312 С.

12. Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф., Титов А.Ф., Таланов А.В. Влияние свинца на фото синтетический аппарат однолетних злаков // Изв. РАН. Сер. биол. 2005. №2. С.184-188.

13. Кузнецов Вл.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2006. 742 С.

14. Лайдинен Г.Ф., Таланова В.В., Титов А.Ф., Казнина Н.М. Влияние свинца на рост и развитие Setaria viridis (L.) Beauv. // Растит, ресурсы. 2004. Т.40. Вып.З. С.53-59.

15. Лапиров А.Г., Микрякова Т.Ф. Влияние меди на формирование проростков частухи подорожниковой (Alisma plantago-aquatica L.) // Физиология растений. 2001. Т.48. №3. С.340-346.

16. Озолиня Г.Р. Влияние ионов меди, кобальта и серебра на начальный рост корней злаков // Микроэлементы в СССР. 1986. Вып.27. С.72-80.

17. Пустовой И.В., Филин В.И., Корольков А.В. Практикум по агрохимии // М.: Колос. 1995.336 С.

18. Серегин И.В., Иванов В.Б. Гистохимические методы изучения распределения кадмия и свинца в растениях // Физиология растений. 1997а. Т.44. №6. С.915-921.

19. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. 2001. Т.48. С.606-630.

20. Серегин И.В., Кожевникова А.Д., Казюмина Е.М., Иванов В.Б. Токсическое действие и распределение никеля в корнях кукурузы // Физиология растений. 2003. Т.50. С.793-800.

21. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие па высшие растения // Физиология растений. 2006. Т. 53. С. 285—308.

22. Серегин И.В. Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений // Успехи биологической химии. 2001. Т.41. С.283-300.

23. Таланова В.В., Таланов А.В., Титов А.Ф. Влияние свинца на фотосинтез и транспирацию растений огурца // Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия. Вологда. 2005. С. 166.

24. Таланова В.В., Титов А.Ф., Боева Н.П. Влияние ионов кадмия н свинца на рост и содержание пролнна и АБК в проростках огурца // Физиология растений. 1999. Т.46. №1. С. 164-167.

25. Таланова В.В., Титов А.Ф., Боева Н.П. Влияние свинца и кадмия на проростки ячменя // Физиология и биохимия культурных растений. 2001. Т.ЗЗ. №1. С.33-37.

26. Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф., Казнина Н.М. Влияние высоких онцентраций кадмия на рост и развитие ячменя и овса на ранних этапах онтогенеза // Агрохимия. 2002. №9. С.61-65.

27. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам отв. ред. Н.Н. Немова.; Институт биологии КарНЦ РАН. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 172 С.

28. Титов А.Ф., Таланова В.В., Лайдинен Г.Ф. Казнина Н.М. Влияние тяжелых металлов на растения: эколого-физиологические аспекты // Наземные и водные экосистемы Северной Европы: Управление и охрана. Петрозаводск. 2003. С. 152-157.

29. Тэмп Г.А. Никель в растениях в связи с его токсичностью // Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов / Под. ред. Н.В. Алексеевой-Поповой. Л.: Ленуприздат. 1991. С.139-146.

30. Холодова В.П., Волков К.С., Кузнецов Вл. В. Адаптация к высоким концентрациям солей меди и цинка растений хрустальной травки и возможность их использования в целях фпторемедиации. Физиология растений. 2005. Т. 52. №6. С. 848-858.

31. Шематорова Е.К., Шпаковский Г.В. Структура и функции ядерной ДНК-зависимой РНК-полимеразы I эукариот// Мол. Биол. 2002. Т.36(1). С.3-26.

32. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растении / Под редакцией Павлиновой О .А. М.: Наука. 1971. С.154-170.

33. Abdel-Ghany S.E., Muller-Moule P., Niyogi K.K., Pilon M., Shikanai T. Two P-type ATPases are required for copper delivery in Arabidopsis thaliana chloroplasts // Plant Cell. 2005. V17. N4. P.1233-1251.

34. Ali N.A., Ater M., Sunahara G.I., Robidoux P.Y. Phytotoxicity and bioaccumulation of copper and chromium using barley (Hordeum vulgare L.) in spiked artificial and natural forest soils // Ecotoxicol Environ Saf. 2004. V.57. N3. P.363-374.

35. Allison L.A., Maliga P. Light-responsive and transcription enhancing elements regulate the plastidpsbD core promoter// EMBO J. 1995. V.14. P.3721-3730.

36. Allison L.A., Simon L.D., Maliga P. Deletion of rpoB reveals a second distinct transcription system in plastids of higher plants // EMBO J. 1996. V.15(l 1). P.2802-2809.

37. Allison L.A. The role of sigma factors in plastid transcription// Biochimie. 2000. V.82. P.537-548.

38. Anthonisen I.L., Kasai S., Kato K., Salvador M.L., Klein U. Structural and functional characterization of a transcription-enhancing sequence clement in the rbcL gene of the Chlamydomonas chloroplast genome// Curr. Genet. 2002 V.41. P.349-356.

39. Antosiewicz D.M. Adaptation of Plants to an Environment Polluted with Heavy Metals // Acta. Soc. Bot. Pol. 1992. V.61. P.281-299.

40. Arabidopsis Genome Initiative Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana/I Nature. 2000. V.408. P.796-815.

41. Aschmann S.G., Zasoski R.J. Nickel and Rubidium Uptake by Whole Oat Plants in Solution Culture//Physiol. Plant. 1987. V.71. P. 191-196.

42. Baba K., Nakano Т., Yamagishi K., Yoshida S. Involvment of a nuclear-encoded basic helix-loop-helix protein in transcription of the light-responsive promoter of psbDII Plant Physiol. 2001. V.125. P. 595-603.

43. Baker A.J.M. Accumulators and Excluders-Strategies in Response of lants to Heavy Metals // J. Plant Nutr. 1981. V.3. P. 643-654.

44. Baker A.J.M., Brooks R.R. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metal elements A review of their distribution, ecology and phytochemistry // Biorecovery. 1989. V.l. P. 81-126.

45. Barcelo J., Vazquez M.D., Poschenrieder C. Structural and ultrastructural disorders in cadmium-treated bush bean plants (Phaseolus vulgaris L.) // New Phytol. 1988. V.108. P. 37-49.

46. Baryla A., Carrier P., Frank F., Coulomb C., Sehut C., Havaux M. Leaf chlorosis in oilseed rape plants (Brassica napus) grown on cadmium-polluted soil: causes and consequences for photosynthesis and growth // Planta. 2001. V.212. P. 696-709.

47. Baszynski Т., Tukendorf A., Ruszkowska M., Skorzynska E., Maksymiec W. Characteristics of the photosynthetic apparatus of copper non-tolerant spinach exposed to excess copper//J. Plant Physiol. 1988. V. 132. P. 708-713.

48. Bates L.S., Waldren R.P. and Teare I.D. (1973) Rapid determination of free praline for water-stress studies. Plant and Soil. V. 39. № 1. P. 205-207.

49. Baumgartner В .J., Rapp J.C., Mullet J.E. Plastid transcription activity and DNA copy number increase early in barley chloroplast development // Plant Physiol. 1989. V.89. P.1011-1018

50. Beardslee T.A., Roy-Chowdhury S., Jaiswal P., Buhot L., Lerbs-Mache S., Stern D.B., Allison L.A. A nucleus-encoded maize protein with sigma factor activity accumulates in mitochondria and chloroplasts // Plant J. 2002. V. 31(2). P. 199-209.

51. Вerends-Sexton Т. Jones J.T., Mullet J.E. Sequence and transcriptional analysis of the barley ctDNA region upstream of psbD-psbC encoding trnKQJUU), rpsl6, trnQ(XJUG), psbK, psbl, and ?rnS(GCU) I I Curr. Genet. 1990a. V.17. P. 445-454.

52. Berg S., Krupinska K., Krause K. Plastids of three Cuscuta species differing in plastid coding capacity have a common parasite-specific RNA composition I I Planta, 2003. V. 218(1). P. 135-142.

53. Bergsland K.J., Haselkorn R. Evolutionary relationships among eubacteria, cyanobacteria, and chloroplasts: Evidence from the rpoCl gene of Anabaena sp. strain PCC7120 // J. Bacteriol. 1991. V.173. P.3446-3455.

54. Bishnoi N.R., Sheoran I.S., Singh R. Influence of cadmium and nickel on photosynthesis and water relations in wheat leaves of different insertion level // Photosynthetica. 1993. V.28. N3. P. 473-479.

55. Bligny M., Courlois F., Thaminy S., Chang C.-C., Lagrange Т., Baruah-Wolff J., Stern D.B., Lerbs-Mache S. Regulation of plastid rDNA transcription by interaction of CDF2 with two different RNA polymerases // EMBO J. 2000. V.19(8). P. 1851-1860.

56. Boyd R.S., Martens S.N. Nickel Hyperaccumulation by Tlaspi montanum var. Montanum (Brassicaceae): A Constitutive Trait // Am. J. Bot. 1998. V.85. P.259-265.

57. Boyer S.K., Mullet J. Characterisation of Pisum sativum chloropastpsbA transcript produced in vivo, in vitro and in E. coli II Plant. Mol. Biol. 1986. V.6. P. 229-243.

58. Breskle S.W., Growth under stress: heavy metals // Plant root the hidden half. Marsel Deccer. 1991. P.351-373.

59. Brooks, R.R. Copper and cobalt uptake be Haumaniastrum species // Plant Soil. 1977. V.48. P. 541-544.

60. Brooks R.R., Shaw S., Marfil A.A., The Chemical Form and Physiological Function of

61. Nickel in Some Iberian Alyssum Species//Physiol. Plant. 1981. V.51. P. 167-170. Brooks R.R., Wither E.D., Zepernik B. Cobalt and Nickel in Rinorea Species // Plant Soil. 1977. V.47. P. 29-38.

62. Brown P.H., Welch R.M., Сагу E.E. Nickel: A Micronutrient Essential for Higher Plants //

63. Cahoon A.B., Harris F.M., Stern D.B. Analyzing of developing plastids reveals two mRNA stability classes correlating with RNA polymerase type // EMBO Rep. 2004. V.5(8). P. 801-806.

64. Chang C.-C, Sheen J., Bligny M., Niwa Y., Lerbs-Mache S., Stern D.B. Functional analysis of two maize cDNA encoding T7-like RNA polymerases // Plant Cell. 1999. V.ll. P. 911-926.

65. Chelm B.K., Hallick R.B., Gray P.W. Transcription program of the chloroplast genome of Euglena gracilis during chloroplast development // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979. V76(5). P. 2258-2262.

66. Clemens S. Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis // Planta. 2001. V.212. P. 475^486.

67. Clijsters H., Van Assche F. Inhibition of photosynthesis by heavy metals // Photosynth. Res. 1985. V.70. P. 31-40.

68. Cobbett C.S. Phytochelatins and their roles in heavy metal detoxification // Plant physiol. 2000. V.123. P. 825-832.

69. Cobbett С., Goldsbrough P. Phytochelatins and metallotioneins: Roles in heavy metal detoxification and homeostasis // Annu. Rev. Plant Biol. 2002. V.53. P. 159-182.

70. Curtis S.E., Martin J.A. The transcription apparatus and the regulation of transcription initiation // In: The molecular Biology of cyanobacteria. Bryant D.A. (ed). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. P. 613-639.

71. Dan Т., Raj S.IC., Saxena P.K. Physiology of Heavy Metal Uptake and Tolerance in Plants // Agro's Rev. Plant Physiol. 1999. V.1V. P. 195-213.

72. Deng X.-W., Gruissem W. Constitutive transcription and regulation of gene expression in non-photosynthetic plastids of higher plants // EMBO J., 1988. V.7 (11). P. 3301-3308.

73. Deng X.-W., Gruissem W. Control of plastid gene expression during development: The limited role of transcription regulation // Cell. 1987. V.49. P. 379-387.

74. Deng X.-W. Tonkyn J.C., Peter G.F., Thornber J.P., Gruissem W. Post-transcriptional control of plastid mRNA accumulation during adaptation of chloroplasts to different light quality environments // Plant Cell, 1989. V.l(6). P. 645-654.

75. DcSantis-Maciossek G., Kofer W., Bock A., Rudiger W., Koop H.U., Herrmann R.G. Targeted disruption of the plastid RNA polymerase genes rpoA, В and C7: molecular biology, biochemistry and ultrastructure // Plant J. 1999. V. 18. P. 477-489.

76. De Vos C.H.R., Schat H., De Waal M.A.M., Vooijs R., Ernst W.H.O. Increased resistance to copper-induced damage of the root cell plasmalemma in copper tolerant Silene cucubalus II Physiologia Plantarum. 1991. V.82. P. 523-528.

77. DuBell A.N., Mullet J.E. Differential transcription of pea chloroplast genes during light-induced leaf development transcription: continuous far red light activates chloroplast transcription // Plant Physiol. 1995. V. 109. P. 105-112.

78. Eisermann A. Tiller K., Link G. In vitro transcription and DNA binding characteristics of chloroplast end etioplast extract from mustard (Sinapis alba) indicate differential usage of psbA promoter//EMBO J. 1990. V.9. P. 3981-3987.

79. Emanuel C., Weihc A., Graner A., Hess W.R., Bomer T. Chloroplast development affects expression of phage-type RNA polymerases in barley leaves // Plant J. 2004. V.38. P.460-472.

80. Ernst W.H.O. Effects of heavy metals in plants at the cellular and organismic level / Ecotoxicology. Ed. Gerrit Schuurmann and Bernd Markert. 1998. John Wiley&Sons. Inc. and Spectrum Academischer Verlag. P. 587-619.

81. Eskew D.L., Welch R.M., Сагу E.E. Nickel: An Essential Micronutrient for Legumes and Possibly All Higher Plants // Science. 1983. V.222. P. 621-623.

82. Eskew D.L., Welch R.M., Norvell W.A. Nickel in Higher Plants: Further Evidence for an Essential Role //Plant Physiol. 1984. V.76. P. 691-693.

83. Ewais E.A. Effects of cadmium, nickel and lead on growth, chlorophyll content and proteins of weeds // Biologia Plantarium 1997. V.39. N 3. P. 403-410.

84. Ferro M., Salvis D., Brugiere S., Miras S., ICowalski S., Louwagie M., Garin J., Joyard J., Rolland N. Proteomics of the chloroplast envelop membranes from Arabidopsis thaliana И Mol. Cell. Proteom. 2003. V.2. P. 325-345.

85. Fodor F., Szabonagy A., Erdei L. The effect of cadmium on fluidity and H+-ATPase activity of plasma membrane from sunflower and wheat roots // J. Plant Physiol. 1995. Y.147. P. 87-92.

86. Fujiwara M., Nagashima A., Kanamaru К., Tanaka K., Takahashi H. Three new nuclear genes, sigD, sigE, sigF, encoding putative plastid RNA polymerase sigma factors in Arabidopsis thaliana И FEBS Lett. 2000. V.481. P. 47-52.

87. Hajdukiewicz P.T.J., Allison L.A., Maliga P. The two RNA polymerase cncoded by the nuclcar and the plastid compartments transcribe distinct groups of genes in tobacco plastids //EMBO J. 1997. V. 16(13). P. 4041-4048.

88. Hakimi M.A., Privat I., Valay J.G., Lerbs-Mache S. Evolutionary conservation of C-terminal domains of primary sigma-70-type transcription factors between plants and bacteria // J. Biol. Chem. 2000. V.275. P. 9215-9221.

89. Hall J.L. Cellular Mcchanisms for Heavy Metal Detoxification and Tolerance // J. Exp. Botany. 2002. V. 53. P. 1-11.

90. Hall J., Williams E. Transition metal transporters in plants // J. Exp. Botany. 2003. V. 54. N 393. P. 2601-2613.

91. Han C.D., Patrie W., Polacco M., Сое E.H. Abberations in plastid transcripts and deficiency of plastid DNA in striped and albino mutants in maize // Planta. 1993. V.191. P. 552563.

92. Нага К., Sugita М., Aoki S. Cloning and characterization of the cDNA for a plastid sigma factor from the moss Physcomitrella patens II Biochim. Biophys. Acta. 2001b. V. 1517(2). P.302-306.

93. Hedtke В., Legen J., Weihe A., Herrmann R.G., Bomer T. Six active phage-type RNApolymerase genes in Nicotiana tabacum II Plant J. 2002. V.30(6). P. 625-637. Helmann J.D., Cliamberlin M.T. Structure and function of bacterial sigma factors // Annu.

94. Rev. Biochem. 1988. V.57. P. 839-872. Hess W.R., Bomer T. Organellar RNA polymerases of higher plants// Int. Rev. Cyt. 1999. V.190.P. 1-59.

95. Hoffer P.H., Christopher D.A. Structure and blue-light-responsive transcription of a chloroplast psbD promoter from Arabidopsis thaliana 11 Plant Physiol. 1997. V.l 15. P. 213-222.

96. Nickel-Hyp eraccumulator Dichapeialiun gelonioides 11 Phytochemistry. 1991. V.30. P. 2141-2145.

97. Horvath G., Droppa M„ Oravecz A., Raskin V.I., Marder J.B. Formation of the photosynthetic apparatus during greening of cadmium-poisoned barley leaves // Planta 1996. V.199. P. 238-243.

98. Howden R., Goldsbrough P.B., Andersen C.R., Cobbett C.S. Cadmium-sensitive, cadi mutants of Arabidopsis thaliana are phytochelatin deficient // Plant Physiology. 1995. V.107. P.1059-1066.

99. Gamble P.E., Mullet J.E. Blue light regulates the accumulation of two psbD-psbC transcripts in barley chloroplasts //EMBO J. 1989. V.8. P. 2785-2794.

100. Garcia-Hernandes M., Murphy A., Taiz L. Metallothioneins 1 and 2 have distinct but overlapping expression patterns in Arabidopsis // Plant Physiol. 1998. V.118. P. 387397.

101. Gatenby A.A., Castleton J.A., Saul M.W. Expresssion in E. coli of Z. mays and wheat chloroplast genes for large subunit of ribulose biphosphate carboxylase //Nature. 1981. V.291.P. 117-121.

102. Gerendas J., Sattelmacher B. Significance of Ni Supply for Growth, Urease Activity and the Concentrations of Urea, Amoni Acids and Mineral Nutrients of Urea-Grown Plants // Plant Soil. 1997. V.190. P. 153-162.

103. Giritch A., Ganal M., Stephan U.W., Baumlein H. Structure, expression and chromosomal localization of the metallothionein-like gene family of tomato // Plant Molecular Biology. 1998. V.37. P. 701-714.

104. Greger M., Ogren E. Direct and indirect effects of Cd2+ on photosynthesis in shugar beet {Beta vulgaris) //Physiol. Plant. 1991. V.83. P. 129-135.

105. Gries G.E., Wagner G.J. Association of Nickel Versus Transport of Cadmium and Calcium in Tonoplast Vesicles of Oat Roots // Planta. 1998. V.204. P. 390-396.

106. Kanamaru K., Fujiwara M., Seki M., Katagiri Т., Nakamura M., Mochizuki N., Nagatani A., Shinozaki A., Tanaka K., Takahashi H. Plastidic RNA polymerase sigma factors in Arabidopsis II Plant Cell Physiol. 1999. V.40. P.832-842.

107. Kaneko Т., Sato S., Kotani H., Tanaka A., Asamizu E., Nakamura Y., Miyajima N., Hirosawa M., Sugiura M., Sasamoto S., Kimura Т., Hosouchi Т., Matsuno A., Muraki A., Nakazaki N., Namo K., Okumura S., Shimpo S., Takeuchi C., Wada Т., Watanabe

108. Kanno A., Hirai A. A transcription map of the chloroplast genome from rice (Oryza sativa) II Curr. Genet. 1993. V.23(2). P. 166-174.

109. Kapoor S., Sugiura M. Identification of two essential sequence elements in the non-consensus type II PatpB-290 plastid promoter by using plastid transcription extracts from cultured tobacco BY-2 cells //Plant Cell, 1999. V.ll(9). P.1799-1810.

110. Kapoor S., Suzuki J.Y., Sugiura M. Identification and functional significance of a new class of non-consensus-type plastid promoters // Plant J. 1997. V.l 1. P.327-337.

111. Kersten W.J., Brooks R.R., Reeves R.D., Jaffre T. Nature of Nickel Complexes in Psychotria douarrei and Other Nickel-Accumulating Plants // Phytochemistry. 1980. V.19. P.1963-1965.

112. Kestermann M., Neukirchen S., Kloppstech K., Link G. Sequence and expression characteristics of a nuclear-encoded chloroplast sigma factor from mustard (Sinapis alba) II Nucl. Acid Res. 1998. V.26. P.2747-2753.

113. Klialid B.Y., Tinsley J. Some Effects of Nickel Toxicity on Rye Grass // Plant Soil. 1980. V.55. P.139-144.

114. Khudsar Т., Mahmooduzzafar, Iqbal M. Cadmium-induced changes in leaf epidermis, photosynthetic rate and pigment concentrations in Cajanus cajan II Biol. Plant. 2001. V.44.N1. P.59-64.

115. Khudsar Т., Mahmooduzzafar, Iqbal M., Sairam R.K. Zinc-induced changes in morpho-physiological and biochemical parameters in Artemisia annua II Biol. Plant. 2004. V.48. N2. P.255-260.

116. Kim M., Christopher D.A., Mullet J.E. ADP-dependent phosphoiylation regulates assotiation of a DNA-binding complex with the barley chloroplast psbD blue-light-responsibe promoter // Plant Physiol. 1999a. V.l 19. P.663-670.

117. Kim M., Mullet J.E. Identification of a sequence-specific DNA binding factor required for transcription of the barley chloroplast blue light-responsive psbD-psbC promoter // Plant Cell. 1995. V.7. P. 1445-1457

118. Kim M., Thum IC.E., Morishige D.T., Mullet J.E. Detailed architecture of the barley chloroplast psbD-psbC blue light-responsive promoter // J. Bio. Chem. 1999b. V.274. P.4684-4692.

119. Klein R.R., Mullet J.E. Light-induced transcription of chloroplast genes: psbA transcription is differentially enhanced in illuminated barley // J. Biol. Chem. 1990. V.265(4). P.1895-1902.

120. Klein U., Salvador M.L., Bogorad L. Activity of Chlamydomonas chloroplast rbcL gene promoter is enhanced by a remote sequence element // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V.91. P.10819-10823.

121. Kleinkopf G.E., Huffaker R.C., Matheson A. Light induced de novo synthesis of ribulose 1,5-diphosphate carboxylase in greening leaves of barley // Plant Physiol. 1970. V.46. P.416-418.

122. Kobayashi H., Ngernprasirtsiri J., Akazawa T. Transcriptional regulation and DNA methylation in plastid during transitional conversion of chloroplasts to chromoplasts // EMBO J. 1990. V.9 (2). P.307-313.

123. Kochian L.V. Molecular Physiology of Mineral Nutrient Acquisition, Transport, and Utilization // Biochemistry and Molecular Biology of Plants / Eds. Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. Rockville. 2000. P.1204-1249.

124. Kovacevic G., Kastori R., Merkulov L.T. Dry matter and leaf structure in young wheat plants as affected by cadmium, lead and nickel // Biologia Plantarium. 1999. V.42. N1. P.119-123.

125. Kramer U., Cotter-Howells J.D., Charnock J.M., Baker A.J.M., Smith A.C. Free Histidine as a Metal Chelator in Plants that Accumulate Nickel // Letters to Nature. 1996. V.379. P.635-638.

126. Krause K., Berg S., Krupinska K. Plastid transcription in the holoparasitic plant genus Cuscuta: parallel loss of the rrnl6 PEP-promoter and of the rpoA and rpoB genes coding for the plastid-encoded RNA polymerase // Planta, 2003. V.216(5). P.815-823.

127. Krupa Z., Baszynski T. Some aspects of heavy metals toxicity towards photosynthetic apparatus — direct and indirect effects on light and dark reactions // Acta Physiologiae plantarium. 1995. V.17. N.2. P.177-190.

128. Kung S.D., Lin C.M. Chloroplast promoters from higher plants // Nucl. Acids Res. 1985. V. 13(21). P.7543-7549.

129. Mahalingam R., Federoff N. Stress response, cell death and signaling: the many faces of reactivc oxygen species // Physiologia Plantarum. 2003. V. 119. P.56-68.

130. Maksymicc W. Effect of copper on cellular processes in higher plants // Photosynthetica. 1997. V. 34. P. 132-342.

131. Maksymiec W., Russa R., Urbanik-Spniewska Т., Baszynski T. Changes in acryl lipid and fatty acid composition in thylakoids of copper non-tolerant spinach exposed to express copper// J. Plant Physiol. 1992. Y.140. P.52-55.

132. Maksymiec W., Russa R., Urbanik-Sypniewska Т., Baszynski T. Effect of excess Cu on the photosynthetic apparatus of runner bean leaves treated at two different growth stages // Physiol. Plant. 1994. V. 91. P. 715-721.

133. Maliga P. Two plastid RNA polymerases of higher plants: a evolving story // Trends Plant Sci. 1998. V.3.P.4-6.

134. Marano M.R., Carrillo N. Chromoplast formation during tomato fruit ripening. No evidence for plastid DNA methylation // Plant Mol. Biol. 1991. V.6. P. 11-19.

135. Martin M., Casano L.M., Sabater B. Identification of the product of ndhA gene as a thylakoid protein synthesized in response to photooxidative treatment // Plant Cell Physioloogy. 1996. V. 37. N 3. P. 293-298.

136. Maser P., Thomine S., Schroeder J.I., Phylogenetic relationships within cation transporter families of Arabidopsis // Plant Physiology. 2001. V. 126. P. 1646-1667.

137. Mcllveen W.D., Negusanti J.J. Nickel in the terrestrial environment // The Sci. of the Total Environ. 1994. V.148. P.109-138.

138. Meharg A. A. The role of the plasmalemma in metal tolerance in angiosperms // Physiologia Plantarum. 1993. Y.88. P.191-198.

139. Miyagi Т., Kapoor S., Sugita M., Sugiura M. Transcript analysis of the tobacco plastid operon rps2/atpI/H/F/A reveals the existence of a non-consensus type II (NCII) promoter upstream of atpl coding sequence // Mol. Gen. Genet. 1998. Y.257. P.299-307.

140. Mohanty N., Vass I., Demeter S. Copper toxicity affects photosystem II electron transport at the secondary guione acceptor QB // Plant Physiol. 1989. V.90. P. 175-179.

141. Molas J. Changes in Morphological and Anatomical Structure of Cabbage (Brassica oleracea L.) Outer Leaves and in Ultrastructure of Their Chloroplasts Caused by an in vitro Excess ofNickcl // Photosynthetica. 1997. V.34. P.513-522.

142. Molas J. Changes of chloroplast ultrastructure and total chlorophyll concentration in cabbage leaves caused by excess of organic Ni (II) complex // Environ. Exp. Bot. 2002. V.47. P.l 15-126.

143. Monnet F., Vaillant N., Vernay P., Coudret A., Sallanon H., Himi A. Relationship between PSII activity, C02 fixation, and Zn, Mn and Mg contents of Lolium perenne under zinc stress//J. Plant Physiol. 2001. V.158. P.l 137-1144.

144. Mullet J.E. Dynamic regulation of chloroplast transcription // Plant Physiol. 1993. V.103. P.309-313.

145. Mullet .Т.Е., Klein R.R. Transcription and RNA stability are important determinants of higher plants chloroplast RNA levels // EMBO J. 1987. V.6. №6. P.1571-1579.

146. Murphy A., Taiz L. Comparison of Metallothionein Gene Expression and Nonprotein thiols in Ten Arabidopsis Ecotypes // Plant Physiol. 1995. V. 109. P. 945-954.

147. Murphy A., Zhou J., Goldsbrough В., Taiz L. Purification and imunological identification of Metallothioneins 1 and 2 from Arabidopsis thaliana II Plant Physiol. 1997. V.113. P.1293-1301.

148. Nakahira Y., Baba K., Yoneda A., Shiina Т., Toyoshima Y. Circadian-regulated transcription of the psbD light-responsive promoter in wheat chloroplsts // Plant Physiol. 1998. V.118. P.1079-1088.

149. Nakano Т., Murakami S., Shoji S., Yoshida S., Yamada Y., Sato F. A novel protein with DNA binding activity from tobacco chloroplast nucleoids // Plant Cell. 1997. V.9. P.1673-1682.

150. Ngemprasirtsiri J., Chollet R., Kobayashi H., Sugiyama Т., Akazawa T. DNA methylation and different expression of C4 photosynthesis genes in mesophyll and bundle sheath cells of greening maize leaves // J. Biol. Chem. 1989. V.264(14). P.8241-8248.

151. Ngemprasirtsiri J., Kobayashi H., Akazawa T. DNA methylation as a mechanism of transcriptional regulation in nonphotosynthetic plastids in plant cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988a. V.85. P.4750-4754.

152. Ngemprasirtsiri J., Kobayashi H., Akazawa T. DNA methylation is determinative element of photosynthesis gene expression in amyloplasts from liquid-cultured cells of sycamore (Acerpseudoplatanus L.) II Cell Stuct. Funct. 1990a. V.15(5). P.285-293.

153. Ngemprasirtsiri J., Kobayashi H., Akazawa T. DNA methylation occurred around lowly expressed genes of plastid DNA during tomato fruit development // Plant Phisiol. 1988b. V.88. P.16-20

154. Ngemprasirtsiri J., Macherel D., Kobayashi H., Akazawa T. Expression of amyloplast and chloroplast DNA in suspension-cultured cells of sycamore (Acer pseudoplatanus L.)H Plant Phisiol. 1988c. V.86(l). P.137-142.

155. Nickelsen J., Link G. KNA-protein interactions at 3" ends and evidence for trnK-psbA cotranscription in mustard chloroplasts // Mol. Gen.Genet. 1991. V.228. P. 89-96.

156. Novakova M., Matejova E., Sofrova D. Cd2+ effect on photosynthetic apparatus in Synechococcus elongatus and spinach (Spinacia oleracea L.) // Photosynthetica. 2004. V.42. N3. P. 425-430.

157. Obukosia S.D., Richards C.M., Boyer C.D. Expression of plastid-encoded photosynthetic genes during chloroplast or chromoplast differentiation in Cucurbitae pepo L. fruits // Phytochemistry, 2003. V.64(7). P. 1213-1221.

158. Oikawa К., Tanaka K., Takahashi H. Two types of differently photo-regulated nuclear genes that encode sigma factors for a chloroplast RNA polymerase in the red alga Cyanidium caldarium strain RK-1 // Gene. 1998. V.210. P. 277-285.

159. Ouzounidou G., Moustakas M., Eleftheriou E.P. Physiological and ultrastructural effects of cadmium on wheat (Triticum aestivum L.) leaves // Environ. Contamin. Toxicol. 1997. V.32. N2. P. 154-160.

160. Padmaja K., Prassad D.P.K., Prassad A.R.K. Inhibition of chlorophyll synthesis in Phaseolus vulgaris L. seedlings by cadmium acetate // Photosynthetica. 1990. V.24. N3. P.399-405.

161. Panda S.K., Chaudhury I., Khan M.N. Heavy metals induce lipid peroxidation and affect antioxidants in wheat leaves // Biol. Plant. 2003. V.46. N2. P.289-294.

162. Pandolfini Т., Gabrielli R., Compartini C. Nickel Toxicity and Peroxidase Activity in Seedlings of Triticum aestivum L. // Plant. Cell Environ. 1992. V.15. P.719-725.

163. Papoyan A., Kochian L.V. Identification of Thlaspi caerulescens genes that may be involved in heavy metal hyperaccumulaion and tolerance. Characterization of a novel heavy metal transporting ATPase // Plant Physiology. 2004. V.136. P3814-3823.

164. Patsikka E., Aro E.-M., Tyystjarvi E. Increase in the quantum yield of photoinhibition contributes to copper toxicity in vivo // Plant Physiol. 1998. V. 117. P. 619-627.

165. Patsikka E., Aro E.-M., Tyystjarvi E. Mechanism of copper-enhanced photoinhibition in thylakoid membranes // Physiol. Plant. 2001. V.l 13. P. 142-150.

166. Patsikka E., Kairavuo M., Sersen F., Aro E. M., Tyystjarvi E. Excess copper predisposes photosystcm II to photoinhibition in vivo by outcompeting iron and causing decrease in leaf chlorophyll//Plant Physiol. 2002. V. 129. P. 1359-1367.

167. Paule M.R., White RJ. Survey and summary: transcription by RNA polymerase I and III //

168. Nucl. Acids Res. 2000. V.28(6). P. 1283-1298. Paulsen I.T., Saier Jr. M.H. A novel family of ubiquitous heavy metal ion transport proteins

169. Prasad M.N.V. Cadmium toxicity and tolerance of vascular plants // Environ. Exp. Bot. 1995. V.35. P.525-545.

170. Privat I., Hakimi M.A., Buhot L., Favory J.J., Lerbs-Mache S. Characterization of Arabidopsis plastid sigma-like transcription factor SIG1, SIG2 and SIG3 // Plant Mol. Biol. 2003. V.51(3). P.385-399.

171. Quartacci M.F., Pinzino C., Sgherri C.L.M., Dalla Vecchia F., Navari-Izzo F. Growth in excess copper induces changes in the lipid composition and fluidity of PSII-enriched membranes in wheat//Physiol. Plant. 2000. V. 108, P. 87-93.

172. Rajasekhar V.K., Sun E., Meeker R., Wu B.W., Tewari K.K. Highly purified pea chloroplast RNA polymerase transcribes both rRNA and mRNA genes // Eur. J. Biochem. 1991. V.195. P.215-228.

173. Rauser W.E. Phytochelatins and related peptides. Structure, biosynthesis and function // Plant Physiology. 1995. V.109. P. 1141-1149.

174. Rauser W.E. Structure and function of metal chelators produced by plants the case for organic acids, amino acids, phytin and metallothioneins // Cell Biochemistiy and Biophysics. 1999. V.31. P.19-48.

175. Raven J.A., Evans M., Korb R.E. The role of trace metals in photosynthctic electron transport in 02-evolving organisms // Photosynth. Res. 1999. V. 60, P. 111-149.

176. Reeves R.D., Baker A.J.M. Metal-accumulating plants. In: Raskin I., Ensley, B.D. Phytoremcdiation of Toxic Metals. John Wiley and Sons Inc., New York. 2000. P.231-246.

177. Renner O. Die pflanzliche plastiden als selbststandige elemente der genetische konstitution //Ber. Sachs. Acad. Wiss. Math. Phys. Kl. 1934. V.86. P.214-266.

178. Revenkova E., Masson J., Koncz C., Afsar K., Jakovleva L., Paszkowski J. Involvement of Arabidopsis thaliana ribosomal protein S27 in mRNA degradation triggered by genotoxic stress//EMBO J. 1999. V. 18. №2, P. 490-499.

179. Ruiz O.N., Hussein H.S., Тепу N., Daniell H. Phytoremediation of organomercurial compounds via chloroplast genetic engineering // Plant Physiology. 2003. V.132. P1344-1352.

180. Sagner S., Kneer R., Wanner G., Gosson J.-P., Deuss-Neumann В., Zenk M.H. Hyperaccumulation, Complexation and Distribution of Nickel in Sebertia acuminata II Phytochemistry. 1998. V.47. P.339-343.

181. Salt D.E., Rauser W.E. MgATP-dependent transport of phytochelatins across the tonoplast of oat roots //Plant Physiology. 1995. V.107. P.1293-1301.

182. Salvador M.L., Klein U., Bogorad L. Light-regulated and endogenous fluctuations of chloroplast transcript leves in Chlamydomonas. Regulation by transcription and RNA degradation//Plant J. 1993. V.3(2). P213-219.

183. Salvador M.L., Klein U. The redox state regulates RNA degradation in the chloroplast of Chlamidomonas reinhardtii II Plant Phisiol. 1999. V.121. P.1367-1374.

184. Sancenon V., Puig S., Mira H., Thiele D., Penarrubia L. Identification of a copper transporter family in Arabidopsis thaliana 11 Plant Mol. Biol. 2003. V. 51. P. 577-587.

185. Sandalio L.M., Dalurzo H.C., Gomes M., Romero-Puertas M.C. del Rio L.A. Cadmium-induced changes in the growth and oxidative metabolism of pea plants // J. Exp. Bot. 2001. V.52. N364. P.2115-2126.

186. Satoh J., Baba K., Nakahira Y., Shiina Т., Toyoshima Y. Characterization of dynamics of light -induced transcription in mature wheat chloroplasts // Plant Mol. Biol. 1997. V.33. P.267-278.

187. Satoh J., Baba K., Nakahira Y., Tsunoyama Y., Shiina Т., Toyoshima Y. Developmental stage-specific multi-subunit plastid RNA polymerase (PEP) in wheat // Plant J. 1999. V.18(4). P.407-415.

188. Schickler H., Caspi H. Response of Antioxidative Enzymes to Nickel and Cadmium Stress in Hyperaccumulator Plants of Genus Alyssum // Physiol. Plant. 1999. V.105. P.39-44.

189. Schoefs В., Franck F. Protochlorophyllide reduction: Mechanisms and evolution // Photochem. Photobiol. 2003. V.78. P.543-557.

190. Schuetzenduebel A., Polle A. Plant Responses to Abiotic Stresses: Heavy Metal-Induced Oxidative Stress and Protection by Mycorrhization // J. Exptl. Bot. 2002. V.53. P. 13511365.

191. Serino G., Maliga P. RNA polymerase subunits encoded by the plastid rpo genes are not shared with the nucleus encoded plastid enzyme // Plant Physiol. 1998. V.l 17. P.l 1651170.

192. Shadel G.S., Clayton D.A. Mitochondrial transcription initiation. Variation and coservation //J. Biol. Chem. 1993. V.268(22). P.16083-16086.

193. Sheoran I.S., Singal H.R., Singh R. Effect of cadmium and nickel on photosynthesis and the enzymes of the photosynthetic carbon reduction cyclc in pingeonpea (Cajanus cajan L.) // Photosynthesis Research. 1990. V.23. P.345-351.

194. Shikanai Т., Muller-Moule P., Munekage Y., Niyogi K.K., Pilon M. PAA1, a P-tipe ATPase of arabidopsis, functions in copper transport in chloroplasts // The Plant Cell. 2003. V.15. P.1333-1346.

195. Siedlecka A., Baszynski T. Inhibition of electron flow around photosystem I in chloroplast of Cd-lreated maize plants is due to Cd-induced iron deficiency // Physiol. Plant. 1993. V.87. P. 199-202.

196. Siedlecka A., Krupa Z. Cd/Fe interaction in higher plants its consequences for the photosynthetic apparatus //Photosynthetica. 1999. V.36. N3. P.321-331.

197. Siedlecka A., Krupa Z. Interaction between cadmium and iron and its effects on the photosynthetic capacity of primary leaves of Phaseolus vulgaris II Plant Physiol. Biochem. 1996. V.35. P.951-957.

198. Siedlecka A. Some aspects of interactions between heavy metals and plant mineral nutrients // Acta Soc. Bot. Pol. 1995. V.64. N3. P. 262-272.

199. Silhavy D., Maliga P. Mapping of promoters for the nuclear-encoded plastid RNA polymerase (NEP) in the iojap maize mutant // Curr. Genet. 1998. V.33(5). P.340-344.

200. Silhavy D., Maliga P. Plastid promoter utilization in a rice cmbryogenic cell culture // Curr. Genet. 1998. V.34. P.67-70.

201. Sirko A., Brodzik R., Plant Ureases: Roles and Regulation // Acta. Biochim. Pol. 2000. V.47. P.l 189-1195.

202. Skorzynska-Polit E., Baszynski T. Differences in sensitivity of the photosynthetic apparatus in Cd-stressed runner bean plants in relation to their age // Plant Sci. 1997. V.l28. N1. P.l1-21.

203. Somashekaraiah B.V., Padmaja K., Prasad A.R.K. Phytotoxicity of cadmium ions on germinating seedlings of running bean (Phaseolus vulgaris): involvment of lipid peroxides in chlorophyll degradation // Physiol. Plant. 1992. V.85. P.85-89.

204. Stobart A.K., Griffiths W.T., Ameen-Bukhari I., Sherwood R.P. The effect of Cd2+ on the biosynthesis of chlorophyll in leaves of barley // Physiologia plantarum. 1985. V. 63. № 3. P. 293-298.

205. Suzuki J.Y., Maliga P. Engineering of the rpl23 gene cluster to replace the plastid RNA polymerase alpha subunit with the Escherichia coli homologue // Curr. Genet. 2000. V.38(4). P.218-225.

206. Suzuki J.Y., Ytterberg J., Beardslee T.A., Allison L.A., Wijk K.J., Maliga P. Affinity purification of the tobacco plastid RNA polymerase and in vitro reconstitution of the holoenzyme // Plant J. 2004. V.40(l). P. 164-172.

207. Thum K.E., Kim M., Christopher D.A., Mullet J.E. Cryptochrome 1, cryptochrome 2, and phytochrome A co-activate the chloroplast psbD blue light-responsive promoter // Plant Cell. 2001a. V.13. P.2747-2760.

208. Thum K.E., Kim M., Morishige D.T., Eibl C., ICoop H.-U., Mullet J.E. Analysis of barley chloroplast psbD light responsive promoter elements in transplastomic tobacco // Plant. Mol. Biol. 2001b. V.47. P.353-366.

209. Titov A.F., Talanova V.V., Boeva N.P. Growth responses of barley and wheat seedlings to lead and cadmium // Biologia Plantarium. 1996. V.38. N3. P.431-436.

210. Trindade L.M., Horvath B.M., Bergervoet M.J.E., Visser R.G.F. Isolation of a gene encoding a copper chaperone for copper/zinc superoxide dismutase and characterization of its promoter in potato // Plant Physiol. 2003. V. 133. P. 618-629.

211. Tsunoyama Y., Morikawa K., Shiina Т., Toyoshima Y. Blue light specific and differential expression of a plastid sigma factor, Sig5 in Arabidopsis thaliana II FEBS Lett. 2002. V.516(1-3). P.225-228.

212. Tukendorf A., Baszynski T. The in vivo effect of cadmium on photochemical activities in chloroplasts of runner bean plants // Acta Physiol. Plant. 1991. N 13. P.81-87.

213. Van Assche F., Glijsters H. Effects of metals on enzyme activity in plants // Plant Cell Environ. 1990. V.13. N.l. P. 195-206.

214. Vassilev A., Berova M., Zlatev Z. Influence of Cd on growth, chlorophyll content, and water relations in young barley plants // Biol. Plant. 1998a. V.41, N4. P.601-606.

215. Vassilev A., Kerin V., Atanassov P. Effect of cadmium pollution of soil upon productivity and seedling qualities of two winter barley (H. vulgare L.) cultivars // Bulg. J. Agric. Sci. 1996. V.2. P.333-340.

216. Vassilev A., Lidon F., Scotti P., Da Graca M., Iordanov I. Cadmium-induced changes in chloroplast lipids and photosystem activities in barley plants // Biol. Plant. 2004. V.48. N1. P.153-156.

217. Vassilev A., Manolov P. Chlorophyll fluorescence of barley (H. vulgare L.) seedlings grown in excess of Cd // Bulg. J. Plant. Physiol. 1999. V.25. N 3-4. P.67-76.

218. Vassilev A., Tsonev Т., Yordanov I. Physiological response of barley plants (Hordeum vulgare L.) to cadmium contamination in soil during ontogenesis // Environ. Pollut. 1998b. V.103. P.289-297.

219. Vassilev A., Yordanov I., Tsonev T. Effects of Cd2+ on the physiological state and photosynthetic activity of young barley plants // Photosynthetica. 1997. V.34. N2. P. 293-302.

220. Veeranjaneyulu K., Das V.S.R. Intrachloroplast localization of 65Zn and 63Ni in a Zn-tolerant plant, Ocimum basilicum Benth // J. Exp. Bot. 1982. V.33. P.l 161-1165.

221. Vera A., Hirose Т., Sugiura M. A ribosomal protein gene (rpl32) from tobacco chloroplast DNA is transcribed from alternative promoters: Similarities in promoter regionorganization plastid hosekeeping genes // Mol. Gen. Genet. 1996. V.251. №5. P.518-525.

222. Vera A., Sugiura M. Chloroplast rRNA transcription from structurally different tandem promoters: An additional novel-type promoter// Cur. Genet. 1995. V.27. P.280-284.

223. Vogel J., Hiibschmann Т., Borner Т., Hess W.R. Intron-internal RNA editing and splicing of trnK-matK presursor transcripts in barley plastids: Support for Mat К as an essential splice factor // J. Mol. Biol. 1997. V.270. P. 179-187.

224. Voskuil M.I., Voepel K., Chambliss G.H. The -16 region, a vital sequence for the utilization of a promoter in Bacillus subtillis and Escherichia coli // Mol. Microbiol. 1995. V.17. P.271-279.

225. Wegrzyn A., Szalewska-Palasz A., Blaszczak A., Liberek K., Wegrzyn G. Differential inhibition of transcription from c70- and o32-dependent promoters by rifampicin // FEBS Lett. 1998. V.440. P. 172-174.

226. Weigel H.J. The effect of Cd2+ on photosynthetic reactions of mesophyll protoplasts // Physiol. Plant. 1985. V.63. P. 192-200.

227. Welch R.M. The Biological Significance of Nickel // J. Plant Nutr. 1981. V.3. P.345-356.

228. Wierzbicka M., Obidzinska J. The effect of lead on seed imbibitions and germination in different plant species //Plant Sci. 1998. V.137. N.2. P.155-171.

229. Winter J., Wright R., DuckN., Gasser C., Fraley R., Shah D. The inhibition of petunia hsp70 mRNA processing during CdC12 stress // Mol Gen Genet. 1988. V. 211.№ 2. P. 315319.

230. Wojcik M., Tukendorf A. Cd-tolerance of maize, rye and wheat seedlings // Acta Physiol. Plant. 1999. V.21. N.2. P.99-107.

231. Wolfe K.H., Morden C.W., Palmer .T.D. Function and evolution of a minimum plastid genome from a nonphotosynthetic parasitic plant // Proc. Natl. Acad. Sci. 1992. V.89. P.10648-10652.

232. Wool I.G. Extraribosomal functions of ribosomal proteins 11 Trends Biochem. Sci. 1996. V. 21. № 5. P.164-165.

233. Wozny A., Schneider J., Gwozdz E.A. Effects of lead and kinetin on greening barley leaves // Biol. Plant. 1995. V.37. N4. P.541-552.

234. Xie G., Allison L.A. Sequence upstream of the YRTA core region are essential for transcription of the tobacco citpB NEP promoter in chloroplasts in vivo 11 Curr. Genet. 2002. V.41. P.176-182.

235. Yang X.E., Baligar V.C., Foster J.C., Martens D.C. Accumulation and Transport of Nickel in Relation to Organic Acids in Ryegrass and Maize Grown with Different Nickel Levels //Plant Soil. 1997. V.196. P.271-276.

236. Yao J., Allison L.A. The cDNA sequence of AtSIG4, a new member of the nuclear-encoded sigma-like factor gene family in Arabidopsis thaliana (accession no. AF101075), (PGR98-212)//Plant Physiol. 1998. V.118. P.1533.

237. Yruela I. Copper in plants // Braz. J. Plant Physiol. 2005. V.17. P.145-156.

238. Zeller S., Feller U. Reditribution of Cobal and Nickel in Detached Wheat Shoots: Effect of Steam-Girdling and of Cobalt and Nickel Supply // Biol. Plant. 1998. V.41. P.427-434.

239. Zhang Y, Yang X. The toxic effects of cadmium on cell division and chromosomal morphology of Hordeum vulgare // Mutat Res. 1994. V.312. N2. P.121-126.

240. Zurawski G., Bottomley W., Whitfeld P.R. Structures of the genes for the p and s subunits of spinach chloroplast ATPase indicate a dicistronic mRNA and an overlapping translation stop/start signal // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1982. V.79. P.6260-6264.

Информация о работе

Зарипова, Нелли Раилевна
кандидата биологических наук
Москва, 2008
ВАК 03.00.12

Диссертация

Действие избыточных концентраций тяжелых металлов на экспрессию хлоропластных генов растений ячменя - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы