Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений

Миронова, Виктория Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений
ВАК РФ 03.01.09, Математическая биология, биоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений"

На правах рукописи

Миронова Виктория Владимировна

КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ АУКСИНА В МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ РАЗВИТИЯ КОРНЯ РАСТЕНИЙ

03.01.09 - математическая биология, биоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 ЗА ПР 2010

Новосибирск 2010

004601707

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте цитологии и генетики СО РАН в лаборатории теоретической генетики, г. Новосибирск

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее учреждение:

Доктор биологических наук, доцент

B. А. Лихошвай

Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Кандидат биологических наук А. В. Кочетов

Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Доктор биологических наук

C.И. Бажан

ФГУН ГНЦВБ «Вектор», пгт. Кольцове

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится "/S" мая 2010 г. на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д 003.011.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 10.

Тел/факс: (383) 3331278, (383)-363-49-06*1321, e-mail: dissov@bionet.nsc.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН

Автореферат разослан " 3 " а-^С^-Л 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Т. М. Хлебодарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение механизмов поддержания стволовых клеток в развитии является одной из актуальнейших проблем современной биологии. У растений стволовые клетки локализованы в специальных органах -меристемах, которые, по сути, являются нишами стволовых клеток. В отличие от животных, у растений ниши стволовых клеток, и, как следствие, новые органы, формируются не только в эмбриогенезе, но и во взрослом растении: в апикальных меристемах боковых побегов, боковых и придаточных корней, меристемах цветка. Несомненно, механизмы формирования меристем и поддержания в них ниш стволовых клеток определяют как архитектуру растения в целом, так и его семенную продуктивность, мощность корневой системы, величину зеленой массы и множество других агрономически важных признаков.

В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных данных, в которых показана ключевая роль гормона ауксина (индолилуксусная кислота, ИУК) в формировании и сохранении меристем в развитии. Максимумы концентрации ауксина формируются в апикальных меристемах растений и обеспечивают как поддержание ниши стволовых клеток в них, так и формирование по определенному паттерну новых меристем и новых органов. В апикальной меристеме корня (АМК) максимум концентрации ауксина формируется в результате его активного перераспределения из побега. Белки-транспортеры ауксина ассиметрично локализованы на мембране клеток и определяют направленные потоки ауксина: акропетальный поток из побега в корень и базипетальный поток из корня в побег. Показано, что экспрессия белков-транспортеров регулируется ауксином на молекулярно-генетическом уровне, однако роль этих механизмов в развитии корневой системы до сих пор неизвестна.

В настоящий момент закономерности распределения ауксина в ткани растений интенсивно изучаются в совместных экспериментально-теоретических исследованиях. Методами математического моделирования проверены выявленные на основе экспериментальных данных гипотезы о роли распределения ауксина в формировании филлотаксиса [de Reuille et al., 2006; Smith et al., 2006; Jonsson et al., 2006; Sahlin et al., 2009], жилковании листа [Rolland-Lagan et al., 2004], поддержании ниши стволовых клеток в АМК [Grieneisen et al., 2007], формирования боковых корней [Laskowski et al., 2008] . В работе Grieneisen et al. (2007) численно показано, что максимум концентрации ауксина в АМК зрелого корня формируется по так называемому механизму «обратного фонтана». Согласно этой концепции, в анатомической структуре АМК направленные потоки ауксина взаимодействуют так, что ауксин циркулирует по замкнутому контуру внутри АМК. В кончике корня ауксин из акропетального потока попадает в базипетальный, а в меристематической зоне АМК ауксин из базипетального снова возвращается в акропетальный. Эти процессы обеспечивают формирование распределения ауксина в уже сформированной нише стволовых клеток АМК. Однако до сих пор остается актуальным вопрос о механизмах формирования ниши стволовых клеток апикальной меристемы на ранних стадиях развития главного корня, при инициации меристем боковых и придаточных корней, а также при регенерации

АМК после повреждений. В данной диссертационной работе исследуются молекулярно-генетические механизмы распределения ауксина в развивающихся корнях растений и их'роль в формировании анатомической структуры АМК.

Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование роли ауксина в контроле ранних этапов морфогенеза корня растений с помощью методов биоинформатики и математического моделирования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка онтологии развития корневой системы и базы данных по генетической регуляции морфогенеза корня разных видов растений, интегрирующих опубликованные экспериментальные данные о функциях ауксина в корне;

2. Разработка математических моделей, описывающих транспорт ауксина в корне растения с различной детализацией;

3. Анализ и математическое моделирование механизмов формирования и сохранения в развитии максимума концентрации ауксина в кончике корня;

"4. Анализ и математическое моделирование механизмов формирования максимумов концентрации ауксина в базальной меристеме и гипокотиле, предетерминирующих развитие боковых и придаточных корней, соответственно.

Научная новизна и практическая ценность. Впервые разработаны онтология процессов развития корневой системы и база данных PGNS-root по экспрессии генов различных видов растений в корне. Оба этих ресурса доступны через Интернет, и уже в настоящее время используются как источник информации по этим вопросам. Автоматические запросы, реализованные в PGNS-root", позволяют проводить системный анализ данных о паттернах экспрессии генов в развитии корневой системы растений^ их изменения в мутантах, трансгенах и при обработке активными веществами и факторами, а также о фенотипических аномалиях развития корня.

' В диссертационной работе выявлены новые механизмы регуляции развития корневой системы растения под действием ауксина, которые обобщают и дают объяснение всем опубликованным на данный момент экспериментальным данные о распределении ауксина в корне растений. Так, предложены и проверены в математических моделях гипотезы о механизмах (1) самоорганизации паттерна распределения ауксина в АМК; (2) формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения; (3) о ключевой роли механизмов автоингибирования транспорта ауксина в формировании разных типов корневой системы (стержневой и мочковатой). Эти гипотезы, теоретически подтвержденные экспериментами in silico, представляют собой задел для последующей проверки в экспериментах in vivo.

Впервые разработана математическая модель, использующая гипотезу о механизме самоорганизации паттерна распределения ауксина вдоль корня. Модель учитывает молекулярно-генетические механизмы активации и ингибирования ауксином экспрессии его белков-транспортеров • PIN1. В численных экспериментах показано формирование и сохранение"'паттерна распределения ауксина в развивающемся корне в соответствии с

экспериментальными данными. Практическая ценность разработанной математической модели транспорта ауксина заключается в том, что она не только обобщает полученные ранее экспериментальные данные о роли ауксина в корнеобразовании, но и представляет их системно, в виде компьютерной программы. Эта программа может быть использована в дальнейшем при решении практических задач, таких как изучение действия активных веществ в различных комбинациях и концентрациях на развитие корневой системы. Численные эксперименты могут быть использованы для проверки различных гипотез о механизмах регуляции развития корня с учетом процессов, происходящих на разных уровнях организации: молекулярно-генетическом, клеточном и тканевом. Разработанная модель также может быть использована для исследования развития корневых систем различных . видов растений, выявления общих и специфических механизмов регуляции процесса развития корня, их изменчивости в эволюции.

Полученные в диссертации результаты используются при чтении лекционного курса «Системная биология: математическое моделирование генных сетей».

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная онтология процессов развития корневой системы растений и база данных PGNS-root по экспрессии генов и фенотипическим аномалиям в корневых системах различных видов растений может быть использована как средствб унифицированной классификации экспериментальных данных по генетике развития корней растений и их систематического анализа.

2. В основе механизма самоорганизации экспериментально наблюдаемого паттерна распределения ауксина в меристеме корня лежат молекулярно-генетические механизмы регуляции ауксином своего активного транспорта.

3. В основе механизма формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения могут лежать процессы регуляции экспрессии транспортеров ауксина, опосредующих его акропетальный поток.

4. Различия механизмов регуляции ингибирования транспорта ауксина в различных видах растений могут лежать в основе формирования разных типов корневых систем (мочковатых или стержневых).

Апробация работы. Материалы настоящей работы были представлены на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН 2006 и 2009 годов, вошли в отчеты по интеграционным проектам СО РАН №107, 119; а также были представлены как основной результат в отчете ИЦиГ по Программе РАН 22. Молекулярная и клеточная биология. Проект 8. от 2009 года. Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях и семинарах: Российско-Германский форум по Биотехнологии (Новосибирск, 2009); минипрограмма «Morphodynamics in Plants, Animals and Beyond". (SantaBarbara, USA, 2009; Moscow Conferences on Computational Molecular Biology (Москва, Россия, 2007; 2009 гт); Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2008" (Москва, Россия, 2008); The 6th International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure (BGRS'2008, Novosibirsk, Russia, 2008); GARnet - SEB Symposium of experimental biologists (GARnet'08, Nottingham, UK, 2008); Autumn school for

young scientists in system biology (Novosibirsk, Russia, 2008); The Eighth International Conference on System Biology (ICSB'07, Long Beach, California, USA) и другие. По тематике исследования получено свидетельство о государственной регистрации базы данных (Свидетельство №2006620170, июнь 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано: пять работ в рецензируемых журналах, одна - в рецензируемой коллективной монографии и одна - в учебном пособии по биоинформатике, семнадцать в трудах конференций, в том числе в трех зарубежных. Получен 1 сертификат Роспатента.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов работы, заключения, выводов, списка литературы (167 наименования), а также списка используемых в работе сокращений. Материал изложен на 167 страницах, содержит 29 рисунков, 13 таблиц и 2 приложения.

Благодарности. Выражаю свою искреннюю благодарность В.А. Лихошваю, H.A. Омельянчук, H.A. Колчанову, С.И. Фадееву, Е.М. Залевскому, И.Р. Акбердину, Ф.В. Казанцеву, Д.Н. Горпинченко, К.Д. Безматерных, В.В. Лаврехе, М.П. Пономаренко, С.С. Ибрагимовой, Г. Йосифону, Э. Мелснессу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

В разделах 1.1.-1.2. обзора литературы рассмотрены особенности структурно-функциональной организации меристемы корней растения, гормональной регуляции развития главного и боковых корней, молекулярно-генетические механизмы распределения ауксина и его действия на развитие корней растений. В разделах 1.3. и 1.4. представлены обзоры существующих баз данных и математических моделей по развитию растений. В разделе 1.5. суммируются данные экспериментальных и теоретических исследований, представленных в обзоре, и формулируются задачи диссертации.

Для решения поставленных задач в диссертационной работе используется системный подход. Методология системного подхода включает четыре этапа исследования механизмов морфогенеза: (1) формализация гетерогенного массива экспериментальных данных и его интеграция в базах данных (глава 2); (2) логический анализ накопленной в базах данных информации, выявление общих закономерностей, извлечение новых знаний о механизмах регуляции морфогенеза (глава 3); (3) математическое моделирование процессов морфогенеза на основе проведенного логического анализа (глава 4); (4) формулирование и тестирование в моделях новых гипотез о регуляции процессов морфогенеза, планирование экспериментов (глава 4, заключение).

Глава 2. База данных по генетическому развитию корней растений PGNS-root

В главе 2 описана разработанная автором база данных по генетическому развитию корней растений, которая включает в себя следующие разделы:

1. Онтология процессов развития корневых систем. Онтология состоит из контролируемых словарей по (1) стадиям развития корневой системы и (2) по анатомии и морфологии корневой системы. Также, онтология содержит

термины, синонимы, краткое и полное описание с выдержками из публикаций и количественными данными.

2. База данных нуклеотидных последовательностей генов, их мутантных аллелей и трансгенных конструкций на их основе (PGNSSD).

3. База данных по экспрессии генов. В PGNS ED аннотируются данные трех типов: (1) паттерны экспрессии генов (стадия, орган, уровень) в растениях дикого типа; (2) изменение паттернов экспрессии после обработки активными веществами и факторами (действие гормонов, солей, температуры, света и др.); (3) изменение паттернов экспрессии в мутантных или трансгенных растениях.

4. База данных по фенотипическим аномалиям корневых систем. В PGNS PD аннотируются данные двух типов: (1) фенотипические аномалии развития корневой системы в мутантных или трансгенных растениях, а также (2) фенотипические аномалии, проявившиеся в результате обработки активными веществами и факторами.

5. База данных по проаннотированным публикациям (PGNS RD).

6. Терминологические словари по видам растений, фенотипическим аномалиям развития, типам экспериментов, уровням экспрессии, активным факторам и веществам.

PGNS-root имеет уникальное, по сравнению с другими базами данных, содержание, аннотируемое из опубликованных статей. В первую очередь, это данные экспериментов (ПЦР, in situ гибридизация, репортерные конструкции и др.) по изучению паттернов экспрессии ключевых в развитии растения генов. Во-вторых, это данные о фенотипических аномалиях развития корневой системы, и их причинах на тканевом уровне (например, повышенная скорость делений, уменьшение количества стволовых клеток и т.д.). Стоит подчеркнуть, что данные по экспрессии генов в растениях, подвергнутых обработке активными веществами (например, гормонами и их аналогами) и факторами (например, лазерная абляция, температура) не представлены на данный момент ни в одной другой базе данных. Онтология процессов развития корневых систем растений PGNS-root, по сравнению с существующими онтологиями развития растений содержит не только общепринятые термины биологии развития растений, но и их детальные описания, взятые из опубликованных статей и книг. По своей сути онтология PGNS-root является базой знаний, которая может быть использована в образовательных целях.

В интернет версии PGNS-root (http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/pgns') реализован ряд автоматических запросов, которые обрабатывают содержимое PGNS-root по определенным правилам, и выдают структурированную в виде таблиц информацию об особенностях экспрессии генов на молекулярном, клеточном, тканевом и фенотипическом уровнях. При заполнении PGNS-root основное внимание было уделено аннотированию информации о процессах распределения ауксина в корнях арабидопсиса, кукурузы, риса и люцерны.

Глава 3. Компьютерный анализ данных PGNS-root

Третья глава посвящена аналитическому анализу опубликованных данных о механизмах распределения ауксина в корне с использованием автоматических запросов PGNS-root.

Ранее в работе Grieneisen et al. (2007) была предложена структурная гипотеза формирования паттерна распределения ауксина в корне, согласно которой основным фактором формирования распределения концентрации ауксина в корне является анатомическая структура АМК, в которой клетки разных типов перераспределяют ауксин в определенном направлении. Однако выявленные в последние годы экспериментальные данные об экспрессии основных транспортеров ауксина свидетельствуют о существовании механизмов самоорганизации распределения ауксина в развитии, предшествующей формированию анатомической структуры. С целью выявления этих механизмов мы провели компьютерный анализ аннотированных в PGNS-root данных. Ниже представлены основные результаты такого анализа.

Распределение ауксина в корневой системе в норме. По автоматическому запросу ED1 (Как экспрессируется ген в растениях дикого типа?) к базе данных PGNS-root (см. главу 2.3) по термину Auxin в растении Arabidopsis thaliana выдается информация о 23 доменах экспрессии ауксина в корневой системе на разных стадиях ее развития. Экспериментальные данные о распределении ауксина, как правило, представляют собой описание активности DR5 ауксин-чувствительного промотора в трансгенных линиях DR5:GUS, DR5:GFP, DR5:PEH. Согласно работе Пожванова и Медведева (2008), по паттерну экспрессии репортерного гена DR5 можно с достаточной точностью судить о паттерне распределения ауксина в ткани. На основе анализа экспериментальных данных по 11 работам, можно сделать вывод, что паттерн распределения ауксина в кончике корня на качественном уровне одинаков - во всех работах показан максимум концентрации ауксина в 4-5 клетках от конца корня и градиент концентрации ауксина от максимума в сторону конца корня (Рис. 1В-Г). Еще два максимума концентрации - в базальной меристеме и в основании корня периодически формируются в развитии и предетерминируют развитие боковых и придаточных корней, соответственно (Рис. ЗБ-В).

Изменения распределения ауксина при обработке активными веществами и факторами. Автоматический запрос ED2 (Обработка какими активными веществами и факторами и изменяет экспрессию данного гена?) к PGNS-root по термину Auxin, выдает информацию о том, что изменение активности DR5 наблюдалось в опытах по обработке корня НФК, ИУК, 2,4-Д, АСС, ВА и при выжигании ЦП лазером. Анализ данных показал, что наиболее сильный эффект на распределение ауксина был выявлен в экспериментах по обработке корней ауксином и его аналогами. Паттерн распределения ауксина самоорганизуется в кончике корня даже после нарушении его структуры (выжигания ЦП), а значит, структурные механизмы формирования максимума концентрации ауксина, описанные в работе [Grieneisen et al., 2007] не являются единственными.

Механизмы синтеза ауксина в корне. По автоматическому запросу ED5 (Мутации/трансгены каких генов изменяют экспрессию данного гена?) к базе данных PGNS-root с термином Auxin, получена информация о мутантных растениях, в которых был изменен домен и уровень экспрессии DR5. Среди них были мутанты по генам ASA1 и ASB1, которые регулируют биосинтез ауксина. На основе анализа паттернов экспрессии ASA1 и ASB1 по автоматическим запросам ED1 и ED2 (см. выше) можно заключить, что синтез ауксина в кончике

корня влияет на его общую концентрацию в меристеме, но не является ключевым механизмом в позиционировании максимума концентрации ауксина в клетках инициалов корневого чехлика.

Механизмы транспорта ауксина. По автоматическому запросу ED1 (см. выше) была проанализирована информация о паттернах экспрессии белков-транспортеров ауксина в корне в растениях дикого типа. По автоматическому запросу PD1 (Какие фенотипические аномалии наблюдаются при мутациях/в трансгенах по заданному гену?) была получена информация о фенотипических аномалиях в растениях, мутантных по генам транспортеров ауксина. В результате анализа этих данных можно сделать вывод, что наибольшее значение в формировании распределения ауксина в развивающихся корнях имеют транспортеры, определяющие акропетальный поток ауксина.

Действие ауксина на экспрессию основных транспортеров ауксина. По автоматическому запросу ED2 к PGNS-root с веществами ИУК, НУК и 2,4-Д был проведен анализ того, влияет ли обработка ауксином на экспрессию его белков транспортеров. Действительно, в разных экспериментальных работах было показано, что ауксин как активирует транскрипцию ряда генов PIN семейства, так и приводит к деградации белков PIN1, PIN7 и PIN3. Таким образом, в корне существуют положительная и отрицательная обратные связи от ауксина на скорость его транспорта (Рис. 1 А).

На основе перечисленных выше фактов предложена гипотеза о морфогенетическом механизме формирования экспериментально наблюдаемого максимума концентрации ауксина в кончике корня (морфогенетическая гипотеза). Для объяснения механизмов формирования паттерна распределения ауксина в корне, мы предлагаем использовать концепцию, согласно которой распределение морфогена, каковым является ауксин, происходит по механизму самоорганизации. Благодаря положительной и отрицательной генетической регуляции ауксином экспрессии PIN генов, регулирующих поток ауксина из побега в корень (Рис. 1А), в изначально неспециализированной ткани корня может происходить самоорганизация распределения ауксина с максимумом концентрации, сохраняющимся на определенном расстоянии от кончика корня. Это стабильное во времени распределение морфогена интерпретируется клетками кончика корня как позиционная информация, которая далее определяет развитие и специализацию клеток АМК.

Глава 4. Математическое моделирование распределения ауксина в корне растений

Для проверки непротиворечивости морфогенетической гипотезы в диссертации были использованы методы математического моделирования, результаты которого описаны в главе 4. Мы разработали минимальную и полную модели, описывающие распределение ауксина в линейной последовательности клеток, лежащих вдоль центральной продольной оси корня (Рис. 1Б). В минимальной модели рассматривается ансамбль клеток фиксированного размера без учета их роста и деления (глава 4.1). В полной модели дополнительно учтено влияние ауксина на рост и деление клеток АМК в развитии (глава 4.2). В обеих моделях учтены процессы диффузии, активного транспорта и деградации

ауксина. Активный транспорт описан через Р1Ш белки, экспрессия которых в моделях регулируется ауксином. Единственным источником ауксина в корне в обеих моделях является ауксин, поступающий в Ы-ю клетку моделируемой зоны, имитируя тем самым поток ауксина из побега. Минимальная модель представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений реализованных на языке Б1ВМЬ [Казанцев и др., 2009]. В каждой клетке модели сходным образом (за исключением первой и Ы-ой клетки, для которых определены граничные условия) рассчитываются концентрации РШ1 и ауксина.

Ауксин

низкая концентрация/

высокая концентрация

Р1Ы1

Белок

Деградация белка

г\д Поток ауксина из побега

-Активный транспорт

^-►Диффузия

□Корневой чехлик (КЧ) □ Инициалы сосуд, ткани □Стволовая клетка КЧ □Меристематическая зона ЩЗона дифференцировки

Деградация^ЦЦентр покоя (ЦП)

Рисунок 1. А. Обобщенный механизм регуляции экспрессии РШ1 ауксином. Б. Клеточный ансамбль в математической модели распределения ауксина вдоль продольной оси корня. Стрелками указаны рассмотренные в модели процессы, влияющие на распределение ауксина. В. Экспериментальные данные ^аЬа^ш е1 а1., 1999] о распределении ауксина в кончике корня. Г. Профиль распределения ауксина полученный в результате обработки изображения (В.) в программе [п^еЛ. Д. Соответствие стационарного распределения ауксина (черная кривая) в модели экспериментально наблюдаемому распределению расчетов модели распределению ауксина вдоль продольной оси корня.

Для минимальной модели были подобраны несколько наборов значений параметров, с которыми в модели реализуются стационарные распределения внутриклеточных концентраций ауксина, качественно соответствующие экспериментальным данным (полный анализ проведен с «базовым» и «жестким» наборами параметров) (Рис. 1В-Д). Численный анализ модели с разными наборами параметров показал, что механизмы, заложенные в морфогенетической гипотезе, являются внутренне непротиворечивыми и обеспечивают образование максимума концентрации ауксина в кончике корня в изначально неспециализированном ансамбле клеток.

Для поддержания ниши стволовых клеток в АМК важно не только формирование, но и сохранение положения максимума концентрации ауксина в

развитии. Для проверки применимости морфогенетической гипотезы в сохранении паттерна распределения ауксина в растущей ткани была создана полная модель, которая расширяет минимальную модель описанием процессов роста и деления клеток. Для этой цели была использована Динамическая Грамматика [Mjolsness and Yosiphon, 2006], реализованная в виде приложения к системе Mathematica. Скорость деления клеток в полной модели зависит от концентрации в них морфогена Y (Рис. 2Д), который объединяет функции цитокинина и этилена в регуляции деления клеток. Значения параметров полной модели были подобраны таким образом, что рассчитанная in silico скорость деления клеток в ансамбле соответствует экспериментально наблюдаемому профилю митотической активности клеток в АМК с двумя максимумами (в инициалах корневого чехлика и в меристематической зоне АМК) (Рис. 2). Исследование полной модели показало, что рост и деление клеток в корне не препятствует формированию и сохранению максимума концентрации ауксина в кончике корня, что говорит о применимости морфогенетической гипотезы для объяснения формирования распределения ауксина в развивающихся тканях.

зона (МЗ) Инициалы КЧ (ИКЧ) 2 4 6 8 сц 2 4 6 8 си

Рисунок 2. Моделирование формирования анатомической структуры корня растения в развитии под регуляцией гормонов ауксина, цитокинина и этилена (в модели обобщены как морфоген У). А. Схема анатомической организации кончика корня на продольном срезе, разными цветами обозначены различные клеточные типы (цвета и условные обозначения как на рис. 1). Б. Профиль митотической активности клеток вдоль центральной оси корня (х) с двумя максимумами - в инициалах корневого чехлика (ИКЧ) и в меристематической зоне корня (МЗ). В. Результаты расчета модели: формирование качественных характеристик клеток, определяющих их дифференцировку в разные клеточные типы, расположенные на оси х. Г. Функция, с которой ауксин подавляет активность У. Д. Функция, с которой \ регулирует скорость деления клетки.

В дополнение к поддержанию положения максимума концентрации ауксина, в полной модели мы наблюдали установление таких индивидуальных

характеристик клеток (концентрация ауксина, относительное расположение на оси, митотическая активность), по которым можно дифференцировать клетки различных типов, расположенных вдоль центральной оси реального корня (Рис. 2В).

Анализ модели. В главе 4.3. приведены результаты анализа минимальной и полной моделей, с помощью которых мы in silico воспроизводили следующие эксперименты in vivo: повышение потока ауксина из побега, обработка корня ингибиторами транспорта ауксина, обработка экзогенным ауксином, лазерное выжигание ЦП.

Повышение потока ауксина из побега. В минимальной модели скорость поступления ауксина из побега задана одним параметром, в полной модели линейной функцией растущей во времени. Если рост интенсивности потока ауксина из побега в полной модели задать высоким, то в корне in silico при имитации его роста с течением времени будет расти суммарное содержание ауксина, что приведет к периодическому возникновению дополнительных максимумов концентрации ауксина, расположенных на расстоянии от первого (Рис. ЗБ). Очень высокий поток приведет к формированию максимума у основания корня (Рис. ЗВ). В минимальной модели этим событиям соответствуют появление колебательных решений с несколькими максимумами концентрации ауксина (Рис. ЗГ) в модели с базовым набором параметров и стационарные решения с несколькими максимумами в модели с жестким набором параметров (Рис. ЗД). Наблюдаемые in silico дополнительные максимумы могут соответствовать экспериментально показанным максимумам концентрации ауксина, которые предетерминируют развитие боковых [de Smet et al., 2007] и придаточных [Gonzali et al., 2005] корней (Рис. ЗБ-В). Результаты расчета настоящей модели показывают, что периодическое формирование внутренних максимумов, инициирующих образование боковых и придаточных корней, может происходить в ответ на повышение потока ауксина из побега при росте растения [Lovin et al., 2004] или при флуктуациях потока ауксина в суточном ритме [Jouve et al., 1999]. При этом регулярные флуктуации акропетального потока ауксина в соответствии с суточными ритмами могут быть ответственными за право-левый ризотаксис арабидопсиса, когда при благоприятных условиях закладка следующего бокового корня происходит через регулярные промежутки времени, на определенных расстояниях друг от друга.

В численных расчетах моделей с разными наборами параметров были выявлены различия в поведении модели в ответ на повышение потока ауксина из побега. В моделях с жестким набором параметров дополнительные максимумы концентрации ауксина в средней части корня и у его основания появляются при меньших изменениях потока ауксина из побега и максимумы более устойчивы в развитии, по сравнению с моделью с базовым набором параметров (Рис. ЗГ-Д).

Действие ингибиторов активного транспорта ауксина моделировалось уменьшением значения коэффициента активного транспорта (КО) в базовом наборе параметров минимальной модели (Рис. ЗЕ). При расчете модели с уменьшенным значением параметра КО, мы наблюдали сдвиг максимума концентрации ауксина вглубь корня и уменьшение концентрации ауксина в

области максимума, что хорошо согласуется с экспериментальными данными [ЗаЬа^ги А а!., 1999].

Рисунок 3. А.-В. Формирование в стационарных решениях минимальной модели распределений ауксина, с максимумами концентрации, соответствующими максимумам ауксина, наблюдаемым в эксперименте. А. Максимум концентрации в АМК. Б. Максимумы концентрации в АМК и в средней части корня. В. Максимумы концентрации в средней части корня и у основания. Г.-Е. Изменение распределения ауксина в решениях минимальной модели в ответ на: Г. повышение потока ауксина из побега при базовом наборе параметров; Д. повышение потока ауксина из побега при жестком наборе параметров; Е. уменьшение константы активного транспорта.

Регенерация центра покоя после отсечения кончика корня. После отсечения кончика корня или выжигания ЦП лазером (абляция), растение в процессе дальнейшего роста постепенно восстанавливает нормальную структуру АМК, формируя предварительно новый максимум концентрации ауксина в клетках проксимальных к выжженому ПЦ [Sabatini et al., 1999; Xu et al., 2006]. Аналогичный эксперимент мы имитировали in silico, рассчитывая модель с нулевыми начальными данными или с измененным ансамблем клеток (Рис. 4А). Сравнение экспериментов процесса регенерации максимума концентрации ауксина in silico и in vivo показало качественное соответствие изменений в экспрессии PIN1 и DR5, выявленных в работе [Xu et al., 2006] (Рис. 4Б-И), с изменениями концентрации PIN 1 и ауксина в настоящей модели (Рис. 4К-Н), соответственно. Помимо «регенерации» максимума ауксина в полной модели мы также наблюдали in silico восстановление специфических характеристик клеток вокруг формирующегося максимума, по которым можно судить о регенерации анатомической структуры АМК в целом (Рис. 2В).

Обработка корня экзогенным ауксином имитируется выборочным изменением концентрации ауксина в начальных данных модели. В минимальной модели с базовым набором параметров единственным эффектом повышения концентрации ауксина в начальных данных был незначительный сдвиг максимума концентрации ауксина в стационарных решениях, в полной модели не было никакого эффекта. На основании проведенного исследования можно

предположить, что описанный в модели механизм регуляции акропетального транспорта ауксина при базовом наборе значений параметров обеспечивает устойчивость стационарного распределения ауксина с единственным максимумом концентрации в кончике корня к случайному изменению концентраций ауксина в клетках, что согласуется с наблюдениями на арабидопсисе [Тпт1 е1 а1., 2002]. Численные эксперименты с жестким набором параметров показали большую чувствительность модели к изменению начальных данных. В модели формировались дополнительные максимумы концентрации ауксина в средней части корня и у его основания (Рис. ЗБ-В). Эти данные хорошо согласуются с экспериментальными данными по обработке корней однодольных растений, например, кукурузы [Кегк е! а!., 2000].

-л-1-1-U.

Рисунок 4. А. Схема компьютерного эксперимента по отсечению кончика корня. Процессы, следующие за выжиганием ЦП лазером in vivo (Б.-И.) и in silico (К.-Н.). Б.-Д. Изменение экспрессии DR5::GFP из Xu et al. (2007); Е.-И. Изменения в накоплении белка PIN1 из Xu et al. (2007); К.-Н. Моделирование распределения ауксина после выжигания ЦП, результаты расчета минимальной модели приведены для последних 7 клеток. Б.,Е.,К. - норма; В.,Ж.,Л. - от 3 до 16 часов после выжигания ЦП; Г.,3.,М. - два дня после выжигания; Д.,И.,Н.- 3 дня после выжигания. Белая стрелка указывает положение выжженного ЦП.

Транспорт ауксина в разных видах растений. Механизмы транспорта ауксина являются очень консервативными среди высших растений, поэтому коровый механизм регуляции транспорта ауксина, описанный в модели (Рис. 1А), также может работать в растениях разных видов. В этом случае, специфические свойства транспортных систем разных растений могут быть изучены in silico варьированием параметров в модели. Мы провели полный анализ динамики поведения модели с базовым и жестким набором параметров. Принципиальное отличие моделей с двумя наборами параметров заключается в эффективности подавления скорости активного транспорта при увеличении концентрации ауксина. В модели с жестким набором параметров для

эффективного ингибнрования PIN 1-опосредуемого активного транспорта из клетки требуется в три раза меньшая локальная концентрация ауксина.

Модели с разными наборами параметров сходным образом воспроизводят результаты экспериментов по (1) распределению ауксина в норме (Рис. 1В-Д); (2) обработке ингибиторами транспорта ауксина; (3) регенерации максимума концентрации ауксина после отсечения кончика корня (Рис. 4). Однако, в других численных экспериментах были показаны различия в поведении модели с жестким и базисным наборами параметров (см. выше), которые позволяют нам судить о возможных различиях транспортных систем ауксина, формирующих мочковатые и стержневые типы корневых систем (Таблица). Расчеты модели с базовым набором параметров адекватно описывают распределение ауксина в корне арабидопсиса и потенциально, любого другого растения со стержневой корневой системой. В такой системе формируется корневая меристема с небольшими по размеру АМК, боковыми корнями, находящимися на достаточно больших расстояниях друг от друга и незначительным количеством придаточных корней. Расчеты модели с жестким набором параметров хорошо согласуются с соответствующими наблюдениями на злаковых (например, кукурузе). В такой системе будет формироваться АМК больших размеров, большое количество придаточных и боковых корней. Действительно, корневые системы кукурузы характеризуются повышенной способностью к формированию боковых и придаточных корней, и эта способность увеличивается при обработке корней экзогенным ауксином [Kerk et al., 2000]. В полной модели с жестким набором параметров максимум концентрации ауксина не стабилен в развитии и перемещается на отрезке 10-25 клеток. Такой характер распределения ауксина в кончике корня может объяснять формирование ЦП больших размеров (у кукурузы 600-1000 клеток), в которых степень «покоя» зависит от удаленности от центра ЦП. У кукурузы клетки в центре ЦП действительно не делятся, а на границе делятся почти с такой же скоростью, что и клетки промеристемы [Jiang and Feldman, 2005]. Исходя из расчетов полной модели, можно предположить, что границы ЦП злаков вдоль продольной оси корня могут определяться как крайние клетки в районе перемещения максимума концентрации ауксина. В этом случае, центральные клетки ЦП, в которых вероятность нахождения максимума ауксина выше, будут находиться на более глубоком уровне покоя, чем те, в которые максимум ауксина сдвигается реже.

На основе анализа моделей с разными наборами параметров, мы предлагаем гипотезу о ключевой роли механизма автоингибирования транспорта ауксина в формировании разных типов корневой системы. Согласно расчетам, представленным в диссертации, мочковатая корневая система развивается, если активность транспортной PIN-системы (например, за счет возрастания скорости деградации белков-траспортеров) резко падает при достижении ауксином определенной пороговой концентрации. В противном случае развивается стержневая корневая система.

Таблица. Сравнение поведения моделей с базовым и жестким набором параметров.

Численный эксперимент Базовый набор параметров Жесткий набор параметров

Негативная регуляция ауксином экспрессии PIN1 10-кратное уменьшение концентрации Р1№ в клетке наблюдается при увеличении ауксина в ней а >10 см 10-кратное уменьшение концентрации PIN1 в клетке наблюдается при увеличении ауксина в ней а >4.1 си

Моделирование роста корня в полной модели Положение максимума концентрации ауксина в 5 клетке от кончика корня стабильное Положение максимума концентрации ауксина (М) в кончике корня плавает в отрезке 10 < Л/ <25 клеток

Условия формирования дополнительного максимума/ов концентрации ауксина в средней части корня (Рис. ЗБ) Колебательное решение, найденное в минимальной модели с увеличенным потоком ауксина из побега в полной модели проявляется в виде периодически формирующегося дополнительного максимума концентрации ауксина 1 ) увеличение потока ауксина из побега, или 2) уменьшение скорости активного транспорта, или 3) изменение коэффициентов ауксин-регулируемой экспрессии PIN 1, или 4) уменьшение скорости деградации ауксина, или 5) в ответ на изменение начальных данных

Условия формирования дополнительного максимума концентрации ауксина в основании корня (Рис. ЗВ) 1) увеличение потока ауксина из побега, или 2) уменьшение скорости активного транспорта, или 3) изменение коэффициентов ауксин-регулируемой экспрессии РГЫ1 1) увеличение потока ауксина из побега, или 2) уменьшение скорости активного транспорта, или 3) изменение коэффициентов ауксин-регулируемой экспрессии PIN1, или 4) уменьшение скорости деградации ауксина, или 5) в ответ на изменение начальных данных

Характеристики транспортной системы ауксина Максимум ауксина в АМК имеет стабильное положение в развитии корня Дополнительный максимум ауксина периодически формируется в средней части корня Дополнительный максимум в основании корня наблюдается редко, при очень серьезных изменениях внешних условий Максимум ауксина в АМК изменяет положение в определенном промежутке при развитии корня Дополнительные максимумы ауксина формируются при незначительном изменении внешних условий Дополнительный максимум в основании корня формируется часто, в ответ на изменения внешних условий

Корневая система Стержневая Мочковатая

Выводы

1. Разработана онтология процессов развития корневой системы и база данных РС^-гоо^ в которой интегрирована и систематизирована информация о ауксин-зависимой регуляции развития корней растений из опубликованных экспериментальных данных.

2. На основе анализа экспериментальных данных, предложена гипотеза о механизме самоорганизации паттерна распределения ауксина в меристеме корня, которая основана на молекулярно-генетической регуляции ауксином экспрессии белков-транспортеров ауксина.

3. Впервые разработана математическая модель, описывающая механизмы транспорта ауксина в корне с учетом регуляции экспрессии белков-транспортеров ауксина. Модель адекватно описывает все экспериментальные данные по изменению распределения ауксина в корне в различных условиях.

4. Впервые разработана математическая модель распределения ауксина вдоль продольной оси корня с учетом роста и деления клеток. В решениях модели формируются такие характеристики клеток, по которым их можно дифференцировать на разные типы, соответствующие основным типам клеток вдоль продольной оси корня.

5. Предложены механизмы формирования максимумов концентрации ауксина, предетерминирующих развитие боковых и придаточных корней. Их появление в решениях модели связано: (1) со случайными флуктуациями концентрации эндогенного ауксина, (2) с уменьшением скорости активного транспорта ауксина, (3) с увеличением потока ауксина из побега.

6. Численно показано, что частота формирования дополнительных максимумов концентрации ауксина в ответ на изменение внешних условий, существенно зависит от эффективности автоингибирования транспорта ауксина на генетическом уровне. Численно обоснована гипотеза, что различия механизмов регуляции ингибирования транспорта ауксина в различных видах растений могут лежать в основе формирования разных типов корневых систем (мочковатых или стержневых).

Список публикаций по теме диссертации в рецензируемых изданиях

1. Омельячук H.A., Миронова В.В.. Колчанов H.A. Генетика развития растений: интеграция информации из различных наблюдений и экспериментов в базах данных. Генетика, 2009, V. 45, No. 11, pp. 14761492. (перечень ВАК)

2. В.А. Лихошвай, H.A. Омельянчук, В.В. Миронова. Ф.В. Казанцев, И.Р. Акбердин, В.К. Королев, С.И. Фадеев, H.A. Колчанов. Моделирование регуляции ауксином инициации латеральных органов у Arabidopsis thaliana. Вестник Вогис. 2009, том 13, №1, С. 176-185. (перечень ВАК)

3. Г.Г. Лазарева, В.В. Миронова. H.A. Омельянчук, И.В. Шваб, В.А. Вшивков, Д.Н. Горпинченко, C.B. Николаев, Н.А.Колчанов. Математическое моделирование морфогенеза растений // Сибирский Журнал Вычислительной Математики. 2008. Т.П. №2., С.151-166. (перечень ВАК)

4. Омельянчук H.A., Миронова В.В.. Залевский Е.М., Подколодный Н.Л., Пономарев Д.К., Николаев C.B., Акбердин И.Р., Озонов Е.А., Лихошвай В.А., Фадеев С.И., Пенеико A.B., Лавреха В.В., Зубаирова У.С., Колчанов H.A. Морфогенез растений: реконструкция в базах данных и моделирование. Н.: Издательство СО РАН. Системная компьютерная биология. 2008. Под редакцией: Колчанов H.A., Гончаров С.С., Лихошвай В.А., Иванисенко В.А. С. 539-591.

5. В.А. Лихошвай, H.A. Омельянчук, В.В. Миронова. С.И. Фадеев, Э.Д. Мелснесс, H.A. Колчанов. Математическая модель паттерна распределения ауксина в корне растения // Онтогенез. 2007. Т. 38, №. 6, С. 446-456. (перечень ВАК)

6. N. Omelyanchuk, V. Mironova. A. Poplavsky, N. Podkolodny, N. Kolchanov, E. Mjolsness, E. Meyerowitz (2006) AGNS-a database on expression of Arabidopsis genes. Bioinformatics of Genome Regulation and Structure II. Springer Science+Business Media, Inc. 433-442.

7. Омельянчук H.A., Миронова B.B.. Залевский E.M., Шамов И.С., Поплавский A.C., Подколодный Н.Л., Пономарев Д.К., Николаев C.B., Мелснесс Э.Д., Мейеровитц Е.М., Колчанов H.A. Системный подход к исследованию морфогенеза Arabidopsis thaliana: I База данных AGNS // Биофизика. 2006 Т.51, S.1, С. 75-83. (перечень ВАК)

Подписано к печати 16.03.2010 г.

Формат бумаги 60 х 90 1/16. Печ. 1 л. Уч. Изд. 07

Тираж 110 экз. Заказ 28

Ротапринт Института цитологии и генетики СО РАН 630090, Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 10.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Миронова, Виктория Владимировна

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Особенности строения и развития корня растений.

1.1.1. Строение апикальной меристемы корня.

1.1.2. Эмбриональное развитие корня.

1.1.3. Формирование боковых и придаточных корней.

1.2. Экспериментальные данные о регуляции развития корневой системы растений.

1.2.1. Механизмы функционирования меристемы корня.

1.2.1.1. Механизмы поддержания пула стволовых клеток в корневой меристеме.

1.2.1.2. Гормональная регуляция делений клеток в корневой меристеме.

1.2.1.3. Генетическая регуляция закладки боковых корней.

1.2.2. Молекулярные механизмы действия ауксина.

1.2.2.1. Пространственное распределение ауксина в корне.

1.2.2.2. Диффузия и активный транспорт ауксина в ткани.

1.2.2.2.1. PIN белки оттока ауксина.

1.2.2.2.2. AUX1 белок притока ауксина.

1.2.2.2.3. PGP транспортеры.

1.2.2.3. Регуляция биосинтеза и деградации ауксина.

1.2.2.4. Клеточный ответ на ауксин.

1.2.2.5. Регуляция ауксином собственного транспорта.

1.2.2.6. Взаимодействие ауксина с другими гормонами.

1.3. Представление данных о генетике развития растений в базах данных.

1.3.1. Банки данных по геномике растений.

1.3.2. Онтология развития растений.

1.3.3. Базы данных по экспрессии генов растений.

1.3.3.1. БД по полно-геномным исследованиям экспрессии генов растений.

1.3.3.2. БД по экспрессии генов в коллекциях трансгенных линий с репортерными конструкциями.

1.3.3.3. БД интегрирующие информацию из опубликованных статей

1.3.4. БД по фенотипическим аномалиям растений.

1.3.4.1. БД описывающие фенотипы линий из генетических коллекций.

1.3.4.2. БД аннотирующие описание фенотипов мутантных и трансгенных растений по данным из опубликованных статей.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений"

Актуальность работы

Механизмы регуляции развития (морфогенеза) различных организмов интересовали ученых с древнейших времен. Еще в 4-м веке до н.э. Аристотель, изучая законы природы и бытия, говорил об энтелехии (от греч. entelecheia - имеющее цель в самом себе) — движущей силе, которая есть источник изменения от низших форм к высшим. Первичное накопление и осмысление данных о структуре и особенностях развития живых организмов заняло не одно столетие и к XVI веку в биологии возникла задача систематизации накопленных биологических знаний. Анализ данных о морфологии и морфогенезе растений позволил Линнею в XVIII веке создать и ввести в использование бинарную классификацию живых организмов. В XIX веке исследования морфологии животных различных видов позволили Дарвину предложить и обосновать теорию эволюции. Начиная с XIX века, описательные методы в биологии были дополнены целым рядом физико-химических методов, которые позволили добиться огромного прогресса в изучении механизмов морфогенеза. В результате, к концу XX века были определены функции большого числа генов в развитии организмов, выявлены некоторые механизмы регуляции развития, введен термин морфоген, предложена теория позиционной информации. В середине прошлого века, в связи с развитием вычислительной техники, для исследования биологии развития начали применяться математические методы. Процессы, лежащие в основе морфогенеза, протекают на разных уровнях организации живого — молекулярно-генетическом, биохимическом, клеточном, тканевом и организменном. Математические модели позволяют изучать эти сложные динамические процессы в развитии и, что важно, не только описывают экспериментально-наблюдаемые процессы, но также и обладают прогностической силой. Посему, развитие теоретических идей высказанных в работах Тьюринга, Ригерера и Штейна, Волперта и других привело к появлению в начале XXI века целого ряда математических моделей, описывающих механизмы развития отдельных органов растений и животных. Можно с уверенностью сказать, что мы являемся очевидцами изменения методологии изучения биологии развития, важным этапом которого становится математическое моделирование. Эти изменения позволят биологии в будущем стать такой же точной наукой, как и физика.

Объектом исследования в данной диссертационной работе является корневая система растения. Корневая система выполняет ряд важных функций в развитии растения: закрепляет растение в почве, обеспечивает приток в растение воды и минеральных веществ, запасает питательные вещества, через нее осуществляется взаимодействие с корнями других растений, грибами, микроорганизмами, обитающими в почве (микориза, клубеньки бобовых). Понимание механизмов роста и развития корня необходимо как для улучшения агрономически важных качеств культурных растений, например, устойчивости растений к недостатку воды и различных минеральных веществ, так и для изучения фундаментальной биологической проблемы - морфогенеза растений. Отличительной чертой морфогенеза растений является многократное формирование в течение всей жизни организма сходных структурных блоков - модулей. В корневой системе растения модулями являются главный, боковые и придаточные корни, анатомическая структура которых одинакова, но количество от растения к растению может сильно отличаться. На кончиках корней растения находится апикальная меристема, содержащая стволовые клетки и обеспечивающая рост и развитие корня по модульному типу. Сохранение апикальных меристем в развитии при разных условиях выращивания растения является ключевым фактором выживаемости растения. А изучение молекулярно-генетических механизмов, благодаря которым в развитии растения снова и снова формируются апикальные меристемы с заданным паттерном расположения клеток разных типов, является одной из первоочередных задач генетики развития растений.

В анатомической структуре апикальной меристемы выделяют несколько зон, размеры и взаимное расположение которых поддерживаются в развитии посредством специфической регуляции клеточных делений. Прежде всего, это зона «центра покоя» (ЦП), клетки которого почти не делятся и благодаря этому обеспечивают сохранение пула стволовых клеток, окружающих его. Непосредственно под ЦП находится слой клеток с максимальной концентрацией ауксина, который в основном синтезируется в надземной части растения и транспортируется в корень.

Развитие корневой системы растений разных видов в большой степени зависит от распределения в ней гормона ауксина (индолилуксусная кислота, ИУК). В корне ауксин обеспечивает удлинение клеток в зоне элонгации и дифференцировку сосудистой системы, регулирует развитие и функционирование меристемы корня, вызывает развитие боковых и придаточных корней, обеспечивает гравитропизм корня и т.д. Несмотря на то, что действие ауксина на развитие является одной из наиболее изученных областей генетики растений, механизмы регуляции ауксином развития и функционирования ткани растения фрагментарны. Особое внимание этому низкомолекулярному веществу сейчас уделяют еще и потому, что согласно некоторым данным, он селективно действует на раковые клетки человека, вызывая их апоптоз (Kim et al., 2009). Изучение механизмов транспорта ауксина и его действие на стволовые клетки растения, возможно, поможет в будущем выяснить механизмы действия ауксина на животные клетки.

Известно, что в местах закладки корневых меристем растений формируются максимумы концентрации ауксина, которые обеспечивают формирование анатомической структуры меристем и поддержание их функционирования в развитии. Механизмы формирования этих неравномерных распределений до сих пор не до конца понятны. В ряде работ методами математического моделирования были изучены процессы распределения ауксина и их влияние на филлотаксис (de Reuille et al., 2006; Smith et al., 2006; Jonsson et al., 2006; Sahlin et al., 2009) и развитие корня растения (Grieneisen et al., 2007; Laskowski et al., 2009). В работе Grierieisen et al. (2007) была теоретически обоснована роль структурных механизмов в формировании максимума концентрации ауксина в меристеме зрелого корня, в которых решающее значение имеет предопределенная анатомическая структура меристемы. Однако, эти механизмы не работают в развивающемся корне растения, поскольку постулированная в (Grieneisen et al., 2007) анатомическая структура в нем еще отсутствует и формируется в процессе развития растения под действием ауксина. Таким образом, одних структурных механизмов не достаточно для формирования распределения ауксина в базальной части зародыша, в неразвитых меристемах боковых и придаточных корней и при регенерации меристемы корня. Диссертация направлена на выявление механизмов авторегуляции распределения ауксина в развивающемся корне и его действия на развитие меристем корня, которые определяют развитие растений по модульному типу. Решение задач, поставленных в диссертации, необходимо для разработки теоретической платформы для дальнешего решения прикладных задач, таких как улучшение технологий создания трансгенных растений, вегетативного размножения растений, методов выращивания растения в экстремальных условиях, щадящей пересадки деревьев и др.

Цели и задачи работы

Целью настоящей работы является исследование роли ауксина в контроле ранних этапов морфогенеза корня с помощью методов биоинформатики и математического моделирования.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

1. Разработка онтологии развития корневой системы растений и базы данных по генетической регуляции морфогенеза корня растений разных видов, интегрирующей экспериментальные данные о функциях ауксина в корне;

4. Анализ и математическое моделирование механизмов формирования максимумов концентрации ауксина в базальной меристеме и гипокотиле, предетерминирующих развитие боковых и придаточных корней, соотвественно.

Научная новизна

Впервые разработана онтология развития корневой системы и база данных PGNS-root по экспрессии генов различных видов растений в корне (в норме, в мутантных и трансгенных растениях и при разных условиях выращивания) и фенотипическим аномалиям развития корневых систем при изменениях в экспрессии. Впервые в рамках единой интернет-доступной базы данных PGNS-root интегрированы экспериментальные данные о функциях ауксина в корне на молекулярном и клеточном уровнях, опубликованные в 78 статьях.

На основе анализа данных, интегрированных в базе PGNS-root, впервые предложена гипотеза о морфогенетическом механизме самоорганизации паттерна распределения ауксина в меристеме корня. Гипотеза постулирует, что молекулярно-генетические механизмы активации и ингибирования ауксином экспрессии белков-транспортеров PIN1 достаточны для формирования и поддержания необходимого паттерна распределения ауксина в корне.

Впервые разработана математическая модель, использующая гипотезу о морфогенетическом механизме распределения ауксина вдоль продольной оси корня. В экспериментах in silico получено ее теоретическое обоснование: показано формирование и сохранение паттерна распределения ауксина в соответствии с экспериментальными данными в изначально неспециализированной ткани.

Впервые предложена модель, объясняющая механизм формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения. In silico показано, что дополнительные максимумы концентрации ауксина возникают в средней части корня в ответ на повышение потока ауксина из побега.

Предложена гипотеза о ключевой роли механизмов автоингибирования транспорта ауксина в формировании разных типов корневой системы (стержневой и мочковатой).

Положения, выносимые на защиту

1. Разработанная онтология процессов развития корневой системы растений и база данных PGNS-root по экспрессии генов и фенотипическим аномалиям в корневых системах различных видов растений может быть использована как средство унифицированной классификации экспериментальных данных по генетике развития корней растений и их систематического анализа.

3. В основе механизма формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения могут лежать процессы регуляции экспрессии транспортеров ауксина, опосоредующих его акропетальный поток.

Теоретическая и практическая ценность работы

Теоретическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе состоит в том, что они выявляют новые механизмы регуляции развития корневой системы растения под действием ауксина. Так, предложены и проверены в математических моделях гипотезы о морфогенетических механизмах (1) самоорганизации паттерна распределения ауксина в мерстеме корне; (2) формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения; (3) распределения ауксина в разных видах растений и его влияния на развитие корневых систем. Эти гипотезы, теоретически подтвержденные экспериментами in silico, представляют собой задел для последующей проверки в экспериментах in vivo.

Математическая модель распределения ауксина вдоль продольной оси растущего корня может быть использована для исследования эффектов различных условий выращивания растения на развитие корневой системы. Численные эксперименты могут быть использованы для проверки различных гипотез о механизмах регуляции развития корня с учетом процессов, происходящих на разных уровнях организации: молекулярно-генетическом, клеточном и тканевом. Разработанная модель может быть использована для исследования развития корневых систем различных растений, выявления общих и специфических механизмов регуляции процесса развития корня, появлявшихся в эволюции.

Практическая ценность разработанной онтологии развития корневой системы и базы данных PGNS-root состоит в том, что они могут быть использованы для систематического анализа данных о паттернах экспрессии генов в развитии корневой системы растений, их изменения в мутантах, трансгенах и при обработке активными веществами и факторами, а также о фенотипических аномалиях развития корня.

Практическая ценность разработанной математической модели транспорта ауксина заключается в том, что она не только обобщает полученные ранее экспериментальные данные о роли ауксина в корнеобразовании, но и представляет их системно, в виде компьютерной программы. Эта программа может быть использована в дальнейшем при решении практических задач, таких как изучение действия активных веществ в различных комбинациях и концентрациях на развитие корневой системы. В модели, в этом случае, могут проводиться предварительные расчеты, в которых будут выявляться оптимальные концентрации, длительность действия и дополнительные условия выращивания для формирования необходимого эффекта.

Полученные данные могут быть использованы в учебных программах по биоинформатике и биологии развития растений.

На данный момент, результаты диссертационной работы используются в лекционном курсе «Системная биология: математическое моделирование генных сетей».

Апробация работы

Материалы настоящей работы были представлены на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН 2006 и 2009 годов, вошли в отчеты по интеграционным проектам СО РАН №107, 119; а также были представлены как основной результат в отчете ИЦиГ по Программе РАН 22. Молекулярная и клеточная биология. Проект 8. от 2009 года. Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях и семинарах: Российско-Германский форум по Биотехнологии (Новосибирск, 2009); минипрограмма «Morphodynamics in Plants, Animals and Beyond". (Santa-Barbara, USA, 2009; Moscow Conferences on Computational Molecular Biology (Москва, Россия, 2007; 2009 гг); Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2008" (Москва, Россия, 2008); The 6th International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure (BGRS'2008, Novosibirsk, Russia, 2008); GARnet - SEB Symposium of experimental biologists (GARnet'08, Nottingham, UK, 2008); Autumn school for young scientists in system biology (Novosibirsk, Russia, 2008); The Eighth International Conference on System Biology (ICSB'07, Long Beach, California, USA); и другие.

Публикации

По теме диссертации опубликовано: шесть работ в рецензируемых журналах, одна - в рецензируемой коллективной монографии и одна — в учебном пособии по биоинформатике, семнадцать в трудах конференций, в том числе в трех зарубежных. Получен 1 сертификат Роспатента.

Структура работы

Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов работы, заключения, выводов, списка литературы (167 наименования), а также списка используемых в работе сокращений. Материал изложен на 167 страницах, содержит 29 рисунков, 13 таблиц и 2 приложения.

Благодарности

Выражаю свою искреннюю благодарность научному руководителю диссертации В.А. Лихошвай. Искренне благодарю Омельянчук Н.А., которая курирует мою работу в течение длительного времени, начиная с дипломной работы в НГУ. Выражаю огромную благодарность Н.А. Колчанову за ценные замечания и предложения, сделанные в ходе плодотворного обсуждения данной работы. Благодарю С.И. Фадеева за оказанную им поддержку в области теоретического анализа модели, оценки наборов параметров модели и консультации по использованию пакета STEP+. Выражаю свою благодарность коллегам Е.М. Залевскому за помощь в создании программных компонент базы данных PGNS-root; И.Р. Акбердину и В.В. Лавреха за плодотворные дискуссии и помощь в освоении методов моделирования; Ф.В. Казанцеву, Д.Н. Горпинченко и К.Д. Безматерных за консультации и поддержку в освоении методик моделирования. Выражаю свою благодарность Эрику Мёлснессу и Гаю Иосифону за помощь в разработке модели с учетом роста и деления клеток, а также полезные замечания и предложения в ходе обсуждения модели распределения ауксина. Благодарю М.П. Пономаренко и С.С. Ибрагимову за ценные указания по улучшению текста диссертации. Отдельное спасибо Т. Бакарян и П.М. Пономаренко за информационную поддержку, а также помощь в переводе результатов работы на английский язык.

Заключение Диссертация по теме "Математическая биология, биоинформатика", Миронова, Виктория Владимировна

ВЫВОДЫ

1. Разработана онтология процессов развития корневой системы и база данных PGNS-root, в которой интегрирована и систематизирована информация о ауксин-зависимой регуляции развития корней растений из опубликованных экспериментальных данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа представляет результаты системного анализа данных по ауксин-регулируемому морфогенезу корневой системы растения (см. главу 1.5). Первый этап работы состоит в интеграции данных о предметной области (см. главу 2), второй этап — проведение логического анализа данных и генерация рабочих гипотиз о механизмах, лежащих в основе изучаемых процессов (см. главу 3). Третий этап системного анализа состоит в математическом моделировании процессов морфогенеза (см. главу 4). В процессе работы с математической моделью, проверяются высказанные гипотезы и формируются биологически значимые выводы, новые гипотезы и численные прогнозы, которые в дальнейшем могут быть подвергнуты экспериментальной проверке.

На первом этапе разработаны онтология развития корневой системы и база данных PGNS-root по генетике развития корневых систем растений, аннотирующая информацию о функциях генов в развитии из опубликованных статей. Онтология развития состоит из двух контролируемых словарей по: (1) стадиям развития корневой системы и (2) анатомии и морфологии корневой системы. В онтологию включены как термины международной онтологии растений (РО), так и дополнительные, необходимые для описания паттернов экспрессии генов разных растений. В онтологии корневой системы PGNS-root каждый термин содержит детальное описание из опубликованных статей и книг, поэтому она может быть использована сама по себе, как база знаний по анатомии и особенностях развития корневых систем растений разных видов. Информационная часть базы данных PGNS-root состоит из следующих основных разделов: БД генов, мутантов и трансгенных конструкций, описанных в аннотируемых статьях; БД по экспрессии генов растений в норме, при мутациях, в трансгенах и при обработке активными веществами и факторами; БД фенотипических аномалий развития корневых систем; терминологические системы. Терминологические системы, помимо онтологии развития корня растений, также включают словари фенотипических аномалий, экспериментов, активных веществ и факторов, влияющих на морфогенез растения, и другие словари. Среди существующих БД по генетике развития растений, PGNS-root обладает уникальными особенностями, позволяющими наиболее эффективно интегрировать имеющиеся знания о функциях генов в развитии различных растений из опубликованных статей в едином формате, осуществлять их поиск и анализ, а также предоставлять необходимые данные для моделирования.

На следующем этапе проведен анализ формализованных в PGNS-root аннотированных экспериментальных данных о механизмах распределения ауксина в корне. Выделено целостное ядро непротиворечивых экспериментальных данных, на основе которых сформулирована морфогенетическая гипотеза о механизме формирования распределения ауксина в кончике корня. В основе морфогенетической гипотезы лежит представление об ауксине, как о морфогене, который на молекулярно-генетическом уровне регулирует как свое распределение, так и дальнейшее развитие ткани корня. Согласно выдвинутой гипотезе, наличие положителеной и отрицательной регуляции ауксином экспрессии его белков-транспортеров не только обеспечивает самоорганизацию экспериментально наблюдаемого градиента ауксина в кончике корня, но и является ключевым моментом предетерминации развития структуры меристемы корня. Разработаны математические модели, реализующие положения морфогенетической гипотезы.

В минимальной модели распределения ауксина описаны процессы транспорта ауксина вдоль центральногй оси корня от его источника в побеге с учетом его диссипации, диффузии и активного транспорта через белки PIN1, синтез и деградация которых зависит от концентрации ауксина в клетке. Полная модель расширяет минимальную модель описанием процессов роста и деления клеток. Численный анализ математических моделей показал, что механизмы, заложенные в морфогенетической гипотезе являются внутренне непротиворечивыми и обеспечивают образование максимума концентрации ауксина в кончике корня в изначально неспециализированном ансамбле клеток, и сохранение позиции максимума при росте корня. Позиционная информация, формирующаяся в экспериментах in silico в виде градиентов распределения концентраций ауксина и гипотетического вещества У, позволяет дифференцировать клетки по таким характеристикам, как концентрация ауксина и митотическая активность и объяснить процессы предетерминации формирования анатомической структуры АМК.

В диссертации приводятся результаты численных исследований, имитирующие ряд экспериментов in vivo. In silico изучено изменение паттерна распределения ауксина в корне в ответ на: (1) увеличение потока ауксина из побега; (2) отсечение кончика корня (или выжигания ЦП); (3) обработку корня ингибиторами активного транспорта; (4) обработку корня экзогенным ауксином. На основе анализа численных экспериментов объяснен ранее неизвестный механизм формирования дополнительных внутренних максимумов концентрации ауксина в базальной меристеме корня и в гипокотиле, которые предетерминируют закладку боковых и придаточных корней, соответственно. In silico эти максимумы появлялись в ответ на повышение скорости потока ауксина из побега в корень, эти изменения могут соотвествовать наблюдаемым in vivo осцилляциям потока ауксина в суточном ритме. На основании численного анализа модели с разными наборами параметров, сформулирована гипотеза о ключевой роли механизма автоингибирования транспорта ауксина в формировании разных типов корневой системы. Согласно приведенным расчетам, стержневая корневая система развивается in silico при высоком пороге активации ауксином деградации PIN белков. Напротив, мочковатая корневая система развивается при низком пороге, то есть если скорость деградации PIN белков растет относительно быстро с ростом внутриклеточной концентрации ауксина.

Представленные в главах 2-4 результаты полностью обосновывают основные положения и выводы, представленные в данной диссертации. Результаты работы опубликованы в 6 статьях и в учебном пособии.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Миронова, Виктория Владимировна, Новосибирск

1. Акбердин И.Р., Озонов Е.А., Миронова В.В., Горпинченко Д.Н., Омельянчук Н.А., Лихошвай В.А., Колчанов Н.А. Моделирование морфогенеза Arabidopsis thaliana в терминах клеточного автомата // Биофизика. 2006. Т. 51. Прил. 1. - С. 91-94.

2. Акбердин И.Р., Казанцев Ф.В., Омельянчук Н.А., Лихошвай В.А. Математическое моделирование метаболизма ауксина в клетке меристемы побега растения // Информационный Вестник ВОГИС. -2009. Т. 13. № 1. -С. 170-175.

3. Бандман О.Л. Системная информатика: сб. научн. тр: Клеточно-автоматные модели пространственной динамики. -Нск: Изд-во СО РАН, 2006.-вып. 10.

4. Веселов А.П. Регуляторные принципы формирования ответных реакций при тепловом шоке растений // Вестник ННГУю 2001. - С. 69-73.

5. Казанцев Ф.В., Акбердин И.Р., Безматерных К.Д., Лихошвай В.А. Система автоматизированной генерации математических моделей генных сетей // Вестник ВОГИС. -2009. Т. 13. № 1. -С. 163-169.

6. Кулаева О.Н. Этилен в жизни растений // Соросовский образовательный журнал. -1998. № 11. -С. 78-84.

7. Лихошвай В.А., Омельянчук Н.А., Миронова В.В., Фадеев С.И., Мелснесс Э.Д., Колчанов Н.А. Математическая модель паттерна распределения ауксина в корне растения // Онтогенез. -2007. Т. 38. №. 6. -С. 446-456.

8. Когай В.В., Фадеев С.И. Применение продолжения по параметру на основе метода множественной стрельбы для численного исследованиянелинейных краевых задач // Сибирский журнал индустриальной математики. -2001. Т 4. № 1. -С. 83-101.

9. Омельянчук Н.А., Миронова В.В., Залевский Е.М., Шамов И.С. и др. Системный подход к исследованию морфогенеза Arabidopsis thaliana: I. База данных AGNS // Биофизика. -2006. Т. 51. Прил. 1. -С. 75-82.

10. Пожванов Г.А., Медведев С.С. Метод количественной оценки содержания ауксина по гистохимическому окрашиванию на активность GUS под контролем ауксин-чувствительного промотора // Физиология растений. -2008. Т 55. №5. -С. 786-792.

11. Ратнер В.А. Молекулярно-генетические системы управления. -Нск: Наука, 1975.

12. Ратушный А.В., Лихошвай В.А., Ананько Е.А., Владимиров Н.В., Новосибирская школа системной компьютерной биологии: исторический экскурс и перспективы развития // Вестник ВОГиС. -2005. Т 9. № 2. -С. 232260.

13. Фадеев С.И., Лихошвай В.А., Когай В.В., Омельянчук Н.А. О математическом моделировании паттерна распределения ауксина в корне растений // Сибирские электронные математические известия. -2008. Т 5. -С. 25-41.

14. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию. Изд: Академкнига, 2005. 496 с.

15. Abel S., Nguyen M.D., Chow W., Theologis A. ACS4, a primary indoleacetic acid-responsive gene encoding 1-aminocyclopropane-l-carboxylate synthase in Arabidopsis thaliana // J Biol Chem. 1995. - Vol. 32. - № 270. - P. 19093-19099.

16. Abel S., Balls N., Wong L.M., Theologis A. DNA elements responsive to auxin // Bioessays. 1996. - Vol. 18. - N. 8. - P. 647-654.

17. Acosta-Garcia G, Autran D, Vielle-Calzada J.P. Enhancer detection and gene trapping as tools for functional genomics in plants // Methods Mol Biol. -2004. V. 267. - P. 397-414.

18. Aida M., Beis D., Heidstra R., Willemsen V. et al. The PLETHORA genes mediate patterning of the Arabidopsis root stem cell niche // Cell. 2004. -Vol. 119. -N. l.-P. 109-120.

19. Avraham S., Tung C.W., Ilic K. et al. The Plant Ontology Database: a community resource for plant structure and developmental stages controlled vocabulary and annotations // Nucleic Acids Res. 2008. - V. 36. - P. D449-454.

20. Bao F., Shen J., Brady S.R, Muday G.K., Asami Т., Yang Z. Brassinosteroids Interact with Auxin to Promote Lateral Root Development in Arabidopsis // Plant Physiology. 2004. - Vol. 134. - P. 1624-1631.

21. Benkova E, Michniewicz M, Sauer M, Teichmann T. et al. Local, efflux-dependent auxin gradients as a common module for plant organ formation // Cell.-2003.-Vol. 115.-N. 5.- P. 591-602.

22. Beemster G.T., Baskin T.I. Stunted plant 1 mediates effects of cytokinin, but not of auxin, on cell division and expansion in the root of Arabidopsis // Plant Physiol. 2000. - Vol. 124. - N. 4. - P. 1718-1727.

23. Birnbaum K., Shasha D.E., Wang J.Y. et al. A Gene Expression Map of the Arabidopsis Root // Science. 2003. - V. 302. - № 5652. - P. 1956-1960.

24. Blakeslee J.J., Peer W.A., Murphy A.S. Auxin transport // Curr Opin Plant Biol. 2005. - Vol. 8. - N. 5. - P. 494-500.

25. Blakeslee J.J., Bandyopadhyay A., Lee O.R., Mravec J., Titapiwatanakun B. et al. Interactions among PIN-FORMED and P-glycoprotein auxin transporters in Arabidopsis // Plant Cell. 2007. - Vol. 19. - N. 1. - P. 131147.

26. Blilou I., Xu J., Wildwater M., Willemsen V., Paponov I. et al. The PIN auxin efflux facilitator network controls growth and patterning in Arabidopsis roots // Nature. 2005. - Vol. 433. - N. 7021. - P. 39-44.

27. Brady S.M., Orlando D.A., Lee J-Y. et al. A High-Resolution Root Spatiotemporal Map Reveals Dominant Expression Patterns // Science. 2007. - V. 318. -№ 5851. -P. 801-806.

28. Brazma A., Hingamp P., Quackenbush J. et al. Minimum information about a microarray experiment (MIAME)-toward standards for microarray data // Nat Genet. 2001. - V. 29. - № 4. - P. 365-371.

29. Brown D.E., Rashotte A.M., Murphy A.S., Normanly J., Tague B.W. et al. Flavonoids act as negative regulators of auxin transport in vivo in Arabidopsis // Plant Physiol. 2001. - Vol. 126. - N. 2. - P. 524-535.

30. Casimiro I., Marchant A., Bhalerao R.P., Beeckman Т., Dhooge S. et al. Auxin transport promotes Arabidopsis lateral root initiation // Plant Cell. 2001. -Vol. 13.-N. 4.-P. 843-852.

31. Campanoni P., Nick P. Auxin-dependent cell division and cell elongation. 1-Naphthaleneacetic acid and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid activate different pathways // Plant Physiol. 2005. - Vol. 137. - N. 3. - P. 939-948.

32. Carraro N, Forestan C, Canova S, Traas J, Varotto S. ZmPINla and ZmPINlb encode two novel putative candidates for polar auxin transport and plant architecture determination of maize // Plant Physiol. 2006. - Vol. 142. - P. 254264.

33. Chavarna-Krauser A., Schurr U. A cellular growth model for root tips. // J Theor Biol. 2004. - V. 230. - P. 21-32.

34. De Smet I., Tetsumura Т., De Rybel В., Frey N.F., Laplaze L. et al. Auxin-dependent regulation of lateral root positioning in the basal meristem of Arabidopsis // Development. 2007. - Vol. 134. - N. 4. - P. 681-690.

35. Dharmasiri N., Estelle M. Auxin signaling and regulated protein degradation // Trends Plant Sci. 2004. - Vol. 9. - N. 6. - P. 302-308.

36. Dharmasiri N., Dharmasiri S., Estelle M. The F-box protein TIR1 is an auxin receptor. // Nature. 2005. - V. 435. - N. 7041. - P. 441-445.

37. Dello Ioio R., Linhares F.S., Scacchi E., Casamitjana-Martinez E., Heidstra R. et al. Cytokinins determine Arabidopsis root-meristem size by controlling cell differentiation // Curr Biol. 2007. - Vol. 17. - N. 8. - P. 678-682.

38. Diaz J., Alvarez-Buyalla E.R. A model of the ethylene signaling pathway and its gene response in Arabidopsis thaliana: Pathway cross-talk and noise-filtering properties. // Chaos. 2006. - V. 16. - P. 023112.

39. Doerner P., J0rgensen J.E., You R., Steppuhn J., Lamb C. Control of root growth and development by cyclin expression // Nature. 1996. - Vol. 380. -N. 6574. - P. 520-523.

40. Dolan L., Janmaat K., Willemsen V., Linstead P., Poethig S. et al. Cellular organisation of the Arabidopsis thaliana root // Development. 1993. -Vol. 119. -N. 1.-P. 71-84.

41. Doussan C., Pages L., Pierret A. Soil exploration and resource acquisition by plant roots: an architectural and modelling point of view // Agronomie. 2003. - Vol. 23. - P. 419-431.

42. Dumais J., Shaw S.L., Steele C.R., Long S.R., Ray P.M. An anisotropic-viscoplastic model of plant cell morphogenesis by tip growth // Int J Dev Biol. -2006. V. 50. - N. 2-3. - P. 209-222.

43. Francis D., Sorrell D.A. The interface between the cell cycle and plant growth regulators: a mini review // Plant Growth Regulation. 2001. - Vol. 33. - P. 1-12.

44. Friml J., Benkova E., Blilou I., Wisniewska J., Hamann T. AtPIN4 mediates sink-driven auxin gradients and root patterning in Arabidopsis // Cell. -2002.-Vol. 108.-N. 5.-P. 661-673.

45. Friml J., Wisniewska J., Benkova E., Mendgen K., Palme K. Lateral relocation of auxin efflux regulator PIN3 mediates tropism in Arabidopsis // Nature. 20026. - Vol. 415. - N. 6873. - P. 806-809.

46. Friml J., Vieten A., Sauer M., Weijers D., Schwarz H. et al. Efflux-dependent auxin gradients establish the apical-basal axis of Arabidopsis // Nature. 2003. - Vol. 426. - N. 6963. - P. 147-153.

47. Friml J., Yang X., Michniewicz M., Weijers D., Quint A. et al. A PINOID-dependent binary switch in apical-basal PIN polar targeting directs auxin efflux // Science. 2004. - Vol. 306. - N. 5697. - P. 862-865.

48. Fu X., Harberd N.P. Auxin promotes Arabidopsis root growth by modulating gibberellin response //Nature. 2003. - Vol. 421. - P. 740-743.

49. Geisler M., Blakeslee J J., Bouchard R., Lee O.R., Vincenzetti V. et al. Cellular efflux of auxin catalyzed by the Arabidopsis MDR/PGP transporter AtPGPl // Plant J. 2005. - Vol. 44. - N. 2. - P. 179-194.

50. Geldner N., Friml J., Stierhof Y.D., Jiirgens G., Palme K. Auxin transport inhibitors block PIN1 cycling and vesicle trafficking // Nature. 2001. -Vol. 413. - N. 6854. - P. 425-428.

51. Geldner N., Anders N., Wolters H., Keicher J., Kornberger W. et al. The Arabidopsis GNOM ARF-GEF mediates endosomal recycling, auxin transport, and auxin-dependent plant growth // Cell. 2003. - Vol. 112. - N. 2. - P. 219-230.

52. Gonzali S., Novi G., Loreti E., Paolicchi F., Poggi A. et al. A turanose-insensitive mutant suggests a role for WOX5 in auxin homeostasis in Arabidopsis thaliana // Plant J. 2005. - Vol. 44. - N. 4. - P. 633-645.

53. Gray W.M., Ostin A., Sandberg G., Romano C.P., Estelle M. High temperature promotes auxin-mediated hypocotyl elongation in Arabidopsis // Proc Natl Acad Sci USA.- 1998. Vol. 95. - N. 12. - P. 7197-7202.

54. Greenboim-Wainberg Y., Maymon I, Borochov R., Alvarez J., et al. Cross Talk between Gibberellin and Cytokinin: The Arabidopsis GA Response Inhibitor SPINDLY Plays a Positive Role in Cytokinin Signaling // Plant Cell. -2005.-Vol. 17.-P. 92-102.

55. Grieneisen V.A., Xu J., Maree A.F., Hogeweg P., Scheres B. Auxin transport is sufficient to generate a maximum and gradient guiding root growth // Nature. 2007. - Vol. 449. - N. 7165. - P. 1008-1013.

56. Guo F.Q., Wang R., Crawford N.M. The Arabidopsis dual-affinity nitrate transporter gene AtNRTl.l (CHL1) is regulated by auxin in both shoots and roots // J Exp Bot. 2002. - Vol. 53. - N. 370. - P. 835-844.

57. Guo D., Liang J., Li L. Abscisic acid (ABA) inhibition of lateral root formation involves endogenous ABA biosynthesis in Arachis hypogaea L // Plant Growth Regulation. 2009. - Vol. 58. - N. 2. - P. 173-179.

58. Hardtke C.S., Berleth T. The Arabidopsis gene MONOPTEROS encodes a transcription factor mediating embryo axis formation and vascular development // EMBO J. 1998. - Vol. 17. -N. 5. - P. 1405-1411.

59. Hardtke C.S., Ckurshumova W., Vidaurre D.P., Singh S.A. et al. Overlapping and non-redundant functions of the Arabidopsis auxin response factors MONOPTEROS and NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 4 // Development. 2004. - Vol. 131.-N. 5.-P. 1089-1100.

60. Hilson P., Allemeersch J., Altmann T. Versatile gene-specific sequence tags for Arabidopsis functional genomics: transcript profiling and reverse genetics applications // Genome Res. 2004. - V. 10B. - P. 2176-2189.

61. Himanen К., Boucheron E., Vanneste S., de Almeida Engler J., Inze D., Beeckman T. Auxin-mediated cell cycle activation during early lateral root initiation // Plant Cell. 2002. - Vol. 14. - P. 2339-2351.

62. Hobbie L., Estelle M. The axr4 auxin-resistant mutants of Arabidopsis thaliana define a gene important for root gravitropism and lateral root initiation // Plant J. 1995. - Vol. 7. - N. 2. - P. 211-220.

63. Holtorf H., Guitton M.C., Reski R. Plant functional genomics // Naturwissenschaften. 2002. - V. 89. - № 6. - P. 235-249.

64. Hruz Т., Laule O., Szabo G. et al. Genevestigator V3: a reference expression database for the meta-analysis of transcriptomes // Advances in Bioinformatics. 2008. - № 420747.

65. Jain M., Kaur N., Garg R., Thakur J.K., Tyagi A.K. et al. Structure and expression analysis of early auxin-responsive Aux/IAA gene family in rice (Oryza sativa) // Funct Integr Genomics. 2006. - Vol. 6. - N. 1. - P. 47-59.

66. James N., Graham N., Clements D. et al. AtEnsEMBL: A Post-Genomic Resource Browser for Arabidopsis // Methods Mol Biol. 2007. - V. 406. - P. 213228.

67. Jiang K., Feldman J.L. Regulation of Root Apical Meristem Development // Annu. Rev Cell Dev Biol. 2005. - Vol. 21. - P. 485-509.

68. Jiang K., Meng Y.L., Feldman L.J. Quiescent center formation in maize roots is associated with an auxin-regulated oxidizing environment // Development. 2003. - Vol. 130. - N. 7. - P. 1429-1438.

69. Jonsson H., Heisler M.G., Shapiro B.E., Meyerowitz E.M., Mjolsness E. An auxin-driven polarized transport model for phyllotaxis // Proc Natl Acad Sci U S A. 2006. - V. 103. - N. 5. - P. 1633-1638.

70. Jouve L., Gaspar Т., Kevers C., Greppin H., Degli Agosti R. Involvement of indole-3-acetic acid in the circadian growth of the first internode of Arabidopsis // Planta. 1999. - Vol. 209. - N. 1. - P. 136-142.

71. Jurgens J. Apical-basal pattern formation in Arabidopsis embryogenesis // The EMBO J. 2001. - Vol. 20. - N. 14. - P. 3609-3616.

72. Ilic K., Kellogg E.A., Jaiswal P. et al. The plant structure ontology, a unified vocabulary of anatomy and morphology of a flowering plant // Plant Physiol. 2007. - V. 143. - N 2. - P. 587-599.

73. Ivanchenko M.G., Muday G.K., Dubrovsky J.G. Ethylene-auxin interactions regulate lateral root initiation and emergence in Arabidopsis thaliana // Plant J. 2008. - Vol. 55. - N. 2. - P. 335-347.

74. Kartal G., Temel A., Arican E., Gozukirmizi N. Effects of brassinosteroids on barley root growth, antioxidant system and cell division // Plant Growth Regulation. 2009. - V. 58. - N. 3. - P. 261-267.

75. Kerk N.M., Jiang K., Feldman L.J. Auxin metabolism in the root apical meristem // Plant Physiol. 2000. - Vol. 122. - N. 3. - P. 925-932.

76. Kerk N.M., Feldman L.J. A biochemical model for the initiation and maintenance of the quiescent center: implications for organization of root meristems // Development. 1995. - Vol. 121. - P. 2825-2833.

77. Kerr I.D., Bennett M.J. New insight into the biochemical mechanisms regulating auxin transport in plants // Biochem J. 2007. - Vol. 401. - N. 3. - P. 613-622.

78. Kidner C., Sundaresan V., Roberts K., Dolan L. Clonal analysis of the Arabidopsis root confirms that position, not lineage, determines cell fate // Planta. -2000. Vol. 211. - N. 2. - P. 191-199.

79. Kim S.Y., Kim M.K, Kwon S.B., Na J.I., Park K.C. et al. Tumor apoptosis by indole-3-acetic acid/light in B16F10 melanoma-implanted nude mice // Arch Dermatol Res. 2009. - V. 301. - N. 4. - P. 319-322.

80. Kramer E.M., Bennett M.J. Auxin transport: a field in flux // Trends Plant Sci. 2006. - Vol. 11. - N. 8. - P. 382-386.

81. Kramer E.M. PIN and AUX/LAX proteins: their role in auxin accumulation // Trends Plant Sci. 2004. - V. 9. - N. 12. - P. 578-82.

82. Laplaze L., Benkova E., Casimiro I., Maes L., Vanneste S., et al. Cytokinins act directly on lateral root founder cells to inhibit root initiation // Plant Cell. 2007. - Vol. 19. - N. 12. - P. 3889-3900.

83. Laskowski M., Grieneisen V.A., Hofhuis H., Hove C.A., Hogeweg P., Maree A.F., Scheres B. Root system architecture from coupling cell shape to auxin transport // PLoS Biol. 2008. - Vol. 6. - N. 12. - P. e307.

84. Lexa M., Genkov Т., Malbeck J., Machackova I., Brzobohaty B. Dynamics of endogenous cytokinin pools in Tobacco seedling: a modeling approach // Annals of Botany. 2003. - V. 91. - P. 585- 597.

85. Liang Y., Mitchell D.M., Harris J.M. Abscisic acid rescues the root meristem defects of the Medicago truncatula latd mutant // Dev Bio. 2007. - Vol. 304. -N. 1. - P. 297-307.

86. Li L., Xu J., Xu Z-H., Xuea H-W. Brassinosteroids Stimulate Plant Tropisms through Modulation of Polar Auxin Transport in Brassica and Arabidopsis // Plant Cell. 2005. - Vol. 17. - P. 2738-2753.

87. Liu C.M., Xu Z.H., Chua N-H. Auxin polar transport is essential for the establishment of bilateral symmetry during early plant embryogenesis // Plant Cell. 1993.-Vol. 5.-P. 621-630.

88. Ljung K., Hull A.K., Celenza J., Yamada M., Estelle M. et al. Sites and regulation of auxin biosynthesis in Arabidopsis roots // Plant Cell. 2005. - Vol. 17.-N. 4.-P. 1090-1104.

89. Love J., Bjorklund S., Vahala J., Hertzberg M., Kangasjarvi J. et al. Ethylene is an endogenous stimulator of cell division in the cambial meristem of Populus // Proc Natl Acad Sci USA.- 2009. Vol. 106. - N. 14. - P. 5984-5989.

90. Lovin M.B., Buer C.S., Muday G.K. Environmental modulation of root branching by changing auxin flow from the shoot // In: proceedings of the 4th International Symposium on Adventitious Root Formation. 2004. Savannah, GA USA.-P. 5.

91. Ludwig-Muller J., Vertocnik A., Town C.D. Analysis of indole-3-butyric acid-induced adventitious root formation on Arabidopsis stem segments // J Exp Bot. 2005. - Vol. 56. - N. 418. - P. 2095-2105.

92. Malamy J.E., Benfey P.N. Organization and cell differentiation in lateral roots of Arabidopsis thaliana// Development. 1997. - Vol. 124. - N. 1. - P. 33-44.

93. Marchant A., Kargul J., May S.T., Muller P., Delbarre A. et al. AUX1 regulates root gravitropism in Arabidopsis by facilitating auxin uptake within root apical tissues // EMBO J. 1999. - Vol. 8. - P. 2066-2073.

94. Meinhardt H. Models of biological pattern formation // Lond:Academic Press, 1982.

95. Mizrachi I.K. Managing sequence data Methods // Mol Biol. 2008. -V. 452. - P. 3-27.

96. Mjolsness E., Yosiphon G. Stochastic Process Semantics for Dynamical Grammars // Ann Math Artif Intell. 2006. - Vol. 47. - P. 329-395.

97. Mjolsness E. The Growth and Development of Some Recent Plant Models: A Viewpoint // Journal of Plant Growth Regulation. 2006. - Vol. 25. - P. 270-277.

98. Mravec J., Skupa P., Bailly A., Hoyerova K., Krecek P. et al. Subcellular homeostasis of phytohormone auxin is mediated by the ER-localized PIN5 transporter // Nature. 2009. - Vol. 459. - N. 7250. - P. 1136-1140.

99. Muday G.K. Auxins and tropisms // J Plant Growth Regul. 2001. -Vol. 20.-N. 3.-P. 226-243.

100. Muller A., Guan C., Galweiler L., Tanzler P., Huijser P. et al. AtPIN2 defines a locus of Arabidopsis for root gravitropism control // EMBO J. 1998. -Vol. 17. - N. 23. - P. 6903-6911.

101. Swistek A., Lenjou M., Bockstaele D., Inze D., Onckelen H. Differential Effect of Jasmonic Acid and Abscisic Acid on Cell Cycle Progression in Tobacco BY-2 Cells // Plant Physiol. 2002. - Vol. 128. - P. 201-211.

102. Negi S., Ivanchenko M.G., Muday G.K. Ethylene regulates lateral root formation and auxin transport in Arabidopsis thaliana // Plant J. 2008. - Vol. 55. -N. 2.-P. 175-187.

103. Nakajima K., Sena G., Nawy Т., Benfey P.N. Intercellular movement of the putative transcription factor SHR in root patterning // Nature. 2001. - Vol. 413.-N. 6853.-P. 307-311.

104. Nakano M., Nobuta K., Vemaraju K. et al. Plant MPSS databases: signature-based transcriptional resources for analyses of mRNA and small RNA // Nucleic Acids Res. 2006. - V. 34. - P. D731-735.

105. Ng A., Bursteinas В., Gao Q. et al. Resources for integrative systems biology: from data through databases to networks and dynamic system models // Brief Bioinform. 2006. - V 4. - P. 318-30.

106. Noh В., Murphy A.S., Spalding E.P. Multidrug resistance-like genes of Arabidopsis required for auxin transport and auxin-mediated development // Plant Cell. 2001. - Vol. 13. - N. 11. - P. 2441-2454.

107. Okada K., Ueda J., Komaki M.K., Bell C.J., Shimura Y. Requirement of the Auxin Polar Transport System in Early Stages of Arabidopsis Floral Bud Formation // Plant Cell. 1991. - Vol. 3. - N. 7. - P. 677-684.

108. Ortega-Martinez О., Pernas M., Carol R.J., Dolan L. Ethylene modulates stem cell division in the Arabidopsis thaliana root // Science. 2007. -Vol. 317. -N. 5837. - P. 507-510.

109. Ostin A., Kowalyczk M., Bhalerao R.P., Sandberg G. Metabolism of indole-3-acetic acid in Arabidopsis // Plant Physiology. 1998. - Vol. 118. - P. 285-296.

110. Paciorek Т., Zazfmalova E., Ruthardt N., Petrasek J., Stierhof Y.D. et al. Auxin inhibits endocytosis and promotes its own efflux from cells // Nature. -2005. Vol. 435. - N. 7046. - P. 1251-1256.

111. Paponov I.A., Teale W., Lang D., Paponov M., Reski R. et al. The evolution of nuclear auxin signaling // BMC Evol Biol. 2009. - Vol. 9. - P. 126.

112. Petrasek J., Mravec J., Bouchard R., Blakeslee J.J., Abas M. et al. PIN proteins perform a rate-limiting function in cellular auxin efflux // Science. 2006. - Vol. 312. - N. 5775. - P. 914-918.

113. Rahman A., Bannigan A., Sulaman W., Pechter P., Blancaflor E.B. et al. Auxin, actin and growth of the Arabidopsis thaliana primary root // Plant J. 2007. -Vol. 50. -N. 3. -P. 514-528.

114. Reed R.C., Brady S.R., Muday G.K. Inhibition of auxin movement from the shoot into the root inhibits lateral root development in Arabidopsis // Plant Physiol. 1998. - Vol. 118. - N. 4. - P. 1369-1378.

115. Reinhardt D., Pesce E., Stieger P., Mandel Т., Baltensperger K. et al. Regulation of phyllotaxis by polar auxin transport // Nature. 2003. - Vol. 426. -N. 6964. - P. 255-260.

116. Richard C., Lescot M., Inze D., De Veylder, L. Effect of auxin, cytokinin, and sucrose on cell cycle gene expression in Arabidopsis thaliana cell suspension cultures // Plant Tissue Organ Cult. 2002. - Vol. 69. - P. 167-176.

117. Ross J.J., O'Neill D.P., Smith J.J., Kerckhoffs L.H., Elliott R.C. Evidence that auxin promotes gibberellin Al biosynthesis in pea // Plant J. 2000. -Vol. 21.-N. 6.-P. 547-52.

118. Rost T.L., Jones Т., Robbins J.A. The role of ethylene in the control of cell division in cultured pea root tips: a mechanism to explain the excision effect // Protoplasma. 1985.- Vol. 130. - N. 1. - P. 68-72.

119. Rouse D., Mackay P., Stirnberg P., Estelle M., Leyser O. Changes in auxin response from mutations in an AUX/IAA gene // Science. 1998. - Vol. 279. -N. 5355.-P. 1371-1373.

120. Ruzicka K., Ljung K., Vanneste S., Podhorska R., Beeckman T. et al. Ethylene regulates root growth through effects on auxin biosynthesis and transport-dependent auxin distribution // Plant Cell. 2007. - Vol. 19. - N. 7. - P. 2197-2212.

121. Sabatini S., Beis D., Wolkenfelt H., Murfett J., Guilfoyle T. et al. An Auxin-Dependent Distal Organizer of Pattern and Polarity in the Arabidopsis Root // Cell. 1999. - Vol. 99. - N. 5. - P. 463^172.

122. Sabatini S., Heidstra R., Wildwater M., Scheres B. SCARECROW is involved in positioning the stem cell niche in the Arabidopsis root meristem // Genes Dev. 2003. - Vol. 17. - N. 3. - P. 354-358.

123. Sahlin P., Soderberg В., Jonsson H. Regulated transport as a mechanism for pattern generation: capabilities for phyllotaxis and beyond // J Theor Biol. -2009. Vol. 258. -N. 1. - P. 60-70.

124. Sauer M., Balla J., Luschnig C., Wisniewska J., Reinohl V. et al. Canalization of auxin flow by Aux/IAA-ARF-dependent feedback regulation of PIN polarity // Genes & Dev. 2006. - Vol. 20. - P. 2902-2911.

125. Sauter M., Kende H. Gibberellin-induced growth and regulation of the cell division cycle in deepwater rice // Planta. 1992. - Vol. 188. - P. 362-368.

126. Scarpella E., Rueb S., Meijer A.H. The RADICLELESS1 gene is required for vascular pattern formation in rice // Development. 2003. - Vol. 130. -N. 4. - P. 645-658.

127. Shishkova S., Rost T.L., Dubrovsky G.J. Determinate Root Growth and Meristem Maintenance in Angiosperms // Annals of Botany. 2008. - Vol. 101. -P. 319-340.

128. Sieberer Т., Seifert G.J., Hauser M.T., Grisafi P., Fink G.R., Luschnig C. Post-transcriptional control of the Arabidopsis auxin efflux carrier EIR1 requires AXR1 // Curr Biol. 2000. - Vol. 10. - N. 24. - P. 1595-1598.

129. Smith R.S., Guyomarch S., Mandel Т., Reinhardt D., Kuhlemeier C., Prusinkiewicz P. A plausible model of phyllotaxis // Proc Natl Acad Sci US A.-2006. Vol. 103. - N. 5. - P. 1301-1306.

130. Stahl Y., Simon R. Plant stem cell niches // Int J Dev Biol. 2005. -Vol. 49.-N. 5-6.-P. 479-489.

131. Stein L., Beavis W., Gessler D. et al. The Plant Genome Database Working Group. Save our Data! // The Scientist. 2006. - Vol. 20. - N. 4. - P. 2425.

132. Stepanova A.N., Hoyt J.M., Hamilton A.A., Alonso J.M. A Link between ethylene and auxin uncovered by the characterization of two root-specific ethylene-insensitive mutants in Arabidopsis // Plant Cell. 2005. - Vol. 17. - N. 8. -P. 2230-2242.

133. Swarup R., Benett M. Auxin Transport: The Fountain of Life in Plants? // Dev Cell. 2003. - Vol. 5. - N. 6. - P. 824-826.

134. Swarup R., Kramer E.M., Perry P., Knox K., Leyser H.M. et al. Root gravitropism requires lateral root cap and epidermal cells for transport and response to a mobile auxin signal // Nat Cell Biol. 2006. - Vol. 7. - N. 11. - P. 1057-1065.

135. Swarup K., Benkova E., Swarup R., Casimiro I., Peret B. et el. The auxin influx carrier LAX3 promotes lateral root emergence // Nat Cell Biol. 2008. -Vol. 10. -N. 8. - P. 946-954.

136. Terasaka K., Blakeslee J .J., Titapiwatanakun В., Peer W.A., Bandyopadhyay A. et al. PGP4, an ATP binding cassette pglycoprotein, catalyzes auxin transport in Arabidopsis thaliana roots // Plant Cell. 2005. - Vol. 17. - P. 2922-2939.

137. Tian Q., Nagpal P., Reed J.W. Regulation of Arabidopsis SHY2/IAA3 protein turnover // Plant J. 2003. - Vol. 36. - P. 643-651.

138. Tiwari S.B., Hagen G., Guilfoyle T. The roles of auxin response factor domains in auxin-responsive transcription // Plant Cell. 2003. - Vol. 15. - N. 2. -P. 533-543.

139. Ubeda-Tomas S., Federici F., Casimiro I., Beemster G. et al. Gibberellin Signaling in the Endodermis Controls Arabidopsis Root Meristem Size // Current Biology. 2009. - Vol. 19. - N. 14. - P. 1194-1199.

140. Ulmasov Т., Hagen G., Guilfoyle T.J. Activation and repression of transcription by auxin-response factors // Proc Natl Acad Sci USA.- 1999b. -Vol. 96.-P. 5844-5849.

141. Vanneste S., Friml J. Auxin: a trigger for change in plant development // Cell. 2009. - Vol. 136. - N. 6. - P. 1005-1016.

142. Vieten A., Vanneste S., Wisniewska J., Benkova E., Benjamins R. et al. Functional redundancy of PIN proteins is accompanied by auxindependent cross-regulation of PIN expression // Development. 2005. - Vol. 132. - N. 20. - P. 45214531.

143. Wang J.W., Wang L.J., Mao Y.B., Cai W.J., Xue H.W., Chen X.Y. Control of root cap formation by MicroRNA-targeted auxin response factors in Arabidopsis // Plant Cell. 2005. - Vol. 17. - N. 8. - P. 2204-2216.

144. Wang D., Pei K., Fu Ya., Sun Z., Li S. et al. Genome-wide analysis of the auxin response factors (ARF) gene family in rice (Oryza sativa) // Gene. -2007. Vol. 394. -N. 1-2. - P. 13-24.

145. Wang J.R., Ни H., Wang G.H., Li J., Chen J.Y., Wu P. Expression of PIN genes in rice (Oryza sativa L.): tissue specificity and regulation by hormones // Mol Plant. 2009. - Vol. 2. - N. 4. - P. 823-831.

146. Wildwater M., Campilho A., Perez-Perez J.M., Heidstra R., Blilou I. et al. The RETINOBLASTOMA-RELATED gene regulates stem cell maintenance in Arabidopsis roots // Cell. 2005. - Vol. 123. - N. 7. - P. 1337-49.

147. Winter D., Vinegar В., Nahal H. et al. An 'Electronic Fluorescent Pictograph' Browser for Exploring and Analyzing Large-Scale Biological Data Sets // PLoS One. 2007. - Vol. 2. - N. 8. - P. e718.

148. Wolpert L. Positional information and pattern formation in development //Dev Genet. 1994. - Vol. 15. - P. 485-490.

149. Xu M.,Zhu L,, Shou H., Wu P. A PIN1 family gene, OsPINl, involved in auxin-dependent adventitious root emergence and tillering in rice // Plant Cell Physiol. 2005. - Vol. 46. - P. 1674-1681.

150. Xu J., Hofhuis H., Heidstra R., Sauer M., Friml J. et al. A molecular framework for plant regeneration // Science. 2006. - Vol. 311. - N. 5759. - P. 385-388.

151. Yamazaki Y., Jaiswal P. Biological ontologies in rice databases. An introduction to the activities in Gramene and Oryzabase // Plant Cell Physiol. -2005. Vol. 46. -N. 1. - P. 63-68.

152. Yang Y., Hammes U.Z., Taylor C.G., Schachtman D.P., Nielsen E. High-affinity auxin transport by the AUX1 influx carrier protein // Cur Biol. -2006.-Vol. 6. -N. 11.-P. 1123-1127.

153. Yosiphon.G. Stochastic Parameterized Grammars: Formalization, Inference and Modeling Applications. PhD thesis, University of California Irvine, May 2009.

154. Zimmermann P., Schildknecht В., Craigon D. et al. MIAME/Plant -adding value to plant microarrray experiments // Plant Methods. 2006. - Vol. 2. -P. 1-3.

155. Вклад автора в получение результатов диссертации

Информация о работе

Миронова, Виктория Владимировна
кандидата биологических наук
Новосибирск, 2010
ВАК 03.01.09

Диссертация

Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы