Распространение гормональных, гидравлических и трофических сигналов и их взаимодействие в растениях при внешних воздействиях на корневую систему.

Высоцкая, Лидия Борисовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Распространение гормональных, гидравлических и трофических сигналов и их взаимодействие в растениях при внешних воздействиях на корневую систему.
ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Распространение гормональных, гидравлических и трофических сигналов и их взаимодействие в растениях при внешних воздействиях на корневую систему."

На правах рукописи

005011218

Высоцкая Лидия Борисовна

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГОРМОНАЛЬНЫХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ТРОФИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В РАСТЕНИЯХ ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА КОРНЕВУЮ СИСТЕМУ

03.01.05 - Физиология и биохимия растений

1 (.4АР 2072

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Уфа-2012

005011218

Работа выполнена в лаборатории физиологии растений Учреждения РАН Института биологии Уфимского научного центра РАН

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

Кудоярова Гюзель Радомесовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева, заведующий лабораторией Кузнецов Виктор Васильевич

доктор биологических наук, профессор, Башкирский государственный университет, заведующий кафедрой Усманов Искандер Юсуфович

доктор биологических наук, доцент, Институт биохимии и генетики УНЦ РАН, ведущий научный сотрудник Яруллина Любовь Георгиевна

Ведущая организация: Нижегородский Государственный

Университет им. НЛ. Лобачевского

Защита состоится 29 марта 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.013.11 в Башкирском государственном университете.

Адрес: 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Биологический факультет Башкирского государственного университета, ауд. 332. Факс (347)2736778, email: disbiobsu@mail.ru Официальный сайтБашГУ: http://www.bashedu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета.

Автореферат разослан Но " февраля. 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.б.н., профессор

М.Ю. Шарипова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Способность координировать процессы, которые происходят в разных органах - важное свойство растений, обеспечивающее их реакцию на организменном уровне и приспособление к изменению условий обитания. Одно из важных проявлений этого свойства -изменение гидравлической проводимости корней в соответствие с транспирационным запросом, обеспечивающее баланс между поглощением и испарением воды (Steudle, 2000; Meinzer, 2002; Parent et al., 2010). Другое проявление координации процессов, происходящих в разных органах растений - это относительная активация роста корней за счет ингибирования роста побега, лежащая в основе приспособления растений к дефициту воды и ионов (Beck, 1996; Poorter, Nagel, 2000; Bogeat-Triboulot et al., 2007). Известно, что фитогормоны могут выполнять функцию сигналинга на уровне целого растения, передавая информацию из органа в орган (Кунаева, 1962; Davies et al., 2005; Романов, 2009; Титов, Таланова, 2009). Впервые это было показано на примере синтезируемых в корнях цитокининов, которые транспортируются в побег и влияют на происходящие там процессы (Кулаева, 1962). Была показана сигнальная функция корневой абсцизовой кислоты (АБК) в передаче в побег сигналов о наступающей засухе (Zhang, Davies, 1990). Идея о роли корневой АБК в адаптации растений к дефициту воды стала весьма популярной (см. обзор Schachtman, Goodger, 2008), а роль корневых цитокининов в нитратном сигналинге была недавно подтверждена в опытах японских исследователей (Takei et al., 2001; Sakakibara et al., 2007). Тем не менее, не всегда удается доказать роль гормонов в качестве системных сигналов, обеспечивающих реакцию на уровне целого организма. Так, не у всех растений удалось зарегистрировать повышение притока АБК из корней при подсыхании почвы (Dodd, 2005). Отдельные эксперименты с трансгенными растениями свидетельствовали против роли цитокининов в качестве системных сигналов (Faiss et al., 1997). В них было показано, что только локальная индукция грг-гена в побегах трансгенного привоя приводит к активации роста боковых побегов, а

индукция синтеза цитокининов в корнях трансгенного подвоя не давала такой реакции. Из литературы известна роль гидравлических (Malone, 1992; Холодова и др., 2006; Christman et al., 2007), электрических (Fromm, Lautner, 2007) и субстратных (трофических) (Forde, 2002; Rolland et al., 2006) сигналов в координации процессов в растениях. Высказывалось предположение о том, что их распространение по растению может вызывать локальные изменения в метаболизме гормонов, обеспечивая тем самым их участие в дистанционном сигналинге (Куцоярова и др., 1990; Полевой и др., 1997; Christmann et al., 2007; Barlow, 2008). Способность гормонов влиять на концентрацию друг друга (Brugier et al., 2003; Reski, 2006) может играть важную роль в обеспечении распространения гормональных сигналов по растению. Вместе с тем, взаимодействию гормональных, гидравлических и трофических сигналов уделяется крайне мало внимания. Также немногочисленны исследования, которые позволили бы выявить роль взаимовлияния разных гормонов в осуществлении гормональной системой функции сигналинга на уровне целого растения. Вместе с тем, можно было предполагать, что транспорт одного гормона может влиять на локальный метаболизм другого гормона, вовлекая его в системный сигналинг.

Цель работы состоит в выявлении роли гидравлических, гормональных и трофических сигналов в обеспечении реакции растения на уровне целого организма при воздействиях на корневую систему. Для ее достижения были поставлены следующие задачи:

1. Оценить вклад притока гормонов из корней и их метаболизма in situ в формировании гормонального статуса побега растений томатов при локальном дефиците воды в почве. Выявить роль гормональных и гидравлических сигналов в регуляции метаболизма цитокининов в побеге.

2. На модели трансгенных растений табака с индуцируемой экспрессией /pi-гена изучить влияние локального повышения продукции цитокининов в корнях на скорость транспирации и содержание ЦК в листьях.

Изучить транспорт ЦК из корней, динамику содержания АБК, а также активность цитокининоксидазы в побеге с целью выявления компенсаторных механизмов, направленных на обеспечение поддержания водного баланса у трансгенных растений табака после индуцированного повышения уровня цитокининов.

3. Изучить влияние частичного удаления корней на рост листьев растяжением, накопление массы побега и корней, ветвление корней, концентрацию элементов минерального питания, показатели водного обмена, содержание и транспорт гормонов у растений пшеницы. На основании анализа этих данных выявить возможные гидравлические и гормональные сигналы, запускающие компенсаторные реакции, направленные на поддержание потока воды из корней и повышение их поглотительной способности.

4. Оценить влияние дефицита элементов минерального питания в среде на рост побега и корней, соотношение их массы, содержание гормонов и показатели водного обмена (водный и осмотический потенциал, тургор, устьичная и гидравлическая проводимость) у растений пшеницы. На основании анализа результатов этих экспериментов выявить относительную роль гидравлических, гормональных и трофических сигналов в регуляции относительной активации роста корней как адаптивной реакции на дефицит питания.

5. Проверить гипотезу о том, что сопряженность сигналинга ЦК и АБК обусловлена влиянием АБК на активность цитокининоксидазы и содержание цитокининов в растениях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• Трофические и гидравлические сигналы оказывают влияние на содержание гормонов в побегах и корнях и их ксилемные и флоэмные потоки. Координация ростовых реакций побега и корня при воздействиях на корни осуществляется за счет изменения метаболизма и перераспределения гормонов между побегом и корнем.

• Системное действие цитокининов в регуляции водного баланса растений реализуется через влияние уровня продукции цитокининов в корнях на

устьичную проводимость. Реакция устьиц при воздействиях на корневую систему зависит от соотношения АБК и цитокининов, которое, в свою очередь, определяется как притоком гормонов из корней (корневые гормональные сигналы), так и их метаболизмом in situ.

• В основе согласованности изменений уровня цитокининов и АБК и сопряженности их действия на устьичную проводимость и соотношение массы побег/корень лежит влияние АБК на уровень ЦК, реализуемое через повышение уровня транскриптов и активности цитокининоксидазы.

• Компенсаторное повышение поглотительной способности корневой системы после ее редукции достигается за счет повышения гидравлической проводимости в результате концентрирования АБК в редуцированной корневой системе и активации ветвления под влиянием ауксинового сигнала, поступающего из побега.

Научная новизна. Выявлен относительный вклад транспорта и метаболизма цитокининов in situ в регуляцию их содержания в листьях при разбавлении питательного раствора, локальном подсыхании почвы (PRD) и удалении часта корней. Показано, что при данных воздействиях уровень этого гормона в большей степени зависит от его метаболизма: снижается за счет активации цитокининоксидазы при дефиците элементов минерального питания и поддерживается - в результате снижения активности этого фермента при редукции корневой системы. С помощью ингибитора синтеза АБК флуридона доказано существование причинно-следственной связи между накоплением АБК и снижением уровня цитокининов в растении при стрессовых воздействиях, в основе которого лежит активация цитокининоксидазы под влиянием АБК. На модели трансгенных растений с локальной индукцией синтеза цитокининов в корнях растений показана системная роль дальнего транспорта цитокининов в повышении устьичной проводимости и, тем самым, - в регуляции водного обмена на уровне целого растения. Выявлен высокий адаптивный потенциал корневой системы растений пшеницы, который проявляется в способности редуцированной корневой системы обеспечивать

побег достаточным количеством воды за счет быстрого подъема гидравлической проводимости, а также компенсаторной активации роста боковых корней. Показано, что увеличение поглотительной способности редуцированной корневой системы обусловлено перераспределением гормонов: приток АБК из побега в корень - способствует увеличению гидравлической проводимости, а повышение притока ауксинов - активирует формирование боковых корней. Выявлена роль гидравлических сигналов, которая проявляется в активации потоков АБК и ИУК в корень под влиянием транзиторного дефицита воды в побеге.

Научно-практическая значимость работы. Показано, что в основе разнообразия адаптивных реакций растений лежит сочетание различных сигналов и их взаимодействие. В работе раскрыто, каким образом воздействия на корень индуцируют передачу гормональных, гидравлических и трофических сигналов, которые не только вызывают ответные реакции в побеге, но и генерацию обратных сигналов из побега в корень, обеспечивая тем самым координацию процессов, лежащих в основе роста и водного обмена. Эта информация углубляет представления о механизмах, лежащих в основе регуляции продуктивности и устойчивости растений, и будет полезна в поиске путей их повышения. Основные результаты работы используются в учебном процессе на кафедре физиологии растений - включены в учебное пособие «Гормоны и адаптация растений к условиям обитания. Уфа: РИО БашГУ, 2003».

Связь работы с плановыми исследованиями и научными программами. Исследования проводились в рамках планов НИР лаборатории физиологии растений Института биологии УНЦ РАН «Оптимизация и стабилизация продуктивного процесса растений в условиях стресса уровнем минерального питания и регуляторами роста (1996-1998), «Исследование системы регуляции концентрации фитогормонов как фактора интеграции растительного организма» (2000-2003), «Механизмы передачи сигналов между органами растения и согласования процессов, обеспечивающих рост и водный обмен в изменяющихся условиях внешней среды (2004-2006), «Регуляция роста

и водного обмена растений в изменяющихся условиях внешней среды (20072009). Исследования выполнены при поддержке грантов РФФИ: 97-04-49962, 99-04-49291, 02-04-97908, 03-04-49780, 05-04-50824-МФ, 05-04-97900, 06-0449166, 06-04-49276,08-04-00591,09-04-00942,11-04-97023.

Декларация личного участия. Автором была определена тема исследования и подбор экспериментальных моделей. Часть результатов, представленных в разделах 3.3 и 3.4 диссертации, получены в совместной работе с к.б.н. JI.H. Тимергалиной, к.б.н. A.B. Коробовой, автор был научным руководителем их кандидатских диссертаций. Автору принадлежит замысел и окончательный текст диссертации. В диссертации использованы опубликованные в соавторстве работы.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 20 конференциях, наиболее важные из которых: Ш, IV, V, VI съезд обществ физиологов растений (Москва, 1997; Москва, 1999; Пенза, 2003; Сыктывкар, 2007), XI-XTV конгрессы европейских обществ физиологов растений (Варна, 1998; Будапешт, 2000; Крит, 2002; Краков, 2004; Лион, 2006), 5-я междунар. конф. «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1999), 3-я Всеросс. конф. «Иммуноанализ регуляторов роста в решении проблем физиологии растений, растениеводства и биотехнологи» (Уфа, 2000), междунар. конф. по экологической ботанике (Сыктывкар, 2002), 2-я междунар. конф. «Integrated Approaches to Sustain and Improve Plant Productivity under Drought Stress» (Рим, 2005), междунар. симпозиум «Сигнальные системы растений: роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), междунар. конф. «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сыктывкар, 2007), междунар. конф. «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений» (Екатеринбург, 2008), Всероссийская конф. «Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды» (Иркутск, 2009), 8-я междунар. конф. «Eco-Physiological aspects of plant responses to stress factors» (Cracow, 2009), Всероссийский симпозиум «Растение и стресс» (Москва, 2010),

II-ая Международная конф. «Регуляция роста и развития растений: физиолого-биохимические и генетические аспекты» (Харьков, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 32 работы, в том числе 1 монография, 17 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для защиты докторских диссертаций, 9 статей в крупных региональных изданиях.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 283 страницах машинописного текста (включая иллюстрации и список литературы) и состоит из введения, обзора литературы, 4 глав экспериментальной части, заключения и выводов. В работе представлено 35 таблиц и 44 рисунка. Список литературы включает 397 наименований, из них 346 иностранных.

Благодарности. Автор благодарит к.б.н Тимергалину Л.Н., к.б.н. Коробову A.B., за помощь в проведении экспериментов и анализе результатов, проф. Веселова С.Ю., проф. Трапезникова В.К., д.б.н. Веселова Д.С., к.б.н Архипову Т.Н., к.б.н. Иванова И.И. за ценные советы и рекомендации, проф. Кудоярову Г.Р. за чуткое руководство и предоставление всех необходимых условий для выполнения экспериментов, а также весь коллектив нашей лаборатории и членов своей семьи.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили на растениях яровой твердой пшеницы (Triticum durum Desf., сорт Безенчукская-139), томатов {Solanum lycopersicum L., cv. Ailsa Craig) и трансгенного табака (Nicotiana tabacum L., cv. Petit Havana HSIPT). Трансгенная линия была получена путем трансформации растений табака Nicotiana tabacum L., сорт. Petit Havana SR- I бактериальным ipt-теном, находящимся под контролем Н8-протеин-70 промотором дрозофилы (Drosophila melanogaster) (Schmulling et al., 1989).

Семена растений пшеницы проращивали в темноте в течение 2-3 суток на водопроводной воде при температуре 24/18 °С (день/ночь). На четвертые сутки проростки пересаживали на 10 %-ную среду Хогаанда-Арнона-I и выращивали при освещенности 400-500 мкмоль m'V1 ФАР и 14-часовой продолжительности светового дня в лабораторных условиях. В возрасте 7 суток растения

переносили на 1% раствор Х-А (дефицит питания) или удаляли четыре из 5 корней. Корни удаляли (см. схему эксперимента в разделе 3) в питательном растворе для предупреждения закупорки ксилемных сосудов и над питательным раствором, для того чтобы предотвратить поступление питательного раствора через разрезанные ксилемные сосуды.

Растения томатов выращивали в контролируемых условиях при температуре 20-24 °С с 12-часовым фотопериодом при освещенности 220 мкмоль m"V ФАР. Семена проращивали в почве. Через 14 дней в момент появления первого настоящего листа проростки пересаживали в контейнеры с отверстиями в боковых стенках. Через неделю контейнеры помещали в специальные сосуды с двумя отсеками, между которыми в процессе роста распределялись корневые пряди.

Семена растений табака после проращивания в почве пересаживали в горшки с песчано-почвенной смесью (1:2) и выращивали в лабораторных условиях. После появления восьмого листа корни растений прямо в горшках с почвенной смесью подвергали локальному нагреванию в течение 1 ч при 40°С, используя водяную баню (отсчет времени инкубации начинался с момента достижения температуры почвы 40 °С). Открытую поверхность воды в бане изолировали фольгой. В качестве контроля служили растения, которые находились в тех же условиях, но не подвергались нагреванию.

Рост растений регистрировали с помощью датчика роста на основе линейного дифференциального трансформатора с подвижным сердечником ДЛТ-2. Для измерения растяжимости листа дополнительный груз массой 2г подвешивали к коромыслу датчика роста со стороны сердечника. Коэффициент растяжения (m) рассчитывали по формуле (Thomas et al., 1999): m=(Xi-Xo)/(Lgr « Аст) (сек"1» Па), где - Хо (м/сек)- скорость роста без груза, X] (м/сек)- стабильная скорость роста после добавления груза, Lgr (м) - длина зоны растяжения листа, Да - изменение тянущего усилия, рассчитанное по формуле Лс=9,8 Р/10 * яг2 (Па), где Р - вес груза (и), а г - радиус основания листа (м).

Число боковых корней и примордиев боковых корней определяли при помощи микроскопа после фиксации корней по Кларку в смеси этилового спирта с ледяной уксусной кислотой (3:1) и окрашивания ацетокармином (Площинская и др., 2002).

Транспирацию определяли гравиметрическим методом. Относительное содержание воды определяли в дифференцированной части листьев по формуле ОСВ=ЮО%*(сырая масса - сухая масса)/(тургорная масса - сухая масса). Для определения устьичного сопротивления использовали порометр (МК Delta-T). Устьичную проводимость и скорость ассимиляции углекислого газа измеряли при помощи газового анализатора (CERAS-2, РР- Systems, UK). Осмотическое давление ксилемного сока и тканевой жидкости, отжатой после замораживания, определяли с помощью цифрового микроосмометра (KAMLAB Limite, UK).

При помощи камеры давления (Scholander-type pressure chamber, Plant Moisture Systems, USA) измеряли водный потенциал листа растений томата (Улиет) и собирали ксилемный сок. В экспериментах с растениями пшеницы и табака ксилемный сок собирали, как описано (Vysotskaya et al., 2004).

Для оценки транспорта гормонов из побега в корень основание отделенных побегов погружали в 20 мМ раствор ЭДТА (этилендиаминтетруксусной кислоты) с pH 7 для предотвращения закупорки флоэмных сосудов и выдерживали в темноте при 24 °С (Caputo, Barneix, 1999). Затем в растворе определяли содержание гормонов. Содержание ионов в тканевой жидкости и ксилемном экссудате определяли методом капиллярного электрофореза на ионном анализаторе «Нанофор 01». Содержание азота в растущей части побега определяли с помощью CHNS - анализатора (EURO ЕА 3000) фирмы HEKAtech GmbH, Германия.

Гидравлическую проводимость корня рассчитывали по формуле

Lp=V/(7tx 7t0), ще Lp - гидравлическая проводимость; V - поток воды из корней; 7гх - осмотическое давление пасоки; я0 - осмотическое давление питательной среды. Общую гидравлическую проводимость измеряли с

помощью вакуумной установки, имитируя транспирацию интактного растения (Freundl et al., 1998). Для определения содержания гормонов в тканях растительный материал гомогенизировали и экстрагировали 80%-ным этанолом. Спиртовый экстракт центрифугировали и супернатант упаривали до водного остатка. Для очистки и концентрирования АБК и ИУК использовали модифицированный метод (Veselov et al., 1992). ЦК разделяли при помощи ТСХ (Kudoyarova et al., 1998). Иммуноферментный анализ и иммуногистохимическую локализацию ИУК проводили с использованием специфических антител к гормонам (Веселов, 1998), активность цитокининоксидазы определяли, как описано ранее (Веселов, Симонян, 2004).

Уровень экспрессии гена цитокининоксидазы (ЦКО) оценивали методом ОТ-ПЦР. Тотальную РНК выделяли с использованием гуанидинтиоцианатного буфера, рН 8,0. кДНК получали реакцией обратной транскрипции в 30 мкл реакционной смеси, содержавшей 1 мкг растительной РНК, 0,5 мкг праймера oligo(dT)12-i8, 40 ед. активности обратной транскриптазы M-MuLV ("MBI Fermentas", США), 250 мМ Трис-HCl, рН 8,3, 250 мМ КС1, 20 мМ MgCl2, 50 мМ ДТТ, по 10 мМ каждого дНТФ и 20 ед. РНКзина. Смесь инкубировали в течение 1 ч при 37 °С. Затем проводили амплификацию с использованием Taq-полимеразы и праймеров F (5ЧХСЮ71ШГСГА(ХСЛСГСМСЗ') и R (s-CCTcrrGaXjTCGTAcn'GrocíT-3), гомологичных к консервативным участкам гена ЦКО пшеницы (Авальбаев и др., 2006). Полученные амплификаты фракционировали в 1-2% агарозном геле, и после их окрашивания бромистым этидием проводили оценку содержания кДНК в отдельных полосках геля на Gel Camera System ("UVP", США). В качестве внутреннего контроля использовали конститутивно экспрессирующийся ген /?-тубулина пшеницы, праймеры к которому имели следующую последовательность:

l'(5'-TCnCATGGTGGGaTCGC-3,j И К(5'-ОХСГСШ31ГгиСГССАТСГ-3') (Ciaffi et al., 2006).

Для статистической обработки данных использовали Analysis Toolpack и встроенные функции MS Excel.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 1. Гормональные и гидравлические сигналы в регуляции роста и устьичной проводимости у растений томатов при локальной засухе в области корней

На примере цитокшшнов была впервые показана роль гормонов в передаче сигналов из корня в побег при дефиците минерального питания (Кулаева, 1962). При изучении дефицита воды больше внимания уделялось АБК (см. обзоры Jiang, Härtung, 2008; Wilkinson, Davies 2010). Вместе с тем, имеется ряд противоречий в гипотезе о роли корневой АБК в качестве сигнала о подсыхании почвы, и высказывалось мнение, что их можно разрешить, уделяя внимание другим гормонам (Davies et al., 2005). Для изучения роли цитокининовых сигналов в реакции на дефицит воды мы использовали способ раздельного полива (partial root drying, PRD), когда корневая система поделена между сосудами, один из которых поливают, а во втором почва подсыхает (Gowing et al., 1990; Sobeih et al., 2004). При таком подходе за счет ослабления гидравлических сигналов ярче проявляются гормональные сигналы о подсыхании почвы. Наша задача состояла в том, чтобы измерить концентрацию цитокининов как в листьях, так и в собранном из них ксилемном соке. Наблюдения проводили в течение пяти дней.

Снижение содержания воды в почве повышало концентрацию АБК в ксилемном соке более чем в два раза, снижало транспирацию в среднем на 22 % и водный потенциал листа - в среднем на 0,08 МПа (рис 1.1).

Локальная засуха в корневой зоне не вызывала у растений томата резкого снижения водного потенциала листа (не более ОД МПа) (рис. 1.1) и не индуцировала уменьшения суммарной концентрации производных зеатина в ксилемном соке (рис. 1.2а). Небольшой подъем концентрации цитокининов в ксилемном соке в начале воздействия мог быть следствием уменьшения объема транспирационного потока. При этом содержание цитокининов в листьях PRD-растений снизилась на 46% (рис.1.2б), а площадь листьев на 16 % (данные в диссертации).

400 1

300 -

200

100 1

-0,6

-0,7 -

-0,8

1 3

Время, сутки

-РР®

1,6 -|

1,4 -

к ^ 1,2 -

§ " га ^ о. 1 - 0,8 -

с с X § 0,6 -

га 2 о. 5 0,4 -

1— 0,2 г-е-1

1 3 5

Время, сутки

Рис. 1.1. Концентрация АБК в ксилеме, водный потенциал листа,

транспирация после перевода растений томата на частичную корневую засуху РШ) (полив одной корневой пряди объемом воды равным 50% от транспирационных потерь \У\\'). В качестве контроля (Л\'\У) служили растения, у которых обе пряди корней поливали до полной компенсации транспирационных потерь, п=10

ф о

5 О.

£ з

« О

а! ■а о О

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

Время, сутки

Контр; РЯЭ ¡Контр! Контр) РРЮ 2 ! 4

Время, сутки

Рис. 1.2. Динамика концентрации производных '.сатина (Ъ, У,К и ЖМ) в ксилемном соке (а), собранном из 6 и 8 листьев, и в девятом листе (б) после перевода растений томата на частичную корневую засуху РШ) (полив одной корневой пряди объемом воды равным 50% от транспирационных потерь\¥\¥) В качестве контроля (\\'\\) служили растения, у которых обе пряди корней поливали с полной компенсацией транспирационных потерь, п=8

По данным литературы более сильная почвенная засуха (снижение водного потенциала на 1 МПа) приводила к снижению концентрации цитокининов в листьях растений Medicago sativa на 40%. Концентрация цитокишшов в верхушечной почке PRD-растений винограда {Vitis vinifera) снижалась на 49% и 26% соответственно по сравнению с контрольными растениями (WW-растения), хотя водный потенциал листа не менялся (Stoll et al., 2000). У растений подсолнечника в условиях частичной засухи в корневой зоне также не было изменений водного потенциала листа и концентрация зеатинрибозида и дигидрозеатинрнбозида в ксилемном соке из корня была близка к контролю (Masia et al., 1994). Таким образом, можно предположить, что умеренная почвенная засуха (у лнст <0,1 МРа) влияет на цитокининовый статус побега, хотя концентрация гормона в ксилемном соке может не изменяться.

В результате обнаруженного нами уменьшения в содержании ЦК на 46 % возможны значительные изменения в росте и развитии растений. Пониманию физиологического значения пониженного ЦК статуса помогло создание трансгенных растений со сверхэкспрессией цитокининоксидазы (ЦКО). Концентрация цитокининов у таких растений составляла 30-45 % от уровня ^трансформированных растений (Werner et al., 2001, 2003), и они характеризовались замедленным развитием побега и относительно более сильным развитием корня. Поскольку аналогичные изменения роста и развития характерны для растений засушливых условий (Sharp, LeNoble, 2002; Lafitte et al., 2007; Guo et al., 2010), то снижение содержания цитокининов может быть отчасти ответственным за физиологические изменения, вызванные почвенной засухой. Поэтому было важно выявить механизмы, вызывающие это снижение. Совершенно очевидно, что цитокининовый статус листа зависит от баланса между накоплением гормона (доставка цитокининов по ксилеме и синтез в самом листе) и его расходованием (катаболизм и экспорт по флоэме). Исходя из того, что приток цитокининов в побег равен произведению их концентрации на скорость транспирационного потока (Jackson, 1993), он должен был снизиться

не более чем на 22% (степень снижения транспирации при неизменной концентрации цитокининов). При этом содержание ЦК в листьях уменьшилось на 46% (рис. 1.26). Следовательно, снижение содержания гормона в листе не было пропорционально скорости его доставки, что позволяет предположить наличие других механизмов регуляции концентрации ЦК.

Синтез ЦК может происходить в листе (Miyawaki et al., 2004), но в более зрелых листьях, с которыми мы работали, он незначителен по сравнению с молодыми развивающимися листьями (Nordstrom et al., 2004). Поэтому снижение содержания цитокининов в листе скорее может быть связано с изменением скорости их распада в листьях при дефиците воды. Несмотря на то, что активность цитокининоксидазы в растениях кукурузы, подвергнутых водному стрессу, так и не была измерена напрямую, накопление транскриптов ЦКО увеличивалось в ответ и на водный дефицит, и на экзогенную АБК (Brugiere et al., 2003). Более того, несколько форм ЦКО были охарактеризованы и показана их внеклеточная локализация (Werner et al., 2003). Так как активность различных форм этого фермента лежит в пределах рН 6.5-8.5 (Motyka et al., 1996), защелачивание по сравнению с обычным (рН 5-6) уровнем ксилемного сока и апопласта листа растений томата, вызываемое почвенной засухой (Wilkinson et al., 1998; Sobeih et al., 2004), может активировать деградацию цитокининов.

Пока не ясно, что более значимо для регуляции цитокининзависимых процессов: содержание цитокининов в ксилемном экссудате или в листе. В исследованиях последнего десятилетия была показана последовательность событий, ведущих от восприятия ЦК-сигналов к широкому спектру ЦК ответов (D'Agostino, Kieber, 1999; Kiba et al., 2005; Романов и др., 2009). Так как ЦК связываются с локализованной в плазмолемме гистидинкиназой, выполняющей роль рецептора ЦК, один из доменов которой расположен снаружи клетки в апопласте (D'Agostino, Kieber, 1999), содержание цитокининов в ксилеме может бьггь наиболее важным. А поскольку у растений томата концентрация цитокининов в ксилемном соке не снижалась под влиянием дефицита воды

(рис. 1.2), это могло способствовать поддержанию ростовых и других ЦК-зависимых процессов. Вместе с тем, присутствие в цитоплазме цитокининсвязывающих белков (Вго\ко & а1., 2007) указывает на функциональное значение общего содержания цитокининов в листьях.

ъ.

л §

s s

400 300 О 40U -300 -

200 100 Г • g S 200 -100

0 О) 0

-0,8

-0,6

ф листа I M Па

-0,4

-0,6 4Wra. МПа

-0,4

о 4UU

Ъ 300 • •

л с п 200

ь т га 100 0

0 200 400

Концентрация АБК, нМ

0 200 400

Концентрация АБК, нМ

Рис. 1.3. Корреляция между устьичной

проводимостью (gs), водным потенциалом листа (Ч> листа) (а, б) и концентрацией ксилем-ной АБК (в, г), через двое (а, в) и четверо (б, г) суток после перевода растений томата на частичную корневую засуху. На рисунках представлены данные парных измерений для PRD и WW растений и проведена линейная регрессия (Р<0,05)

Было показано, что цитокинины способствуют открытию устьиц в эпидермальных стрипах (обзор Dodd, 2003). Однако изменения водного потенциала листа и содержания АБК в ксилеме также валены для регуляции этого процесса (Bunce, 1996; Davies et al„ 2005). Снижение водного потенциала листа PRD-растений (рис. 1.1) ставит вопрос о том, не регулирует ли сам водный потенциал устьичную проводимость, что считается возможным (Comstock, 2002). Однако в наших экспериментах это представляется маловероятным, так как высокая устьичная проводимость сопровождается низким водным потенциалом (рис. 1 .За). На основании этих данных мы можем лишь предположить, что устьичная проводимость контролирует водный потенциал, а не наоборот. Далее в наших экспериментах через четверо суток произрастания растений в условиях частичной засухи в зоне корня (PRD) высокая устьичная проводимость (gs) коррелирует с низким содержанием АБК в ксилемном соке (рис. 1.3г), что согласуется с литературными данными о том, что ксилемная АБК регулирует устьичную проводимость (Zhang, Davies, 1990;

БосМ, 2005). Если верно предположение о том, что замыкающие клетки чувствительны к изменению концентрации ЦК, а не к их доставке, то отсутствие изменений концентрации цитокининов в ксилеме РМ>растений свидетельствует против регуляторной роли корневых ЦК.

Таким образом, у растений томатов при частичной засухе в области корней формировался корневой АБК-сигналинг, регулирующий устьичную проводимость листьев. Концентрация ЦК в ксилеме существенно не менялась, но значительно снижалась в побеге растений. Снижение содержания этого гормона в побеге предположительно может быть обусловлено повышением активности цитокининоксидазы, а неизменная концентрация цитокининов в ксилемном соке на фоне снижения транспирации растений говорит в пользу регуляции загрузки ЦК в самом корне. В этих экспериментах мы видим лишь косвенное доказательство того, что цитокинины могут выступать в роли корневого сигнала и регулировать протекающие в побеге процессы. В поисках более прямых доказательств цитокининового корневого сигналинга мы использовали для исследований ф*-трансгенные растения табака, у которых можно локально вызвать активацию синтеза гормона. Данные представлены в следующем разделе. Что касается гидравлических сигналов, то в данной серии экспериментов наблюдали лишь небольшое изменение водного потенциала листа, и устьичная проводимость влияла на водный потенциал, а не наоборот. Вместе с тем, как небольшие изменения водного потенциала листа, так и концентрации АБК в ксилемном соке могли быть теми сигналами, которые запускали процессы, направленные на снижение содержания цитокининов в побеге. На такую возможность указывали некоторые публикации (Вп^еге е[ а1., 2003), и она была проверена при выполнении работы, представленной в следующих разделах.

2. Сигнальная роль корневых цитокининов в регуляции устьичной

проводимости при локальной индукции синтеза цитокининов в корнях

Участие цитокининов в передаче сигналов из корня в побег было убедительно показано в ряде экспериментов (Кулаева, 1962; Таке1 е1 а1., 2002). Тем не менее, все шире распространяется представление о том, что эти гормоны действуют только там, где они синтезируются (Шейег с1 а1., 2006; Кигака\та е!

а!., 2007). КакшкЛо (2003) в своем обзоре заявил, что транспортируемые цитокинины могут быть важны только при низком их содержании на фоне дефицита элементов минерального питания и что роль механизма дальнего транспорта цитокининов является проблемой, требующей дальнейшего изучения. Задача исследований, представленных в данном разделе, состояла в оценке роли цитокининов во взаимодействии побега и корня путем индукции синтеза цитокининов в корнях /р/-транс генных растений. Это достигалось благодаря тому, что ген, кодирующий изопентенилтрансферазу, был поставлен под контроль промотора белка теплового шока, и его локальную экспрессию индуцировали в корнях путем их прогрева при 40 °С. В отличие от Ршвэ с соавторами ^¡бб еХ а1., 1997), которые с помощью аналогичного подхода изучали относительно медленные реакции (снятие апикального доминирования), мы сосредоточились на ответных реакциях (изменение устьичной проводимости и транспирации), которые могут проявляться уже через несколько минут после изменения концентрации гормона.

3SR, контроль

Рис. 2.1. Концентрация зеатина (Z), его рибозида (ZR) и нуклеотида (ZN) в корнях ^трансформированных Nicotiana tabacum L., cv. Petit Havana SR-1 и трансгенных Nicotiana tabacum L., cv. Petit Havana, HSIPT (ipt) растений табака через 1 ч после локального нагревания корней при 40 °С в течение 1 ч. Статистически достоверные различия по

концентрации каждой формы ЦК между контролем и нагреванием корней показаны: * - Р<0,05; ** -Р<0,01; t-test

Локальное нагревание корней растений табака привело к двукратному накоплению цитокининов в корнях трансгенных ¡р^растений, в то время как в корнях нетрансформированных растений их содержание достоверно не

изменялось (рис. 2.1). При этом содержание зеатинрибозида повышалось как у трансгенных растений, так и ^трансформированных.

Рис. 2. 2. Концентрация зеатина и его производных (Z+ZR+ZN) в разных листьях побега и его верхушке (апекс)

^трансформированных Mcotiana tabacum L., cv. Petit Havana SR-1 и трансгенных Mcotiana tabacum L., cv. Petit Havana, HSIPT растений табака через 1 ч после локального нагревания корней при 40 °С в течение 1 ч. Статистически достоверные различия по концентрации ЦК в каждом ярусе листьев между контролем и нагреванием корней показаны: * -Р<0,05; ** - Р<0,0Х, t-test

Содержание цитокининов в верхушке побега было максимальным и не изменялось после корневого теплового шока ни у трансформированных, ни у SR-растений (рис. 2.2). Уровень производных зеатина в наибольшей степени повышался в верхних сформированных листьях растений. В то же время накопление цитокининов в листьях трансгенных растений было выражено в большей степени по сравнению с ^трансформированными. Повышенный уровень цитокининов в листьях трансгенных растений табака, индуцированный тепловьм шоком, удерживался в течение нескольких часов после прекращения действия температуры на корень (до 3 ч) (данные приведены в диссертации).

Таким образом, содержание цитокининов в листьях растений табака повышалось после нагревания корневой зоны. Для доказательства сигнальной функции корневых цитокининов важно было показать, что высокий уровень содержания цитокининов в листьях трансгенных растений был результатом экспрессии ipt-гена в корнях. Прежде всего, в пользу этого предположения свидетельствует общее повышение уровня цитокининов в термо-индуцированных корнях. Еще одним аргументом может служить обнаруженное в них накопление рибозида зеатина, который принято считать транспортной формой гормона (Мок, Мок, 2001). Определение содержания цитокининов в

=г

9 SR, контроль S SR, нагревание корней □ ipt, контроль Ш ipt, нагревание корней

Номер листа от основания побега

ксилемном экссудате подтвердило наши предположения об усилении притока ЦК из корней (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Содержание зеатина (Z), его рнбозида (ZR), нуклеотида (ZN) и их суммы в ксилемном экссудате ^трансформированных Nlcotiana tabacum L., cv. Petit Havana SR-1 (SR) и трансгениых Nlcotiana tabacum L., cv. Petit Havana, U4IPT (ipt) растений табака через 1 ч после локального нагревания корней при 40 °С в течение 1ч. Статистически значимые различия для каждого вида гормона обозначены разными буквами (Р < 0.05,

Варианты ZN Z ZR ZN+Z+ZR

SR, кнггроль 2,8а 10,7а 3,0а 13,6а

SR, тепловой шок 2,9а 13,9а 3,2а 16,5а

ipt, контроль 4,6 ь 16,6" 4,43 25,6 b

ipt, тепловой шок 14,9 е 373 е 22,4 ь 74,6 е

При этом следует отметить, что содержание зеатина увеличивалось примерно в два раза, в то время как концентрация зеатинрибозида достигала пятикратного увеличения. Накопление цитокининов в листьях трансгенных растений, куца цитокинины поступают из корней с транспирационным потоком, и отсутствие их накопления в апексе побега, для которого характерен низкий уровень транспирации, еще раз подтверждает то, что при воздействии теплового шока на корни трансгснных растений местом синтеза гормона не был сам побег. Наши результаты противоположны тем, которые были получены в случае индукции /р/- гена в побеге растений, в апексе которых аккумуляция цитокининов была максимальной (Веселов и др., 1999).

Почему же тепловая индукция трЛгена, приводящая к сверхпродукции цитокининов в корнях, не вызывала многократного накопления гормона в растении и, в частности, в листьях? В побеге суммарное содержание производных зеатина было примерно вдвое выше по сравнению с контролем через час после теплового воздействия (данные приведены в диссертации ).

Оценка активности ЦКО через час после воздействия температуры показала, что уровень ее был значительно выше в листьях трансгенных растений и незначительно превышал уровень контроля у ЗЛ-растений (¡рЬ-растения: 1163±114 и 2847±149 пмоль ИПА/мг белка/ч у контрольных и опытных растений соответственно; БЯ-растения: 1176±97 и 1292±127 пмоль ИПА/мг белка/ч у контрольных и опытных растений соответственно; п=8). Активация цитокининоксидазы в листьях трансгенных растений табака также

является аргументом в пользу того, что источником для накопления гормона в листьях являются термоиндуцированные корни. По данным литературы, экспрессия гена, кодирующего ЦКО, локализована в клетках листа, расположенных вокруг проводящих пучков (Yang et al., 2002), а регуляция этого гена осуществляется через каскад реакций цитокининового сигналинга, который запускается взаимодействием ЦК со специфическим рецептором клеточной мембраны (Brugiere et al, 2003). В соответствии с этим представлением ЦКО скорее может активироваться не внутриклеточным цитокинином, а гормоном, поступающим в апопласт из корней. Соответственно, в наших опытах активация ЦКО в листьях ipt-растений табака после индукции трансгена тепловым шоком в области корней, подтверждает, что ЦК в лист поступали из корней.

Важно было установить сигнальную функцию поступающих из корней цитокининов. Для этого необходимо было связать повышение их концентрации в листьях с физиологическими эффектами в побеге. Как видно из рисунка (рис. 2.3), нагревание корней повышало устьичную проводимость

400

350

t? 300 % 250

± 200

В 150 2

5 100

3 4 5 6 7 Номер листа от основания побега

□ SR, контроль -) □ SR, нагревание корней H ipt, контроль a ipt, нагревание корней

Рис. 2.3. Устьичная проводимость (Gs) листьев ^трансформированных Nicotiana tabacum L., «v. Petit Havana SR-1 и трансгенных Nicotiana tabacum L., cv. Petit Havana, HSIPT (ipt) растений табака через 1 ч после локального нагревания корней при 40 °С в течение 1 ч. Статистически значимые различия для каждого листа обозначены: *, Р<0,05; **, Р<0,01. t-test

практически всех листьев растений табака обеих групп О'рЬ и БК-растений), при этом наиболее яркие достоверные различия были характерны для верхних

листьев. Следует также отмстить, что в большей мере устьичная проводимость активировалась у трансформированных ipt- растений.

Сопоставляя данные по устьичной проводимости (рис. 2.3) с изменением содержания цитокининов в листьях и ксилемном экссудате (табл. 2.1, рис. 2.2) через 1 ч после прекращения нагревания корней, можно заметить, что накопление гормона сопровождается высоким уровнем транспирации. По данным литературы, экзогенные ЦК поддерживают устьица в открытом состоянии (Badenoch-Jones et al., 1996), а изменение их эндогенного содержания коррелирует с устьичной проводимостью (Shashidhar et al., 1996; Stoll et al., 2000; Веселова и др., 2006). Поэтому можно сделать вывод, что пришедшие из корней цитокинины могли стимулировать открывание устьиц, т.е. оказывать воздействие на побег.

В литературе чаще обсуждается участие АБК в регуляции размера устьичной щели как доминирующего фактора, вызывающего закрытие устьиц (Jackson, 1993; Härtung et al., 2002). В экспериментах с ipt-растениями в начальный период после теплового шока существенного накопления АБК в побегах через час после теплового шока не было обнаружено (данные приведены в диссертации). Вместе с тем, через три часа содержание АБК в листьях термоиндуцированных растений превышало содержание этого гормона в контроле примерно вдвое, при этом в большей степени это проявлялось у трансгенных растений (ipt-растения: 92±9 и 180±15 нг/г сырой массы у контрольных и термоиндуцированных соответственно, (п=9)). Известно, что АБК быстро синтезируется в растении в ответ на повышение дефицита воды в тканях (Zeevaart, Creelman, 1988; Verslues, Bray, 2006) и падение тургора (Pierce, Raschke, 1980). Важно отметить, что через 3 часа после прекращения прогрева корней возрастал дефицит воды в листьях, что, очевидно, было следствием повышенного уровня транспирационных потерь (рис. 2.4).

Время после нагревания корней, мин

15 мин 1ч Зч

Время после нагревания корней

sSR, контроль a SR, нагревание корней 0 ipt, контроль S ipt, нагревание корней

—о— ipt, контроль

■ ipt, нагревание корней —й—SR, контроль A SR, нагревание корней

Рис, 2.4. Динамика транспирации (а) и относительного содержания воды (б) в 3-7 листьях от основания побега ^трансформированных Nicotiana tabacum L., cv. Petit Havana SR-1 и трансгенных Nicotiana tabacum L., cv. Petit Havana, HSIPT (ipt) растений табака через 1 ч после локального нагревания корней при 40 °С в течение 1 ч. *-статистически достоверное отличие значений между контролем и нагреванием, Р<0,05

Снижение ОСВ и могло быть стимулом для повышения уровня АБК. Ее накопление сопровождалось уменьшением транспирации ниже уровня контрольных растений табака. По всей видимости, нарушение водного обмена в результате повышенного притока цитокининов послужило тем гидравлическим сигналом, который вызвал накопление АБК и закрытие устьиц, направленное на восстановление водного баланса.

Таким образом, результаты экспериментов с трансгенными растениями табака показали, что вслед за индукцией ipt-гена в корнях трансгенных растений табака активность ЦКО в листьях возрастает, при этом в побеге за счет транспорта из корней поддерживается высокое содержание цитокининов, которые влияют на поведение устьиц. Следовательно, поступающие в побег цитокинины могут выступать в качестве корневого сигнала, который вызывает изменение скорости транспирации листьев.

3. Сигнальные механизмы, обеспечивающие координацию роста и регуляцию водного обмена при частичном удалении корней у растений пшеницы

Регуляция соотношения массы побега и корня - одно из наиболее важных проявлений способности растения координировать процессы роста на уровне

целого организма (Beck, 1996; Poorter, Nagel, 2000; Bogeat-Triboulot et al„ 2007). Поэтому представляло интерес последить реакцию растения на удаление части корней. Поскольку при данном воздействии уменьшается поглощающая поверхность корневой системы, можно предполагать участие

питательного раствора (Б)

50 40

3 30

Рис. 3.1. Схема постановки было экспериментов-удаление корней у 7- Ч£СКИХ сигналов в ответной

дневных проростков пшеницы. Слева /д|

направо: интактное растение, реакции растений. Для того чтобы удаление корней в питательном

растворе (А) и над поверхностью выявить ИХ возможную роль, были

использованы 2 варианта постановки опыта. В одном из них срезы четырех из пяти зародышевых корней 7-дневных растений пшеницы были погружены в питательный раствор, за счет чего вода могла свободно поступать через них в растение, во втором - срезы размещали над питательным раствором, и при этом поток воды шел лишь через один

Рис. 3.2. Скорость роста первого листа

растений пшеницы после удаления оставшийся корень (рис. 3.1). четырех корней из пяти. Удаление

корней в питательном растворе (А) и Регистрация скорости роста листа

над поверхностью питательного яженисм шмощи датчжа точных

раствора (Б)

положений (Фархутдинов и др., 2003) показала, что характер кривой роста зависел от способа удаления корней (рис. 3.2). В случае проникновения воды в

растение по единственному корню рост листа очень быстро прекращался, и даже наступало его сжатие (рис. 3.2Б).

Через полтора часа после удаления корней скорость роста листа

стабилизировалась на уровне, более

низком, чем у интактного растения. В

варианте опыта, при котором вода

беспрепятственно поступала в побег по

разрезанным ксилемным сосудам в

местах удаления корней, напротив,

происходило быстрое транзиторное

почти двукратное повышение скорости

роста листа, после которого она

возвращалась до исходной (рис. 3.2А).

Рис. 3.3. Содержание воды в растущей части Известно, ЧТО рост растяжением связан побега иитактных растений пшеницы

(контроль) и растений с редуцированным С обеспеченностью растения водой: он корнем (опыт); * - достоверные различия

между вариантами (t-test, Р<0,01)

зависит от поглощения воды клетками

(Munns et al., 2000; Parent et al., 2009; Tardie et al., 2010). Следовательно, торможение роста листа указывает на то, что в случае поступления питательного раствора в побег по единственному оставшемуся корню у растения быстро развивается дефицит воды.

Измерение содержания воды подтвердило небольшое транзиторное снижение ее уровня в зоне роста листа в случае поступления воды лишь через один оставшийся корень (рис. 3.3). В том же случае, когда вода могла поступать через срезы корней, дефицита воды Д(-) не было обнаружено. Далее растения первого варианта (рис. 3.2Б) будут обозначены как Д(+), а второго (рис. 3.2А) -

ДО-

Оба способа удаления четырех корней из пяти у растений пшеницы приводили к активации роста корневой системы за счет увеличения числа боковых корней и примордиев боковых корней на оставшемся главном корне растений (табл, 3.1).

О Контроль @ Опыт

0 10 30 60 90 120 180 Время, мин

Таблица 3.1. Длина главного корня, число боковых корней (БК), примордиев боковых корней (ПБК) через 1,5 суток, содержание НУК в корне, скорость вытекания ПУК из побега в раствор с ЭДТА через 3 ч после редукции корневой системы у интактных растений (контроль), Д(-) и Д(+) - растений (п=50 для БК и ПБК и в=12 для ИУК)

Варианты

Длина главного корня, см

Число БК на корень

Число ПБК на корень

Содержание ИУК, нг/г сырой массы

Скорость диффузии ИУК, пг/растепие/ч

Контроль

Д(-)-растешш

Д(+)-растения

18,4±1,3 18,2±1,1 18,9Ю,7

5,0±1Д 8,0±2,1 12,9±1,9

21,8±1,8 28,0±2,3 32,0±1,9

122±16 214±23 342±34

130±9 230±12 320±17

По данным литературы известно, что с момента начала первых делений клеток перицикла на стадии формирования примордия и до его выхода на поверхность материнского корня проходит 36-57 часов (Van Staden, Harty, 1988; Площинская и др., 2002). Появление через 1,5 суток большего числа боковых корней на главном корне опытного растения по сравнению с контролем говорит в пользу активации роста уже сформированных примордиев. Поэтому можно говорить о том, что мы наблюдали активацию роста уже сформированных примордиев, которая сопровождалась активной закладкой новых.

Стимуляция роста боковых корней на главном единственном корне, оставшемся после удаления остальных, является естественной компенсаторной реакцией растений пшеницы на потерю части корневой системы (Jackson, 1993). При этом степень активации роста как боковых корней, так и закладки примордиев была выше у Д(+) - растений по сравнению с Д(-) - растениями).

Поскольку роль ауксинов в закладке и формировании боковых корней активно обсуждается (Blakely et al., 1992; Reed et al., 1998; Fukaki, Tasaka, 2009; Kiba et al., 2011), было изучено влияние данного воздействия на содержание ИУК в корнях растений. В наших экспериментах мы обнаружили значительное и быстрое повышение содержания ауксинов в главном корне, оставшемся после удаления четырех из пяти корней (табл. 3.1). Содержание ауксинов было выше в корнях Д(+) - растений, т.е. именно в тех корнях, где появилось больше боковых корней и сформировалось больше примордиев боковых корней (таб. 3.1).

Более высокие концентрации ауксина необходимы для формирования меристемы корня и для инициации деления компетентных клеток перицикла, из которых формируется примордий (БаЬайш е1 а1., 1999; Саввой, 1дпсЬеу 2003). Иммунное окрашивание срезов зоны образования боковых корней с помощью антител к ИУК показало повышенный уровень содержания ауксинов в клетках примордиев (рис. З.4.).

Рис. 3.4. Иммуногистохимическое окрашивание примордиев боковых корней с помощью антител к ИУК (А). Б - окрашивание с использованием неиммунной сыворотки. 1 - примордии боковых корней. 2 - клетки коры

Наши результаты соответствуют данным литературы о том, что именно в эти клетки может направляться поток ауксинов с помощью переносчиков (Benkova et al., 2003). Однако вопрос о роли ауксинов, поступающих из побега, в регуляции роста боковых корней остается спорным, поскольку есть данные о том, что ауксины могут синтезироваться в кончике корня (Bhalerao et al., 2002; Иванов, 2011) и в самом формирующемся боковом корне (Laskowski et al, 1995). Вместе с тем есть данные о том, что ингибирование транспорта ауксинов из побега подавляет образование корней (Malamy, Ryan, 2001). В наших экспериментах удаление большей части корней приводило к тому, что первоначально весь поток гормона мог направляться в оставшийся корень. Поэтому само удаление четырех корней из пяти могло быть причиной пассивного концентрирования ИУК в оставшемся корне. Вместе с тем, оценка транспорта ауксинов по количеству гормона, диффундирующего из срезанного побега в раствор, показала, что удаление части корней активировало поток ИУК из побега в корень, и эта активация в большей степени была выражена у

растений с большим числом появившихся боковых корней и примордиев (табл. 3.1). Это указывает на то, что одной из причин увеличения содержания ауксинов в единственном оставшемся корне, могло быть увеличение оттока гормона из побега.

Таким образом, наши данные подтверждают положение о том, что формирование бокового корня из зрелого примордия связано с потоком ауксина из побега. Роль гидравлического сигнала (временное снижение содержания воды в растущей части побега) заключается в повышении притока и накопления ауксинов и стимуляции ветвления корней.

Компенсаторную стимуляцию ветвления корней под влиянием редукции корневой системы, направленную на восстановление поглощающей поверхности корня, наблюдали более чем через сутки после начала воздействия.

Важно было выяснить, как растения справлялись с поглощением воды в более ранние сроки. В этой связи большой интерес вызывают результаты экспериментов, в шторых мы наблюдали более яркую ростовую реакцию за счет временного снижения содержания воды в побеге в ответ на редукцию корня. Поэтому далее в автореферате будут представлены результаты исследований только на одной модели (Д(+) - растения) - растениях с одним корнем, через который поступал весь поток воды.

Вслед за временным возрастанием дефицита воды в зоне роста листа содержание воды восстанавливалось до уровня контроля. Поэтому нам следовало выяснить, каким образом растения после потери практически 75% поглощающей поверхности корневой системы могли обеспечивать водный баланс. Известно, что при снижении способности корней поглощать воду водный баланс может поддерживаться за счет закрытия устьиц (Метгег, 2002; СосИагё е1 а1., 2002; Агоса ег а1., 2003). Однако, вопреки ожиданиям, ни скорость транспирации (рис. 3.5), ни устьичная проводимость (данные приведены в диссертации) существенно не снижались даже при высоких уровнях освещенности, обуславливающих транспирационный запрос, а при более высокой влажности воздуха оставались выше исходного уровня, по меньшей мере, в течение нескольких часов после воздействия. Можно предполагать, что

в первые минуты после удаления корней проявляется влияние гидропассивных эффектов, индикатором которых является быстрое первоначальное снижение скорости удлинения листа (рис. 3.2). Но маловероятно, что подобный эффект может объяснить поддержание растением устьиц в открытом состоянии продолжительное время (несколько часов). Мы попытались проанализировать механизмы, предотвращающие закрытие устьиц у растений с редуцированной корневой системой.

-50 П

— ^

? 5 150

~ Л

ОНнштныс

вУлгиашв корней

20 40 60 80. 100 да 140 о 20 40 60 §0 100 120 140

'Время, ыйй Время, мин

Рис. 3.5. Влияние удаления четырех корней из пяти (момент удаления показан стрелкой) на транспирациго семидневных растений пшеницы при освещенности 50-100 мкмоль/м2 с (А) и 400-500 мкмоль/мг с (Б) ФАР и разной влажности воздуха (ОСВ), п=10 (А) и 30 (Б)

В течение первых трех часов после удаления корней мы наблюдали повышение содержания цитокининов в тканях побега (рис. 3.6).

Содержание АБК в побеге и ксилемном соке при этом не возрастало (данные приведены в диссертации). Поскольку известно, что цитокинины способны поддерживать устьица в открытом состоянии (ОалаеБ ег а!., 2005; Юос1с1, 2005), их высокая концентрация в побеге растений с частично удаленными корнями могла предотвращать закрытие устьиц. Этому

Время поете уааягния корней, ч

Рис. 3.6. Динамика концентрации производных зеатииа (Х+2Ж+Х1$) в побегах интактных семидневных растений пшеницы и растений с удаленными четырьмя корнями из пяти, п=9

также могло способствовать отсутствие накопления АБК.

Представляло интерес выяснить, каким образом в побегах растений с удаленными корнями поддерживался высокий уровень цитокининов. Удаление большей части корней уже через час привело к пятикратному снижению концентрации цитокининов в пасоке (133±12 и 29±6 нг/г в контроле и опыте соответственно), что хорошо согласуется с признанием корня в качестве основного продуцента цитокининов (Кулаева, 1962; Непвоп, \Vareing, 1984; А1ош еТ а1., 2005). Расчет скорости доставки цитокининов из корней в побег также показал ее снижение (данные в диссертации). Восстановление и концентрации, и скорости доставки цитокининов до уровня интактных растений наблюдали через сутки, что можно объяснить появлением к этому времени большого количества боковых корней и их примордиев, где синтезируются цитокинины (Мтуа\уа1а е1 а1., 2004). Вместе с тем, трудно было объяснить, каков источник быстрого накопления ЦК в побеге растений, у которых доставка гормона снижалась в 5 раз. В предыдущем разделе мы показали, что активность цитокининоксидазы может зависеть от многих факторов, в том числе и концентрации самих цитокининов. Если их избыточное поступление из корней и накопление в тканях побега трансгенных растений

табака активировало разрушающий их

фермент, то резкое снижение доставки цитокининов могло привести к снижению активности ЦКО. Это предположение подтвердили полученные нами

данные о снижении в побеге уровня как экспрессии гена

(рис. 3.7), так и активности ЦКО по сравнению с интактными растениями через 30 мин после удаления части корней (табл. 3.2).

150 г

Рис. 3.7. Относительный уровень ЦКО

транскриптов в побеге растений пшеницы через 30 мин после удаления части корней. ОТ-ПЦР метод. Выравнивание количества РНК в образцах, взятых в реакцию, проводили путем сравнения в них экспрессии гена /?-тубулина. 1 - интактные растения, 2- растения с удаленными четырьмя из пяти корнями

Таблица 3.2. Активность in vitro ферментов, катализирующих деградацию цитокининов, выделенных из побегов интактных (контроль) и с одним главным корнем, оставшимся после удалении четырех первичных корней у семидневных растений пшеницы, и=5

Время после Активность фермента,

удаления пмоль ИПА/мг белка/ч

корней, мин Контроль Удаление корней

30 852±41 607±29

60 600±23 524±25

Очевидно, что это важный механизм (Horgan, 1992; Zazimalova et al.,

1999), но, вероятно, не единственный, который мог бы способствовать накоплению цитокининов в побеге. В работе Ю.Штратниковой и О.Кулаевой (2008) было сформулировано предположение, что поступающие из корней цитокинины могут ингибировать экспрессию генов изопентенилтрансфераз в побеге. Это позволяет объяснить высокое содержание цитокининов в побеге растений с редуцированной корневой системой уменьшением автоингибирования синтеза цитокининов в побегах при снижении их притока из корней.

Таким образом, высокий уровень цитокининов в листьях растений мог поддерживать устьица открытыми. Но сам по себе этот механизм не мог обеспечить сохранение высокого уровня оводненности растений, потерявших большую часть корней. Единственным объяснением наблюдаемому эффекту могло быть то, что оставшийся единственный корень каким-то образом был способен проводить необходимое для побега количество воды. Измерение общей гидравлической проводимости показало, что она быстро повышается (в течение пяти мин) после удаления четырех корней из пяти на фоне градиента гидростатического давления (табл. 3.3).

Таблица 3.3. Влияние удаления четырех корней из пяти на общую и осмотическую гидравлическую проводимость оставшегося корня семидневных растений пшеницы. В таблице представлены средние значения и ошибки средних, * - достоверное различие между показателями интактного растения и растения с одним оставшимся корнем, I-

Время после удаления Общая гидравлическая Осмотическая

корней, мин проводимость, гидравлическая

мг/(г-ч-МПа) проводимость, мг/(гч-МПа)

0 626±125 387±124

5 5418±1137* 267±125

90 14080±3238* 1785±446*

Поскольку при этом осмотическая проводимость, зависящая от проницаемости

мембран (Жесткова и др., 2009), не менялась, повышение способности

единственного корня проводить воду могло осуществляться за счет увеличения потока по апопластному пути. Хотя это явление еще во многом остается загадочным, мы предполагаем, что оно могло быть связано с разбавлением апопластного раствора (данные приводятся в диссертации) и изменением его рН, которое было 6,9 и 7,3 у интактных и с редуцированным корнем растений соответственно. По данным Н.Мейчик и И.Ермакова, возрастание рН и разбавление раствора приводит к увеличению объема фракции клеточных стенок (Meychik, Yermakov, 1999). In vivo набухание клеточной стенки должно увеличить объем апопласта, что может привести к возрастанию способности тканей проводить воду при радиальном транспорте (от поверхности корня к сосудам), который характеризуется наибольшим сопротивлением в корне (Ионенко, Анисимов, 2008; Peterson et al., 1993).

Измерения, проведенные через 1,5 часа после удаления корней, дали совершенно иной результат. В конце эксперимента гидравлическая проводимость оставшегося корня в отсутствие гидростатического градиента была выше, чем у интактного растения (табл. 3.3), что свидетельствует о

возрастании проницаемости клеточных мембран для воды (вероятно, благодаря повышению активности аквапоринов).

Важно было оценить уровень АБК в корнях, поскольку известна способность этого гормона повышать гидравлическую проводимость (Maurel et al, 2008; Parent et al, 2009). Мы обнаружили накопление АБК в тканях корня (рис. 3.8).

Наиболее простое объяснение этому может состоять в том, что транспортируемый из побега гормон после воздействия поступает в корень, уменьшенный по объему примерно в 4 раза. Однако измерение количества гормона, диффундирующего из срезанного

Время поеме удаленна корн«!, ч Рис. 3.8. Динамика концентрации АБК в корнях интактных семидневных растений пшеницы и растений с удаленными четырьмя корнями из пяти, п=9

побега, показало, что поток АБК из побега возрастал в четыре раза (78±34 у интактных и 308±45 пг/растение в час у растений с одним корнем). Все это свидетельствует в пользу того, что накопление АБК в корнях было не просто следствием уменьшения корневой системы, а результатом активных процессов, регулирующих опок АБК из побега в корень

Ранее было показано, что АБК влияет на уровень экспрессии и активность водных каналов путем их фосфорилирования и повышения экспрессии генов аквапоринов (Johansson et al., 1998; Schaffner, 1998; Tardieu et al., 2010), поэтому логично было предположить, что в наших экспериментах накопление ее в корне могло иметь важное физиологическое значение для растения - повлиять на активность аквапоринов и увеличить гидравлическую проводимость корня.

В опытах с удалением корней также прослеживается роль трофических сигналов. Уже через 20 мин после удаления корней (период максимальной активации скорости транспирации) в оставшемся корне повышалась концентрация содержащихся в питательном растворе ионов (данные приведены в диссертации). Известно, что нитраты выполняют сигнальную функцию (Forde, Clarkson, 1999; Crawford, 1995; Kiba et al., 2011). В наших экспериментах показано, что уже через 20 мин концентрация нитрат-ионов в оставшемся корне увеличилась на 12% по сравнению с интактным растением, через 60 мин - на 21%, а через 120 мин - на 25%. Предполагается, что цитокинины могут участвовать в нитратном сигналинге. Были получены доказательства того, что один из генов семейства изопентенилтрансфераз (АМРТЗ) индуцируется нитрат-ионом (Miyawaki et al., 2004). Эти факты позволяют нам предположить, что нитрат-ионы, которые накапливались в оставшемся корне, могли стимулировать накопление в нем цитокининов. Еще больший интерес вызывает влияние нитратов на рост гарней (Drew, Saker, 1975; Forde, 2002). В отдельных работах показано, что механизмы регуляции роста корней локальным нитратом связаны с регуляцией содержания в них ауксинов (Guo et al., 2005; Walch-Liu et al., 2006; Иванов, 2009).

Таким образом, удаление части корней вызвало сложную ответную реакцию, контролируемую сочетанием трофических, гидравлических и гормональных сигналов, направленную на поддержание способности растений

поглощать воду. Эти эксперименты показывают, что даже при значительной

редукции корневой системы главный корень молодых растений пшеницы

способен проводить необходимое количество воды для поддержания водного

баланса при транспирационных затратах на уровне и даже несколько выше

интактных растений.

4. Роль трофических, гидравлических и гормональных сигналов в регуляции ответа растений пшеницы на дефицит минерального пнтания

Известно, что дефицит воды и элементов минерального питания сопровождается ингибированием роста побега и относительной активацией роста корней, что повышает их поглотительную способность (Kuiper et al., 1988; Green et al., 1994; Frensch, 1997; Рахманкулова и др., 2001; Laffite et al., 2007; Bogeat-Triboulot et al., 2007). Предполагается, что эта ростовая реакция связана с накоплением АБК и снижением содержания цитокининов (Chapín, 1990; Sharp, LeNoble, 2002; Werner, 2010). Эта точка зрения основана на том, что цитокинины необходимы для роста побега, но в высокой концентрации тормозят рост корней (Сагу et al., 1995; Werner, 2001), в то время как АБК в большей степени подавляет рост побега, чем корней, и может даже поддерживать их рост в стрессовых условиях (Yamaguchi, Sharp, 2010). Использование трансгенных растений с пониженным содержанием цитокининов (Werner et al., 2010) и дефицитных по АБК мутантных растений (Sharp, LeNoble, 2002) подтвердило участие этих гормонов в ростовой реакции растений на дефицит воды. Однако дефициту ионов уделялось меньше внимания. Поэтому мы включили в наши задачи, наряду с анализом динамики показателей роста и транспорта ионов, дать оценку содержания гормонов при дефиците элементов минерального питания в питательном растворе.

В предварительных экспериментах нами была подобрана концентрация питательного раствора (10%-ный раствор Хогланда-Арнона), которая обеспечивала максимальное накопление сырой массы 7-дневных проростков пшеницы (Кудоярова и др., 1993). Сходство в ростовой реакции растений на дефицит ионов и воды указывает на возможную роль в ней гидравлических сигналов. Эту гипотезу подтверждали ряд опытов, где было показано снижение устьичной проводимости при дефиците ионов, предположительно, в результате

снижения гидравлической проводимости (Carvajal et al., 1996; Wilkinson et al., 2007). Поэтому особое внимание в этих опытах мы уделяли влиянию дефицита элементов минерального питания на показатели водного обмена.

Пониженное содержание ионов в питательном растворе приводило к достоверному ингибированию накопления сырой массы побега, которое проявлялось к концу вторых суток (1% Х-А - 202 мг, 10% Х-А - 225 мг), в то время как масса корня оставалась на уровне контрольных растений (1% Х-А -131, 10% Х-А - 132 мг, табл. 4.4). Снижение скорости роста побега, в то время как рост корня поддерживался на уровне контроля, приводило к снижению соотношения массы побег/корень.

Таблица 4.1. Транспирация и устьичная проводимость через двое суток после

Питательный раствор Транспирация, моль M'V Устьичная проводимость, ммоль m"V

10% Х-А 2,5±1,0 86±4

1 % Х-А 2,3 ±1,0 95±5

В наших экспериментах разбавление питательного раствора не снижало устьичную проводимость и транспирацию, по меньшей мере, в течение первых двух суток наблюдения (табл. 4.1). ОСВ в листьях также держалось на уровне контроля (данные в диссертации). Осмотический поток воды через мембраны (V) снижался при дефиците питания за счет падения осмотического давления ксилемного сока (лх) (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Осмотическое давление питательной среды (я„), ксилемного сока (ях), скорость потока ксилемного сока (V) и осмотическая гидравлическая проводимость корня (Ц) растений пшеницы через 2 суток после разбавления питательного раствора

t, ч раствор Х-А, % Ях.МПа 3t0, МПа V, г/ч растение г/ч/МП а/растсцие

24 10 0,090±0,003 0,030 ±0,002 0,013 ± 0,002 0,215±0,013

1 0,030±0,002 0,010 ±0,001 0,006 ± 0,002 0,320±0,015

48 10 0,110±0,002 0,030 ±0,002 0,010 ±0,002 0,120±0,011

1 0,070±0,003 0,010 ±0,001 0,005 ± 0,002 0,075±0,09

При этом проницаемость мембран для воды уменьшалась лишь на вторые сутки, что могло быть следствием выращивания растений в гидропонической культуре. Снижение гидравлической проводимости (Ьр) (табл. 4.2) сопровождалось уменьшением оводненности зоны роста листа (88,9±0,3% и 86,8±0,4% содержание НгО в контроле и опыте соответственно, п=9) и могао

способствовать торможению его удлинения. Однако эти изменения происходили недостаточно быстро для того, чтобы быть причиной обнаруженного в наших опытах опережающего снижения скорости роста побега (табл. 4.4). Хотя данное воздействие не вызывало закрытия устьиц и уменьшения оводненности дифференцированной части листа, оно приводило к снижению уровня ассимиляции углекислого газа (рис. 4.1).

По данным литературы, уменьшение концентрации азота в питательной среде могло повлиять на активность ферментов фотосинтеза, поскольку азот входит в состав и белков, и пигментов фотосинтезирующего аппарата (Paul, Driscol), 1997; Reich et al., 1995; Niinemets, Tenhunen, 1997; Reich et al., 1997; Garnier et al., 1999; Forde, 2002). Измерения показали, что уже через 3,5 ч концентрация нитрат-ионов была в два раза ниже у растений, которые росли на разбавленном питательном растворе (табл. 4.3).

Таблица 4.3 Концентрация нитрат- сульфат- и хлорид-ионов (мМ) в ксилемном экссудате растений пшеницы при разбавлении питательною раствора Х-А с 10 до 1% (дефицит питания) (п=9)______,___

Время, ч 3,5 24

Ионы NO-i SO/ С1 N03 SO4 С1

10% Х-А 6,&±0,3 1Д±0Д 0,8±0Д 7,3±0,3 1,2±0,2 0,8±0,1

1% Х-А 3,2±0,3 1,0±0,2 0,7±0,1 1,б±0,2 0,7±0,1 0,5±0,1

Однако достоверного снижения уровня азота в растущей части листа не было выявлено, очевидно, за счет его больших запасов в листе (контроль -8,0±0,2 и дефицит - 7,6±0,2% от сухой массы, п=5). В наших экспериментах отсутствие прямой зависимости снижения скорости фотосинтеза (рис. 4.1) и накопления массы растений (табл. 4.4) от содержания воды или азота в листе, которые достоверно не изменялись, указывает на возможную роль гормонов в регуляции этих процессов при дефиците ионов.

В 1% Х-А

24 ч 48 ч

Рис. 4.1. Скорость ассимиляции углекислого газа растений пшеницы через 1 и 2 суток после разбавления питательного раствора Хогланда-Арнона с 10 до 1% (п = 20)

Мы не обнаружили накопления АБК в корнях, а в ксилемном экссудате при дефиците ионов возрастала только концентрация связанной формы АБК (в контроле 64±8 нМ, а у растений, росших на разбавленном растворе, - 136±8 нМ). При этом в побеге содержание свободного гормона повышалось в несколько раз уже через сутки (табл. 4.6). Таким образом, поведение устьиц связано с концентрацией свободной АБК в апопласте, а не с ее общим содержанием в листе, что соответствует некоторым сведениям (Zhang, Davies, 1989; Dodd, 2005; Jiang, Härtung, 2008).

Судя по данным литературы о влиянии АБК непосредственно на фотосинтез (Rook et al., 2006), накопление хлоропластных белков (Kusnetsov et al., 1994) и экспрессию кодирующих их генов (Zubo et al., 2008), повышение уровня АБК в побеге растений пшеницы могло быть причиной обнаруженного нами снижения уровня фотосинтеза, не зависящего от устьичной проводимости. Кроме того, предполагается участие АБК в регуляции распределения фотоассимилятов между побегом и корнем (Киселева, Каминская, 2002; Yang et al., 2002). Добавление в разбавленную питательную среду ингибитора синтеза АБК флуридона приводило к восстановлению соотношения масс побег/корень до уровня растений с оптимальной питательной среды (табл. 4.4), что подтверждает необходимость этого гормона для относительной активации роста корней при дефиците питания.

Таблица 4.4. Сырая масса побегов и корней, их соотношение у растепий пшеницы через два дня после разбавления питательного раствора с 10%-го до 1%-го Х-А и добавления флуридона в 1%-ный раствор Х-А.*- статистически достоверно отличающиеся от

Обработка 10% Х-А 1%Х-А 1% Х-А + флуридон

Масса побега, мг 225±5 202±6* 193±7*

Масса корня, мг 132±5 131±6 111±4

Побег/корень 1,7 1,5* 1,7

Многие воспринимают АБК только как ингибитор роста, но данные на этот счет неоднозначны. Так, предполагают, что этот гормон поддерживает рост корней при дефиците воды путем подавления продукции этилена (Sharp, LeNoble, 2002). Хотя мы не обнаружили общего накопления АБК в корнях растений при дефиците минерального питания, возрастал ее приток из побега (от 260±29 до 440±35 пг/(растение.ч), п=9) и содержание АБК в растущем

кончике корня длиной 3-4 мм (26±3 и 40±4 нг/г сырой массы в контроле и опыте соответственно, п=9). Эти результаты подтверждают значение АБК в поддержании роста корней при дефиците ионов. Что же могло послужить сигналом для накопления АБК в побеге и ее ретранслокации по флоэме из побега в корень? Свой вклад могло вносить повышение притока из корней связанной формы АБК, из которой гормон высвобождается в результате гидролиза. Также известно, что накопление АБК может происходить при падении тургора клеток (Zeevaart, Creelman, 19S8; Pierce, Raschke, 1980; Verslues, Bray, 2006). Расчет этого показателя (формула для расчета приводится в диссертации) в наших экспериментах показал снижение тургора клеток листа за счет уменьшения уровня осмотиков (табл. 4.5).

Таблица 4.5. Показатели водных отношений (МПа) листьев и корней растений пшеницы, которые постоянно росли на 10% растворе Х-А и через сутки после переноса на 1% Х-А. Отбор проб осуществлялся одновременно. п=5, *- статистически достоверно отличающиеся от контроля (10% Х-А) значения (t-тест, р<0,05)_

Концентрация Водный Осмотический xvcrop листа Осмотический

_Х-А_потенциал листа потенциал листа yv р_потенциал корня

10% Х-А -0,65*0,04 -1,24*0,06 0,59*0,03 -0,46*0,03 1% Х-А_-0,61*0,05_-1,05*0,05_0,44*0,03*_-0,42*0,04

Таким образом, сигнал, осуществивший запуск накопления АБК при дефиците ионов, мог генерироваться в побеге как следствие дефицита ионов и фотоассимилятов (трофический сигналинг).

При разбавлении раствора мы не обнаружили существенного изменения концентрации цитокининов в ксилемном экссудате (табл. 4.6). Приток цитокининов из корней также оставался неизменным, т.к. не изменялась транспирация при данном воздействии. Эти результаты согласуются с данными экспериментов, которые показывают отсутствие корреляции между доставкой цитокининов из корней и ростовым ответом растений при дефиците азота (Dodd et al., 2006). Несмотря на неизменный уровень доставки цитокининов, их концентрация в побегах и корнях уменьшалась примерно вдвое (табл. 4.6).

Таблица 4.6. Содержание гормонов (нг/г сырой массы) в побегах и корнях, а также в ксилемном соке (нг/г ксилемного экссудата) растений пшеницы на 10%-ном растворе Х-А и через день после переноса на 10%-ный раствор Х-А, содержащий АБК (конечная концентрация 3 мг/л), 1%-ный раствор Х-А и 1%-ный раствор Х-А с флуридоном (конечная концентрация 5 мг/л). Достоверно отличающиеся значения обозначены разнымн буквами, (-тест, Р>0,95___

ЦК (Z+ZR+ZN) АБК

Обработка Побег Корень Ксилемный экссудат Побег Корень Ксилемный экссудат

10 % Х-А 86±8а 39±5а 52±5а 20±4а 14±2" 88±9Ь

10 % Х-А+АБК 60±8Ь 26±3Ь 48±33 62±8Ь 47±9С 130±8С

1 % Х-А 55±7Ъ 19±4Ь 50±6а 51±7Ь 11±1аЬ lOOill"

1 % Х-А +флуридон 74±8аЬ 30±4аЪ 54±43 30±6а 8±1а 59±6а

Как и в случае PRD-растеиий, дефицит питания мог привести к изменению метаболизма цитокининов в самом побеге. Особый интерес представляет изучение цитокининоксидазы. Ее активность увеличивалась в побегах при различных внешних стрессовых воздействиях (например, при охлаждении корней, Veselova et al., 2005). В наших экспериментах активность этого фермента также возрастала, что могло быть причиной снижения содержания цитокининов (190±23 и 430±49 нг ИПА/ч/мг белка в контроле и при разбавлении питательного раствора, t-тест, Р>0,95).

Одновременное накопление АБК и снижение уровня цитокининов, которое было обнаружено в наших опытах, является характерной особенностью стрессовой реакции растений (Dodd, 2005; Davies et al., 2005). Была сформулирована гипотеза о существовании между этими эффектами причинно-следственной связи. Так, было показано повышение экспрессии гена ЦКО как под влиянием АБК, так и засухи (Brugiere et al., 2003). На этом основании предполагалось, что именно накопление АБК при засухе может активировать цитокининоксидазу. Однако эта гипотеза не была проверена экспериментально. Поэтому в нашу задачу входило определение уровня активности ЦКО у растений, обработанных АБК и ингибитором ее синтеза. Флуридон действительно способствовал предотвращению накопления АБК (табл. 4.6), повышению уровня активности ЦКО (рис. 4.2), а также - повышению уровня цитокининов в растении при дефиците минерального питания (табл. 4.6).

Ю 400 -

га 500

100

10% Х-А 1%Х-А 10% Х-А 1%Х-А +АБК тфлурндон

Рис. 4.2. Активность цитокининоксидазы в побегах растений пшеницы на 10%-ном Х-А и через 1 сутки после переноса на 10%-ный Х-А, содержащий АБК (конечная концентрация 3 мг/л); 1%-ный Х-А и 1%-ный Х-А, содержащий флуридон (конечная концентрация 5 мг/л). Достоверно отличающиеся значения обозначены разными буквами, (-т ест, Р>0,05

Добавление АБК в 10%-ный питательный раствор Х-А приводило к активации цитокининоксидазы так же, как и десятикратное разбавление самого питательного раствора (рис. 4.2), что совпадало со снижением содержания цитокининов в побегах (табл. 4.6).

Опыты с флуридоном подтвердили, что абсцизовая кислота, накапливающаяся в побеге при разбавлении 10%-го питательного раствора Х-А до 1%-го, может индуцировать разрушение цитокининов через активацию цитокининоксидазы. Они также подтвердили значимость изменений как содержания АБК, так и цитокининов в регуляции соотношения побега и корня при дефиците питания. Заключение

Проделанная работа выявила сложную картину разнообразных сочетаний сигналов и соответствующих ответных реакций при воздействии на корни. Очевидно, это разнообразие отражает пластичность растительного организма и обеспечивает адекватное приспособление к изменяющимся условиям внешней среды. В работе было показано, что взаимосвязанное сочетание, как минимум, сигналинга АБК, ИУК и цитокининов обеспечивает такой важный для адаптации процесс, как координация роста побега и корня. При воздействиях на корень изменение уровня гормонов в побегах является результатом как изменения их притока из корней (корневой гормональный сигнал), так и изменения метаболизма in situ, которое инициируется поступающими из корней

сигналами. Так, снижение притока ионов из корней при дефиците питания приводит к снижению тургора клеток и тем самьм индуцирует синтез АБК в побеге, которая, в свою очередь, снижает уровень цитокининов через активацию ЦКО. Резкое снижение концентрации ЦК в ксилемном соке при удалении корней приводит к падению активности и снижению уровня экспрессии гена ЦКО. Результирующее разнообразие гормональных ответов на корневые воздействия обеспечивает разнообразие таких ответных реакций, как (1) открытие устьиц за счет повышения притока цитокининов из корней при локальной индукции их синтеза в корнях и их последующее компенсаторное закрытие в результате падения водного потенциала и накопления АБК в самом листе; (2) закрытие устьиц при локальном подсыхании почвы под влиянием увеличения концентрации АБК в ксилемном соке и снижения уровня цитокининов; (3) поддержание устьиц в открытом состоянии при дефиците элементом минерального питания и редукции корневой системы благодаря отсутствию накопления АБК в ксилемном соке и сохранению высокого уровня цитокининов при редукции корневой системы. Передача сигналов из корня в побег и обратно в корень обеспечивает согласованность изменений устьичной и гидравлической проводимости. Выявлена поразительная пластичность корневой системы растений пшеницы. Так, поток АБК из побега повышает гидравлическую проводимость, что обеспечивает достаточный приток воды из редуцированной корневой системы и поддерживает водный баланс без закрытия устьиц. При этом поток ауксинов из побега обеспечивает компенсаторное увеличение поглотительной способности корней за счет активации их ветвления. Роль гидравлических сигналов при этом проявляется в активации потока ауксинов и АБК в корни.

Таким образом, сочетание и взаимодействие гормональных, гидравлических и трофических сигналов, передаваемых из корня в побег и обратно в корень, запускает множество реакций, обеспечивающих координацию процессов на уровне целого организма, разнообразие ответов на внешние воздействия и адекватное к ним приспособление.

Выводы

1. Снижение концентрации цитокининов в листе при локальном подсыхании почвы происходит за счет уменьшения их притока из корней и метаболических превращений этих гормонов в побеге. Сигналом, вызывающим изменение метаболизма цитокининов в побеге, может служить как увеличение уровня АБК в ксилемном соке, так и снижение водного потенциала.

2. С использованием /рГ-трансгенных растений табака получены экспериментальные доказательства системной роли продуцируемых в корнях цитокининов в регуляции водного обмена растений. Так, локальная экспрессия гена изопентенилтрансферазы в корнях приводит к увеличению концентрации цитокининов не только в корнях, но и ксилемном соке, и листьях растений, что сопровождается увеличением устьичной проводимости и усилением транспирации.

3. Повышение содержания цитокининов в листьях трансгенных растений табака и связанное с ним увеличение транспирационных потерь приводит к падению относительного содержания воды (гидравлический сигнал) и накоплению АБК. Увеличение уровня АБК под влиянием гидравлического сигнала в свою очередь приводит к компенсаторному падению устьичной проводимости. Важную роль в регуляции закрытия устьиц и восстановлении оводненности листьев играет также понижение концентрации цитокининов в листьях вследствие активации цитокининоксидазы.

(а) возрастание гидравлической проводимости единственного оставшегося корня обусловлено накоплением АБК за счет ее притока из побега;

(б) поддержание устьичной проводимости листьев растений с редуцированной корневой системой на уровне интакгных растений связано с поддержанием высокого содержания цитокининов в листьях вследствие снижения уровня транскриптов гена цотокининоксидазы и активности этого фермента;

(в) активация ветвления оставшегося корня обусловлена резким возрастанием притока в него ауксинов. О важной роли ауксинов в регуляции этого процесса свидетельствуют данные об их локализации в примордиях боковых корней. Роль гидравлических сигналов (временное снижение содержания воды в зоне роста листа) проявляется в подавлении роста побега, дополнительном усилении притока ауксинов в корень и, соответственно, стимуляции его ветвления.

5. При дефиците минерального питания выявлен приоритет гормональных сигналов в регуляции соотношения масс корень/побег у растений пшеницы: снижение уровня цитокининов в корнях и побегах, накопление АБК в побеге, увеличение концентрации конъюгированной АБК в ксилемном соке и притока ее свободной формы в корень.

6. В условиях дефицита минерального питания выявлена роль трофических сигналов, проявляющаяся в снижении концентрации осмотически активных веществ, что приводит к снижению тургора клеток, накоплению АБК в листе и усилению ее транспорта из побега в зону роста корней.

7. С использованием ингибиторного анализа обнаружено, что повышение соотношения масс корень/побег и снижение содержания цитокининов в растениях пшеницы за счет активации цитокининоксидазы при дефиците минерального питания связано с накоплением АБК.

Список работ по теме диссертации

Статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Высоцкая Л.Б., Веселое С.Ю., Кудоярова Г.Р. Ауксин-ипдуцированное накопление АБК и щггокшпшов в проростках пшеницы // Агрохимия. - 1998. - № 2. - С. 71-74.

2. Vysotskaya L.B., Timergalina L.N., Simonyan M.V., Veselov S.Yu., Kudoyarova GR. Growth rate, LAA and cytokinin content of wheat seedlings after root pruning // Plant Growth Regulation. -2001. - V.33. - № 1. - P. 51-57.

3. Черкозьянова A.B., Высоцкая Л.Б., Кудоярова Г.Р. Влияние минерального питания на скорость роста и водный обмен молодых растений пшеницы // Агрохимия. - 2003. - № 7. -С.14-17.

4. Vysotskaya L.B., Arkhipova T.N., Timergalina L.N., Kudoyarova GR. Effect of partial root excision on shoot water relations, IAA content and leaf extension in wheat seedlings // J. Plant Physiol. - 2003. -V. 160. - P. 1011-1015.

5. Vysotskaya L.B., Kudoyarova GR., Veselov S„ Jones H.G. Unusual stomatal behaviour on partial root excision in wheat seedlings // Plant Cell Environment. - 2004. - V. 27. - P. 69-77.

6. Vysotskaya L.B., Arkhipova T.N., Timergalina L.N., Dedov A.V., Veselov S.U., Kudoyarova G.R. Effect of partial root excision on transpiration, root hydraulic conductance and leaf growth in wheat seedlings // Plant Physiology and Biochemistry. - 2004. - V. 42. - P. 251-255.

7. Черкозьянова A.B., Высоцкая Л.Б., Веселов С.Ю., Кудоярова Г.Р. Гормональная регуляция соотношения массы побег/корень не связана с водным обменом при дефиците минерального питания у растений пшеницы // Физиология растений. - 2005. - №5. - С. 708-714.

8. Высоцкая Л.Б. Механизмы координации ростового ответа проростков пшеницы при нарушении соотношения побег/корень // Физиология растений. - 2005. - № 5. - С. 763768.

9. Высоцкая Л.Б., Тимергалина Л.Н., Веселов С.Ю., Кудоярова Р.Г. Влияние азотсодержащих солей на содержание цитокининов в изолированных листьях пшеницы // Физиология растений. - 2007. - № 2. - С. 217-222.

Ю.Высоцкая Л.Б., Черкозьянова А.В., Веселов С.Ю., Кудоярова Р.Г. Роль ауксинов и щггокшпшов в формировании боковых корней у растений пшеницы с частично удаленными первичными корнями // Физиология растений. - 2007. - № 3. - С. 455-460.

11. Высоцкая Л.Б., Веселов С.Ю., Веселов Д.С., Филиппенко В.Н., Иванов Е.А., Иванов И.И., Кудоярова Г.Р. Иммуногистохимическая локализация и количественное определение ИУК при исследованиях регуляции роста корней // Физиология растений. - 2007. - № 6. - С. 926-931.

12. Kudoyarova G.R., Vysotskaya L.B., Cberkozyanova A., Dodd I.C. Effect of partial rootzone drying on the concentration of zeatin-type cytokinins in tomato (Solanum lycopersicum L.) xylem sap and leaves // J. Exp. Bot. - 2007. - V. 58. - P. 161-168.

13. Vysotskaya Lidiya В., Korobova Alia V., Kudoyarova Guzel R. Abscisic acid accumulation in the roots of nutrient-limited plants: its impact on the differential growth of roots and shoots. J. Plant Physiology. - 2008. -V. 165. - P. 1274-1279.

14. Vysotskaya L.B., Korobova A.V., Veselov S.Y., Dodd I.C., Kudoyarova G.R. ABA mediation of shoot cytokinin oxidase activity: assessing its impacts on cytokinin status and biomass allocation of nutrient deprived durum wheat // Functional Plant Biology. - 2009. - V. 36. - P. 66-72.

15. Высоцкая Л. Б., Авальбаев А. М., Юлдашев Р. А., Шакирова Ф. М., Веселов С. Ю., Кудоярова Г. Р. Регуляция активности цитокшшноксндазы как фактора, определяющего содержание цитокининов // Физиология растений. - 2010. - 57, № 4. - С. 530-537.

16. Vysotskaya Lydia В., Veselov Stanislav Yu., and Kudoyarova Guzel R. Effect on shoot water relations, and cytokinin and abscisic acid levels of inducing expression of a gene coding for isopentenyltransferase in roots of transgenic tobacco plants // J. Exp. Bot. - 2010. - V. 61. - P. 3709-3717.

17. Дедова М.А., Высоцкая Л.Б., Иванов И.И., Кудоярова Г.Р. Влияние тотального и локального теплового шока на соотношение массы побега и корня у //»мрансгенных и нетрансформированных растений табака // Известия Самарского научного центра РАН. -2011. - Т.13, № 5(3). - С. 136-139.

Монографии и главы в монографиях

1. Веселов Д.С., Веселов С.Ю., Высоцкая Л.Б., Кудоярова Г.Р., Фархутдинов Р.Г. Гормоны растений. Регуляция концентрации, связь с ростом и водным обменом. Москва: Наука. -2007. - 160 с.

Статьи в научных сборниках и периодических научных изданиях

1. Vysotskaya L & Kudoyarova G. Auxin induced changes in ABA and cytokinin concentration in wheat seedlings // In: Box JE, Jr (ed) Root Demographics and Their Efficiencies in Sustainable Agriculture, Grasslands and Forest Ecosystems / Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. -1998.-P. 631-635.

2. Kudoyarova G., Dedov A.,Veselov D., Symonyan M., Mustafina A., Vysotskaya L., Veselov S. Fast shoot responses to root treatment. Are hormones involved? // Recent Advances of Plant Root Structure and Function / Eds. Gasparikova O., Ciamporova., Mistrik I., Baluska F. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. -2001. - P. 135-141.

3. Черкозьянова A.B., Высоцкая Л.Б., Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю. Влияние дефицита минерального питания на рост, транспирацшо и поглощение воды у проростков пшеницы // Итоги биологических исследований / Под ред. И.Ю.Усманова и др. - 2003. - С. 197-200.

4. Тимергалина Л.Н., Высоцкая Л.Б., Кудоярова Г.Р., Симонян М.В., Веселов С.Ю. Регуляция концентрации гормонов в проростках пшеницы при частичном удалении корней // Материалы III конференции «Иммуноанализ регуляторов роста в решении проблем физиологии растений, растениеводства и биотехнологии»- Уфа, 3-6 октября, 2000. - С.78-84.

5. Высоцкая Л.Б., Тимергалина Л.Н., Архипова Т.Н., Дедов A.B., Кудоярова Г.Р. Гормоны и показатели водного обмена у растений пшеницы с частично удаленными корнями // Материалы III конференции «Иммуноанализ регуляторов роста в решении проблем физиологии растений, растениеводства и биотехнологии». - Уфа, 3-6 октября, 2000. -С.88-93.

6. Л.Б. Высоцкая. Роль гормональных сигналов в регуляции роста побега и корня при дефиците ионов в питательном растворе. // Современная физиология растений: от молекул до экосистем. Материалы докладов Международной конференции (в трех частях). - Сыктывкар, 2007. - Часть 1. - С. 263-264.

7. Высоцкая Л. Б., Дедова М.А., Кудоярова Г.Р. //Т-трансгенные растения табака как объект для исследований роли цитокшшнов в передаче сигналов из корня. // Современная физиология растений: от молекул до экосистем. Материалы докладов Международной конференции (в трех частях). - Сыктывкар, 2007. - Часть 3. С. 230-232.

8. Высоцкая Л.Б., Коробова A.B., Кудоярова Г.Р. Гормональная регуляция соотношения массы побега и корня как важного адаптивного признака растений при дефиците минерального питания. // Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды. Материалы Всероссийской конференции. - Иркутск, 2009. - С.81-84.

9. Высоцкая Л.Б. Содержание цитокшшнов в побегах в ответ на локальное воздействие на корень. Участвуют ли цитокинины в передаче сигнала из корня в побег? // Материалы конференции П-ой международной конференции. Регуляция роста и развития растений: физиолого-биохимические и генетические аспекта, Харьков, 11-13 октября 2011. -Харьков. - С. 19-20.

Список сокращений

АБК - абсцизовая кислота;

ИПА - изопенгениладенозин;

ИУК - индолилуксусная кислота;

ОСВ - относительное содержание воды;

Х-А - раствор Хоглавда-Арнона;

ЦК - нитокишшы;

ЦКО - цитокиниаоксидаза;

Z - зеагин; ZN - зеатиннуклеотиц; ZR - зеатинрибозид

Подписано в печать 06.02.12 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 130 экз. Заказ 613. Гарнитура «ТипезИтКошап». Отпечатано в типографии «ПЕЧАТНЫЙ ДОМЪ» ИП ВЕРКО. Объем 2 п.л. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 4, т/ф: 27-27-600, 27-29-123

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Высоцкая, Лидия Борисовна

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Обмен сигналами между органами растения.

1.2 Влияние гормональных и гидравлических сигналов на водный обмен растений.

1.2.1 Координация поглощения и потери воды.

1.2.2 Регуляция устьичной проводимости.

1.2.3 Гормональные сигналы, регулирующие устьичную проводимость

1.2.4 Регуляция гидравлической проводимости.

1.3 Регуляция роста растений при дефиците воды.

1.4 Синтез, транспорт и метаболизм цитокининов.

1.4.1 Синтез цитокининов.

1.4.2 Роль ЦКО в регуляции содержания цитокининов.

1.4.3 Транспорт и перераспределение цитокининов.

1.5 Регуляция роста растений при дефиците питания.

1.5.1 Дефицит минерального питания и гормоны.

1.5.2 Роль ЦК в регуляции соотношения массы побег/корень при дефиците минерального питания.

1.6 Регуляция ветвления корней.

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Условия выращивания растений.

2.2 Постановка опытов.

2.2.1 Эксперименты с локальной засухой в области корней.

2.2.2 Эксперименты с локальным нагреванием корней растений табака

2.2.3 Эксперименты с растениями пшеницы.

2.3 Оценка показателей роста.

2.3.1 Площадь поверхности листьев.

2.3.2 Измерение роста растений.

2.3.4 Определение коэффициента растяжения.

2.3.3 Определение числа боковых корней и примордиев боковых корней.

2.4 Измерение показателей водного обмена.

2.4.1 Измерение скорости транспирации.

2.4.2 Измерение устьичной проводимости.

2.4.3 Определение водного потенциала листа, ОСВ, осмотического давления и содержания ионов.

2.4.4 Определение гидравлической проводимости растений.

2.5 Оценка показателей фотосинтеза.

2.6 Оценка транспорта гормонов по флоэме.

2.7 Сбор ксилемного сока растений.

2.8 Экстракция, очистка и концентрирование гормонов.

2.9 Твердофазный иммуноферментный анализ (ИФА).

2.10 Иммунолокализация ИУК.

2.11 Определение активности цитокининоксидазы.

2.12 Определение уровня экспрессии генов ЦКО.

2.13 Статистическая обработка данных.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1 Гормональные и гидравлические сигналы в регуляции роста и устьичной проводимости у растений томатов при частичной засухе в области корней.

3.2 Сигнальная роль корневых цитокининов в регуляции устьичной проводимости у /р/-трансгенных растений табака в условиях локального действия температуры.

3.2.1 Реакция растений табака на локальное нагревание корня.

3.2.2 Содержание цитокининов и АБК при локальном нагревании корней

3.3 Исследование сигнальных механизмов, обеспечивающих координацию роста и регуляцию водного обмена при частичном удалении корней у растений пшеницы.

3.3.1 Реакция растений пшеницы на удаление части корней.

3.3.2 Водный обмен.

3.3.3 Гормональный баланс побега.

3.3.3.1 Абсцизовая кислота.139

3.3.3.2 Цитокинины.

3.3.4 Регуляция роста побега.

3.3.5 Гормоны в корнях и контролируемые ими процессы.158 У

3.3.5.1 АБК и гидравлическая проводимость корня.

3.3.5.2 Перераспределение ИУК и регуляция роста корней.

3.3.5.3 Иммунолокализация ИУК.171 <

3.3.5.4 ЦК и регуляция роста корней.

3.4 Сравнительное изучение роли субстратных, гидравлических и гормональных сигналов в регуляции ответа растений пшеницы на уровень минерального питания.

3.4.1 Влияние дефицита ионов и азотной подкормки на динамику цитокининов в изолированных листьях пшеницы.

3.4.2 Реакция растений на дефицит ионов в питательном растворе

3.4.2.1 Дефицит ионов и регуляция соотношения побег/корень.

3.4.2.2 Влияние дефицита минеральных веществ на водный обмен растений.

3.4.2.3 Взаимодействие субстратных и гидравлических сигналов в индукции накопления АБК в побеге.

3.4.2.4 Механизмы регуляции содержания ЦК в побеге.

3.4.2.5 Флоэмный транспорт АБК и регуляция роста корней.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Распространение гормональных, гидравлических и трофических сигналов и их взаимодействие в растениях при внешних воздействиях на корневую систему."

Актуальность темы исследования

Способность координировать процессы, которые происходят в разных органах - важное свойство растений, обеспечивающее их реакцию на организменном уровне и приспособление к изменению условий обитания. Одно из важных проявлений этого свойства - изменение гидравлической проводимости корней в соответствие с транспирационным запросом, обеспечивающее баланс между поглощением и испарением воды (Steudle, 2000; Meinzer, 2002; Parent et al., 2010). Другое проявление координации процессов, происходящих в разных органах растений — это относительная активация роста корней за счет ингибирования роста побега, лежащая в основе приспособления растений к дефициту воды и ионов (Beck, 1996; Poorter, Nagel, 2000; Bogeat-Triboulot et al., 2007). Известно, что фитогормоны могут выполнять функцию сигналинга на уровне целого растения, передавая информацию из органа в орган (Кулаева, 1962; Davies et al., 2005; Романов, 2009; Титов, Таланова, 2009). Впервые это было показано на примере синтезируемых в корнях цитокининов, которые транспортируются в побег и влияют на происходящие там процессы (Кулаева, 1962). Была показана сигнальная функция корневой абсцизовой кислоты (АБК) в передаче в побег сигналов о наступающей засухе (Zhang, Davies, 1990). Идея о роли корневой АБК в адаптации растений к дефициту воды стала весьма популярной (см. обзор Schachtman, Goodger, 2008), а роль корневых цитокининов в нитратном сигналинге была недавно подтверждена в опытах японский исследователей (Takei et al., 2001; Sakakibara et al., 2007). Тем не менее, не всегда удается доказать роль гормонов в качестве системных сигналов, обеспечивающих реакцию на уровне целого организма. Не у всех растений удалось зарегистрировать повышение притока АБК из корней при подсыхании почвы (Dodd 2005). Отдельные эксперименты с трансгенными растениями свидетельствовали против роли цитокининов в качестве системных сигналов

Faiss et al., 1997). В них было показано, что только локальная индукция ipt-гена в побегах трансгенного привоя приводит к активации роста боковых побегов, а индукция синтеза цитокининов в корнях трансгенного подвоя не давала такой реакции. Из литературы известна роль гидравлических (Malone, 1993; Холодова и др., 2006; Christman et al., 2007), электрических (Fromm, Lautner, 2007) и субстратных (трофических) (Forde, 2002; Rolland et al., 2006) сигналов в координации процессов в растениях. Высказывалось предположение о том, что их распространение по растению может вызывать локальные изменения в метаболизме гормонов, обеспечивая тем самым их участие в дистанционном сигналинге (Кудоярова и др., 1990; Полевой и др., 1997; Christmann et al., 2007). Способность гормонов влиять на концентрацию друг друга (Brugier et al., 2003; Reski, 2006) может играть важную роль в обеспечении распространения гормональных сигналов по растению. И, тем не менее, взаимодействию гормональных, гидравлических и трофических сигналов уделяется крайне мало внимания. Также немногочисленны исследования, которые позволили бы выявить роль взаимовлияния разных гормонов в осуществлении гормональной системой функции сигналинга на уровне целого растения. Вместе с тем, можно было предполагать, что транспорт одного гормона может влиять на локальный метаболизм другого гормона, вовлекая его в системный сигналинг.

2. На модели трансгенных растений табака с индуцируемой экспрессией ¿р?-гена изучить влияние локального повышения продукции цитокининов в корнях на скорость транспирации и содержание ЦК в листьях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• Системное действие цитокининов в регуляции водного баланса растений реализуется через влияние уровня продукции цитокининов в корнях на устьичную проводимость. Реакция устьиц при воздействиях на корневую систему зависит от соотношения АБК и цитокининов, которое, в свою очередь, определяется как притоком гормонов из корней (корневые гормональные сигналы), так и их метаболизмом in situ.

Научная новизна

Выявлен относительный вклад транспорта и метаболизма цитокининов in situ в регуляцию их содержания в листьях при разбавлении питательного раствора, локальном подсыхании почвы (PRD) и удалении части корней. Показано, что при данных воздействиях уровень этого гормона в большей степени зависит от его метаболизма: снижается за счет активации цитокининоксидазы при дефиците элементов минерального питания и поддерживается - в результате снижения активности этого фермента при редукции корневой системы. С помощью ингибитора синтеза АБК флуридона доказано существование причинно-следственной связи между накоплением АБК и снижением уровня цитокининов в растении при стрессовых воздействиях, в основе которого лежит активация цитокининоксидазы под влиянием АБК. На модели трансгенных растений с локальной индукцией синтеза цитокининов в корнях растений показана системная роль дальнего транспорта цитокининов в повышении устьичной проводимости и, тем самым — в регуляции водного обмена на уровне целого растения. Выявлен высокий адаптивный потенциал корневой системы растений пшеницы, который проявляется в способности редуцированной корневой системы обеспечивать побег достаточным количеством воды за счет быстрого подъема гидравлической проводимости, а также компенсаторной активации роста боковых корней. Показано, что увеличение поглотительной способности редуцированной корневой системы обусловлено перераспределением гормонов: приток АБК из побега в корень - способствует увеличению гидравлической проводимости, а повышение притока ауксинов - активирует 1 формирование боковых корней. Выявлена роль гидравлических сигналов, которая проявляется в активации потоков АБК и ИУК в корень под влиянием, транзиторного дефицита воды в побеге.

Научно-практическая значимость работы

Показано, что в основе разнообразия адаптивных реакций растений лежит сочетание различных сигналов и их взаимодействие. В работе раскрыто, каким образом воздействия на корень индуцируют передачу гормональных, гидравлических и трофических сигналов, которые не только вызывают ответные реакции в побеге, но и генерацию обратных сигналов из побега в корень, обеспечивая тем самым координацию процессов, лежащих в основе роста и водного обмена. Эта информация углубляет представления о механизмах, лежащих в основе регуляции продуктивности и устойчивости растений, и будет полезна в поиске путей их повышения. Основные 8 результаты работы используются в учебном процессе на кафедре физиологии растений — включены в учебное пособие «Гормоны и адаптация растений к условиям обитания. Уфа: РИО БашГУ, 2003».

Связь работы с плановыми исследованиями и научными программами

Исследования проводились в рамках планов НИР лаборатории физиологии растений Института биологии УНЦ РАН: «Оптимизация и стабилизация продуктивного процесса растений в условиях стресса уровнем минерального питания и регуляторами роста (1996-1998); «Исследование системы регуляции концентрации фитогормонов как фактора интеграции растительного организма» (2000-2003); «Механизмы передачи сигналов между органами растения и согласования процессов, обеспечивающих рост и водный обмен в изменяющихся условиях внешней среды (2004-2006); «Регуляция роста и водного обмена растений в изменяющихся условиях внешней среды (2007-2009). Исследования выполнены при поддержке грантов РФФИ: 97-04-49962, 99-04-49291, 02-04-97908, 03-04-49780, 05-04-50824-МФ, 05-04-97900, 06-04-49166, 06-04-49276, 08-04-00591, 09-04-00942, 11-04-97023.

Декларация личного участия. Автором была определена тема исследования и подбор экспериментальных моделей. Часть результатов, представленных в разделах 3.3 и 3.4 диссертации, получены в совместной работе с кандидатом биологических наук JI.H. Тимергалиной, кандидатом биологических ннаук A.B. Коробовой, автор был научным руководителем их кандидатских диссертаций. Автору принадлежит замысел и окончательный текст диссертации. В диссертации использованы опубликованные в соавторстве работы.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на 20 конференциях, наиболее важные из которых: III, IV, V, VI съезд обществ физиологов растений (Москва, 1997; Москва, 1999; Пенза, 2003; Сыктывкар, 2007), XI-XIV конгрессы европейских обществ физиологов растений (Варна, 1998; Будапешт, 2000; Крит, 2002; Краков, 2004; Лион, 2006), 5-я международная конференция «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1999), 3-я Всероссийская конференция «Иммуноанализ регуляторов роста в решении проблем физиологии растений, растениеводства и биотехнологи» (Уфа, 2000), международная конференция по экологической ботанике (Сыктывкар, 2002), 2-я международная конференция «Integrated Approaches to Sustain and Improve Plant Productivity under Drought Stress» (Рим, 2005), международный симпозиум «Сигнальные системы растений: роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), международная конференция «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сыктывкар, 2007), международная конференция «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений» (Екатеринбург, 2008), Всероссийская конференция «Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды» (Иркутск, 2009), 8-я международная конференция «Eco-Physiological aspects of plant responses to stress factors» (Cracow, 2009), Всероссийский симпозиум «Растение и стресс» (Москва, 2010), II-ая Международная конференция «Регуляция роста и развития растений: физиолош-биохимические и генетические аспекты» (Харьков, 2011).

Публикации

По теме диссертации опубликованы 32 работы, в том числе 1 монография, 17 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для защиты докторских диссертаций, 9 статей в крупных региональных изданиях.

Благодарности. Автор благодарит к.б.н. Тимергалину JI.H., к.б.н. Коробову A.B., за помощь в проведении экспериментов и анализе результатов, профессора Веселова С.Ю., профессора Трапезникова В.К., д.б.н. Веселова Д.С., к.б.н Архипову Т.Н., к.б.н. Иванова И.И. за ценные советы и рекомендации, научного консультанта профессора Кудоярову Г.Р. за чуткое руководство и предоставление всех необходимых условий для выполнения экспериментов, а также весь коллектив нашей лаборатории и членов своей семьи.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Список сокращений г - скорость роста; ш - коэффициент растяжимости;

Р - тургор (тургорное давление);

У - пороговое значение тургора;

ЛЧ'тг - разность осмотических потенциалов; л; — осмотическое давление;

Атс -разность между осмотическим потенциалом окружающей среды и клетки; Ь, Ьр, Ьрг -гидравлическая проводимость; 1у - скорость потока ксилемного экссудата;

- водный потенциал; ДЧ' - разность водных потенциалов; 8 - коэффициент растяжения; О, gs - устьичная проводимость; ТСХ - тонкослойная хроматография; АБК - абсцизовая кислота; ИУК — индолилуксусная кислота; ЦКО - цитокининоксидаза Ъ (3) - зеатин;

ЗН) - зеатиннуклеотид; ТК (ЗР) - зеатинрибозид; \Р (ИП) - изопентениладенин; 1Ра (ИПА) -изопентениладенозин; БАП - 6-бензиламинопурин; СВ - содержание воды в тканях растений; ОСВ — относительное содержание воды;

ОТ-ПЦР - полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией;

БК - боковые корни;

ПБК — примордии боковых корней;

НК - нуклеиновые кислоты

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Высоцкая, Лидия Борисовна

Выводы

2. С использованием гр/-трансгенных растений табака получены экспериментальные доказательства системной роли продуцируемых в корнях цитокининов в регуляции водного обмена растений. Так, локальная экспрессия гена изопентенилтрансферазы в корнях приводит к увеличению концентрации цитокининов не только в корнях, но и ксилемном соке, и листьях растений, что сопровождается увеличением устьичной проводимости и усилением транспирации.

4. Редукция корневой системы проростков пшеницы - удаление четырех из пяти зародышевых корней - не приводит к снижению потока воды в побег. Данный эффект достигается за счет повышения гидравлической проводимости оставшегося корня и поддержания устьичной проводимости листьев, а также компенсаторной активации ветвления оставшегося корня, связанных с перестройками в гормональной системе растений: а) возрастание гидравлической проводимости единственного оставшегося корня обусловлено накоплением АБК за счет ее притока из побега; б) поддержание устьичной проводимости листьев растений с редуцированной корневой системой на уровне интактных растений связано с поддержанием высокого содержания цитокининов в листьях вследствие снижения уровня транскриптов гена цитокининоксидазы и активности этого фермента; в) активация ветвления оставшегося корня обусловлена резким возрастанием притока в него ауксинов. О важной роли ауксинов в регуляции этого процесса свидетельствуют данные об их локализации в примордиях боковых корней. Роль гидравлических сигналов (временное снижение содержания воды в зоне роста листа) проявляется в подавлении роста побега, дополнительном усилении притока ауксинов в корень и, соответственно, стимуляции его ветвления.

Заключение

В работе выявлена сложная картина разнообразных сочетаний сигналов и соответствующих ответных реакций при воздействии на корни растения. Очевидно, что это разнообразие отражает пластичность растительного организма и обеспечивает адекватное приспособление к изменяющимся условиям внешней среды. В работе было показано, что взаимосвязанное сочетание, как минимум, сигналинга абсцизовой кислоты, индолилуксусной кислоты и цитокининов обеспечивает такой важный для адаптации процесс, как координация роста побега и корня. При воздействиях на корень изменение уровня гормонов в побегах является результатом как изменения их притока из корней (корневой гормональный сигнал), так и изменения метаболизма in situ, которое инициируется поступающими из корней сигналами. Так, снижение притока ионов из корней при дефиците питания приводит к снижению скорости фотосинтеза и тургора клеток и тем самым индуцирует синтез АБК в побеге, которая, в свою очередь, снижает уровень цитокининов через активацию цитокининоксидазы (ЦКО). Резкое снижение концентрации ЦК в ксилемном соке при удалении корней приводит к падению активности и снижению уровня экспрессии гена ЦКО. Результирующее разнообразие гормональных ответов на корневые воздействия обеспечивает разнообразие таких ответных реакций, как (1) открытие устьиц за счет повышения притока цитокининов из корней при локальной индукции их синтеза в корнях и их последующее компенсаторное закрытие в результате падения водного потенциала и накопления АБК в самом листе; (2) закрытие устьиц при локальном подсыхании почвы под влиянием увеличения концентрации АБК в ксилемном соке и снижения уровня цитокининов в листьях; (3) поддержание устьиц в открытом состоянии при дефиците элементом минерального питания и редукции корневой системы благодаря отсутствию накопления АБК в ксилемном соке и сохранению высокого уровня цитокининов при редукции корневой системы. Передача сигналов из корня в побег и обратно в корень обеспечивает согласованность изменений устьичной и гидравлической проводимости.

Выявлена поразительная пластичность корневой системы растений пшеницы.

Так, поток АБК из побега повышает гидравлическую проводимость, что обеспечивает достаточный приток воды из редуцированной корневой системы, и поддерживает водный баланс без закрытия устьиц. При этом поток ауксинов из побега обеспечивает компенсаторное увеличение поглотительной способности корней за счет активации их ветвления.

Регуляторная роль гидравлических сигналов при этом проявляется в активации потока ауксинов и АБК в корни.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Высоцкая, Лидия Борисовна, Уфа

1. Авальбаев A.M., Юлдашев P.A., Высоцкая Л.Б., Шакирова Ф.М. Регуляция 24-эпибрассинолидом экспрессии гена и активности цитокининоксидазы в корнях проростков пшеницы//ДАН. 2006,Т. 410.- С. 825-827.

2. Анисимов A.B., Раткович С. Транспорт воды в растениях. Исследование импульсным ЯМР. М.: Наука, 1992. - 144 с.

3. Архипова Т. Н., Анохина Н. Л. Влияние инокуляции цитокинин-продуцирующими микроорганизмами на рост растений пшеницы при повышении уровня минерального питания//Физиология растений. 2009.- Т. 56, №6. -С.899-906.

4. Беккер Г., Бергер В., Домшке Г. и др. Органикум.- М: Мир, 1979.- С.228-232, 247-250.

5. Блохин В.Г. Концентрационная зависимость влияния 6-бензиламинопурина на рост корней растений разных видов//Физиология растений. 1986. -Т. 33, № 6. -С.1084-1089.

6. Веселов С.Ю. Использование антител для количественного определения, очистки и локализации регуляторов роста растений. Уфа: Изд-во Башкирского ун-та, 1998. 138 с.

7. Веселов С.Ю., Симонян М.В. Использование иммуноферментного анализа цитокининов для оценки активности цитокининоксидазы //Физиология рвстений. 2004.- Т. 51. - С.297-302.

8. Веселов С.Ю., Вальке P.C., Ван Онкелен X., Кудоярова Г.Р. Содержание и локализация цитокининов в листьях исходных и трансгенных растений табака//Физиология растений. 1999.- Т. 46, № 1,-С.326-335.

9. Веселова С.В., Фархутдинов Р.Г., Веселов Д.С., Кудоярова Г.Р. Роль цитокининов в регуляции устьичной проводимости проростков пшеницы при быстром локальном изменении температуры//Физиология растений. 2006.- Т. 53, № 6. -С.857-862.

10. Гамалей Ю.В. Транспортная сосудистая система сосудистых растений. -С.-Петербург.: Издательство С.-Петербургского универститета, 2004. 424 с.

11. Данилова Н.С. Влияние условий азотного питания на рост корней//Агрохимия. 1965.- N 6.- С.53-60.

12. Демченко К.Н., Демченко Н.П., Данилова М.Ф. Инициация и развитие примордиев боковых корней у проростков Triticum aestivum (Роасеае) и Cucurbita реро (СисигЬкасеае)//Ботанический журнал. — 2001.- №1. -С. 14-30.

13. Демченко Н.П., Демченко К.Н. Возобновление синтеза ДНК и деления клеток в корнях пшеницы в связи с инициацией боковых корней//Физиология Растений. 2001.- Т. 48. -С.869-878.

14. Дерфлинг К. Гормоны растений. Системный подход. М.: Мир, 1985. — 206 с.

15. Дустмаматов А.Г., Жолкевич В.Н. Изменения основных параметров экссудации отделенной корневой системы кукурузы под влиянием ЩС12.//Физиология растений. 2008.- Т. 56. -С.901-908.

16. Жесткова И.М., Ампилогова Я.Н., Шевырева Т.А., Трофимова М.С.

17. Влияние низких положительных температур на осмотическую водную проницаемость и активность аквапоринов плазмалеммы корней гороха//Физиология растений. 2009.- Т. 56, № 5. -С.704-711.

18. Жолкевич В.Н., Пустовойтова Т.Н. Рост листьев Cucumbus sativus L. и содержание в них фитогормонов при почвенной засухе//Физиол. раст. 1993.- Т.40, № 4. -С.676-680.

19. Иванов В.Б. Меристема как самоорганизующаяся система//Физиология растений. 2004.- Т. 51. -С.926-941.

20. Иванов В.Б. Клеточные механизмы роста растений. LXVIII Тимерязевские чтения. М.: Наука. 2011. С. 3.

21. Иванов И.И. Эндогенные ауксины и ветвление корней при изолированном питании растений пшеницы//Физиология растений. 2009.- Т. 56. -С.241-246.

22. Ионенко И.Ф., Анисимов A.B. Различие чувствительности диффузионного транспорта воды в коре и стели корней кукурузы к действию блокатора аквапоринов НОСЬ2//Физиология растений. 2008.- Т. 55, № 3. -С.362-367.

23. Кефели В.И., Коф Э.М., Власов П.В., Кислин E.H. Природный ингибитор роста — абсцизовая кислота. М: Наука, 1989. - 488 с.

24. Киселева И.С., Каминская O.A. Гормональная регуляция утилизации ассимилятов в листьях ячменя в связи с формированием донорной функции//Физиология растений. 2002,- Т. 49, №4. -С.596-602.

25. Кислин E.H., Кефели В.И. Образование абсцизовой и индолилуксусной кислот в побегах и корнях// Изв. АН СССР. Сер. биол. 1985.-№3. -С.375-385.

26. Ктитрова И.Н., Скобелева О.В. Снижение гидравлической проводимости мембран клеток ризодермы при дефиците нитрата связано с закислением у поверхности корня//Физиология растений. — 2008.Т. 55, №5. -С. 690-698.

27. Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю., Усманов И.Ю. Гормональная регуляция соотношения биомассы побег/корень при стрессе//Журнал Общей биологии. 1999.- Т. 60, №6. -С.633-641.

28. Кудоярова Г.Р., Докичева P.A., Веселов С.Ю., Трапезников В.К., Иванов И.И. БАП-индуцированная ростовая реакция растений пшеницы и эндогенное содержание гормонов, обусловленное уровнем минерального питания//Физиология растений. 1993.- Т. 40. -С.893-897.

29. Кудоярова Г.Р., Усманов И.Ю. Гормоны и минеральное питание//Физиология и биохимия культурных растений. 1991. — Т.23. - С.232-244.

30. Кудоярова Г.Р., Усманов И.Ю., Гюли-Заде В.З., Иванов И.И., Трапезников В.К. Влияние уровня минерального питания на рост, концентрацию цитокининов и ауксинов в проростках пшеницы//Физиология растений. 1989.- Т. 36. -С.1012-1015.

31. Кудоярова Г.Р., Усманов И.Ю., Гюли-Заде В.З., Фаттахутдинов Э.Г., Веселов С.Ю. Взаимодействие пространственно разобщенных органов. Соотношение электрических и гормональных сигналов//Доклады АН СССР. 1990.- Т. 310, №6. -С.1511-1514.

32. Кулаева О.Н. Влияние корней на обмен веществ листьев в связи с проблемой действия на лист кинетина//Физиология растений. -1962.-Т. 9. -С.229-239.

33. Кулаева О.Н. Цитокинины, их структура и функции. М.: Наука, 1973. — 263 с.

34. Кулаева О.Н., Кузнецов В.В. Новейшие достижения и перспективы в области изучения цитокининов//Физиология растений. 2002.- Т. 49. -С.626-640.

35. Митриченко А.Н. Динамика содержания гормонов в проростках пшеницы при изменении температуры. Автореф. дисс. кандидата биол. наук. 1999, Уфа. 24 с.

36. Монахова О.Ф., Чернядьев И.И. Протекторное влияние цитокининовых препаратов на фотосинтетический аппарат растений пшеницы при водном дефиците//Прикладная биохимия и микробиология. -2007.- Т. 43. -С.720-729.

37. Площинская М.Е., Иванов В.Б., Салмин С.А., Быстрова Е.И. Анализ возможных механизмов регуляции ветвления корня//Журн. общей биологии. 2002.- Т. 63. -С.68-74.

38. Полевой A.B., Танкелюн О.В., Полевой В.В. Быстрая дистанционная передача сигнала о локальном стрессовом воздействии у проростков кукурузы//Физиология растений. 1997,- Т. 44, № 5. -С.645-651.

39. Пузина Т.И. Значение гормонального баланса в реакции растений картофеля на условия минерального питания//Агрохимия. 2000.-№4. -С.27-32.

40. Пустовойтова Т.Н., Баврина Т.В., Ложникова В.Н., Жданова Н.Е.

41. Использование трансгенных растений для выяснения роли цитокининов в устойчивости к засухе//Доклады РАН. 1997.- Т. 354. -С.702-704.

42. Пятыгин С.С. Распространяющиеся электрические сигналы в растениях/ЛДитология. 2008.- Т. 50, №2. -С. 154-160.

43. Рахманкулова З.Ф., Рамазанова Г.А., Мустафина А.Р., Усманов И.Ю.

44. Оценка дыхательных затрат на адаптацию у растений с разной устойчивостью к дефициту и избытку элементов минерального питания//Физиология растений. 2001.- Т. 48, №5. -С.651-656.

45. Романов Г.А. Как цитокинины действуют на клетку//Физиология растений. 2009.- Т. 56, № 2. -С. 295-319.

46. Теплова И.Р., Фархутдинов Р.Г., Митриченко А.Н., Иванов И.И., Веселов С.Ю., Вальке P.JL, Кудоярова Г.Р. Реакция на повышенную температуру у трансформированных растений табака, содержащих 1р1:-ген//Физиология растений. 2000.- Т. 47. -С.416-419.

47. Титов А.Ф., Таланова В.В. Устойчивость растений и фитогормоны. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2009. 206 с.

48. Фархутдинов Р.Г., Веселова C.B., Веселов Д.С., Митриченко А.Н., Дедов

49. A.B., Кудоярова Г.Р. Регуляция скорости роста листьев пшеницы при быстром повышении температуры//Физиология растений. -2003.- Т. 50, №2. -С.275-279.

50. Харитонашвили Е.В., Черный С.Г., Алехина Н.Д. Формирование запасного пула нитрата в корнях проростков пшеницы//Физиология растений. 1993.- Т. 40, № 3. -С.443-447.

51. Холодова В.П., Мещеряков А.Б., Ракитин В.Ю., Карягин В.В., Кузнецов

52. B.В. Гидравлический сигнал как "первичный мессенджер водного дефицита" при солевом стрессе у растений//ДАН. 2006.- Т. 407, № 2. -С.282-285.

53. Чернядьев И.И. Фотосинтез и цитокинины/ЛТрикладная биохимия и микробиология. 1993.- Т. 29, Вып. 5. -С.644-674.

54. Шакирова Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. - 160 с.

55. Штратникова В.Ю., Кулаева О.Н. Цитокинин-зависимая экспрессия ARRS5::Gus-KOHCTpyKijHH в ходе роста трансгенных растений Arabidopsis Й1аНапа//Физиология растенийю 2008. -Т. 55. -С.842-850.

56. Aloni R., Langhans M., Aloni E., Dreieicher E., Ullrich C. Root-synthesized cytokinin in Arabidopsisi is distributed in the shoot by the transpiration stream//J. Exp. Bot. 2005.- V.56. -P.1535-1544.

57. Anderson. B.E., Ward J.M., Schroeder J. Evidence for an extracellular reception site for abscisic acid in Commelina cuard cells//Plant Physiol. 1994.-V. 104. -P.l 177-1183.

58. Astot C., Dolezal K., Nordstrom A., Wang Q., Kunkel Т., Moritz Т., Chua N.,9

59. Sandberg G. An alternative cytokinin biosynthesis pathway//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000.- V. 97. -P. 14778-14783.

60. Bacon M.A., Wilkinson S., Davies W.J. pH-regulated leaf cell expansion in droughted plants is abscisic acid dependent/ZPlant Physiol. 1998.- V. 118. -P.l507-1515.

61. Baker D. Vascular transport of auxins and cytokinins in Ricinus// Plant Growth Regul. 2000.- V. 32. -P. 157-160.

62. Bano A., Dorffling K., Bettin D., Hahn H. Abscisic acid and cytokinins as possible root-to-shoot signals in xylem sap of rice plants in drying soil//Australian J. Plant Physiol. 1993.- V. 20. -P. 109-115.

63. Bartholomew D.M., Bartley G.E., Scolnik P.A. Abscisic acid control of rbcS and cab transcription in tomato leaves//Plant Physiology. 1991- V. 96.-P.291-296.

64. Beck E. Regulation of the shoot/root ratio by cytokinins in Urtica dioica: Opinion//Plant Soil. 1996.- V. 185. -P. 3-12.

65. Benkova E., Michniewicz M., Suaer M., Teichmann T., Seifertova D., Jurdens G., Friml J. Local, efflux-dependent auxin gradients as a common module for plant growth organ formation//Cell. 2003.- V. 115. -P.591-602.

66. Benkova E., Witters T., van Dongen W., Kolar J., Motyka V., Brzobohaty B., van Onckelen H.A., Machackova I. Cytokinins in tobacco and wheat chloroplasts. Occurrence and changes due to light/dark treatment//Plant Physiol. 1999.-V. 121. -P.245-251.

67. Beveridge C.A., Murfet I.C., Kerhoas L., Sotta B., Miginiac E., Rameau C. The shoot controls zeatin riboside export from pea roots. Evidence from the branching mutant rms4//Plant J. 1997.- V. 11. -P.339-345.

68. Bhalerao R.P., Eklof E., Ljung K., Marchant A., Bennett M., Sandberg G.

69. Shoot-drived auxin is essential for early lateral root emergence in Arabidopsis seedlings//Plant J. 2002.- V. 29. -P.325-332.

70. Biddington N.L., Dearman A.S. Shoot and root growth of lettuce seedlings following root pruning//Ann. Bot. 1984.- V. 53. -P.663-668.

71. Blackman P.G., Davies W.J. Root to shoot communication in maize plants and the effects of soil drying//J. Exp. Bot. 1985.- V. 36. -P.39-48.

72. Blakely L.M., Durham M., Evans T.A., Blakely R.M. Experimental studies on lateral root formation in radish seedlings roots. I. General methods, developmental stages, and spontaneous formation of laterals//Bot. Gaz. 1992.- V. 143. -P.341-352.

73. Blakesley D., Weston G.D., Hall J.F. The role of endogenous auxin in root initiation. Part I: Evidence from studies on auxin application, and analysis of endogenous levels//Plant Growth Regul. 1991.- V. 10. -P.341-353.

74. Boudsocq M., Lauriere C. Osmotic signaling in plants. Multiple pathways mediated by emerging kinase families//Plant Physiology. 2005,- V. 138. -P.l 185-1194.

75. Brewitz E., Larsson C-M., Larsson M. Influence of nitrate supply on concentrations and translocation of abscisic acid in barley (Hordeum vulgare)//Phvsiologia Plantarum. 1995.- V. 95. -P.499-506.

76. Brouwer R. The regulation influence of transpiration and suction tension on the water and salt uptake by roots of intact Vicia faba plants//Acta Bot. Neerl. 1954.- V. 3. -P.264-312.

77. Canny M.J. Ashby's law and the pursuit of plant hormones: a critique of accepted dogmas, using a conceipt of variety//Austral. J. Physiol. — 1985.-V. 12.-P.1-7.

78. Caputo C., Barneix A.J. The relationship between sugar and amino acid export to the phloem in young wheat plants//Ann. Bot. 1999.- V. 84. -P.33-38.

79. Carabelli M., Possenti M., Sessa G., Ciolfi A., Sassi M., Morelli G., Rubertil I.Canopy shade causes a rapid and transient arrest in leaf development through auxin-induced cytokinin oxidase activity//Genes and Development. 2007.- V. 21. -P. 1863-1868.

80. Carimi F., Terzi M., De Michele R., Zottini N., Lo Schiavo F. High levels of the cytokinin BAP induce PCD by acceleration senescence/ZPlant Sci. -2004.- V. 166. -P.963—969.

81. Carvajal M., Cooke D.T., Clarkson D.T. Responses of wheat plants to nutrient deprivation may involve the regulation of water-channel function//Planta. 1996.- V. 199. -P.372-381.

82. Cary A.J., Liu W., Howell S. H. Cytokinin action is coupled to ethylene in its effects on the inhibition of root and hypocotyl elongation in Arabidopsis thaliana seedlings/ZPlant Physiol. 1995.- V. 107. -P. 1075-1082.

83. Casimiro I., Marchant A., Bhalerao R.P., Beeckman T., Dhooge S., Swarup R., Graham N., Inzer D., Sandberg G., Casero P.J., Bennett M. Auxin transport promotes Arabidopsis lateral root initiation/ZPlant Cell. -2001.-V. 13.-P.843-852.

84. Casson S.A., Lindsey K. Genes and signaling in root development//New Phytol. -2003.-V. 158. -P. 11-38.

85. Chapin F.S. Ill, Walter C.H.S., Clarkson D.T. Growth response of barley and tomato to nitrogen stress and its control by abscisic acid, water relations and photosynthesis//Planta. 1988.- V. 173. -P.352-366.

86. Chaves M.M., Francisco Z.R., Costa J.M., Santos T., Regalado A.P., Rodrigues M.L., Lopes C.M. Grapevine under deficit irrigation: hints from physiological and molecular data//Ann. Bot. 2010.- V. 105. -P.661-676.

87. Chen C.M., Erti J.R., Leisner S.M. Localisation of cytokinin biosynthetic sites in pea plants and carrot roots//Plant Physiol. 1985.- V. 78. -P.510-513.

88. Chernyad'ev I.I. Ontogenetic changes in the photosynthetic apparatus and effects of cytokinins//Appl. Environ. Microbiol. 2000.- V. 36. -P.527-539.

89. Choat B., Cobb A. R., Jansen S. Structure and function of bordered pits: new discoveries and impacts on whole-plant hydraulic function//New Phytologist. 2007, doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.02317.

90. Christmann A., Weiler E.W., Steudle E., Grill E. A hydraulic signal in root-to-shoot signalling of water shortage//The Plant J. 2007.- V. 52. -P. 167174.

91. Clarkson D.T., Carvajal M., Henzler T., Waterhouse R.N., Smyth A.J., Cooke D.T., Steudle E. Root hydraulic conductance: diurnal aquaporin expression and the effects of nutrient stress//J. Exp. Bot. 2000,- V. 51. -P.61-70.

92. Clarkson D.T., Scattergood C.B. Growth and phosphate transport in barley and tomato plants during the development of, and recovery from, phosphate-stress//J. Exp. Bot. 1982.- V. 33. -P.865-875.

93. Cochard H., Coll L., Le Roux X., Ameglio T. Unraveling the effects of plant hydraulics on stomatal conductance during water stress in walnut//Plant Physiol. 2002.- V. 128. -P.282-290.

94. Comstock J.P. Hydraulic and chemical signaling in the control of stomatal conductance and transpiration//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P. 195-200.

95. Coque M., Gallais A. Genomic regions involved in response to grain yield selection high and low nitrogen fertilization in maize//Theor. Appl. Genet. 2006.-V. 112. -P. 1205-1220.

96. Coque M., Gallais A. Genomic regions involved in terponse to grain yield selection at high and low nitrogen fertilization in maize//Theor Appl. Genet. 2006.- V. 112. -P. 1205-1220.

97. Cosgrove D.J., Li L.C., Cho H.-T., Hoffmann-Benning S., Moore R.C., Blecker D. The growing world of expansins//Plant Cell Physiology. 2002. — V.43. -P. 1436-1444.

98. Cramer, G. R. and Jones, R. L. Osmotic stress and abscisic acid reduce cytosolic calcium activities in roots of Arabidopsis thaliana//Plant Cell Environ. 1996.-V. 19. -P.1291-1298.

99. Creelman R.A., Mason H.S., Bensen R.J., Boyer J.S., Mullet J.E. Water deficit and abscisic acid cause differential inhibition of shoot versus root growth in soybean seedlings//Plant Physiol. 1990.- V. 92. -P.205-214.

100. D'Agostino I.B., Kieber J.J. Molecular mechanisms of cytokinin action//Current Opinion in Plant Biol. 1990.- V. 2. -P.359-364.

101. Daeter W., Slovik S., Hartung W. The pH gradients in the root system and the abscisic acid concentration in xylem and apoplastic saps//Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. -1993.-V. 341. -P.49-56.

102. Davey J.E., Van Staden J. Cytokinin translocation-changes in zeatin and zeatin-riboside levels in root exudate of tomato plants during their development//Planta. 1976.-V. 130. -P.69-72.

103. Davidson R.L. Effect of root/leaf temperature differentials on root/shoot ratios of some pasture grasses and clover//Ann. Bot. 1969.- V. 33. -P.561-569.

104. Davies W.J., Kudoyarova G.R., Hartung W. Long-distance ABA signaling and its relation to other signaling pathways in the detection of soil drying and the mediation of the plant's response to drought//! Plant Growth Regul. 2005.-V. 24. -P.285-295.

105. Davies W.J., Metcalfe J., Lodge T.A., Da Costa A.R. Plant growth substances and the regulation of growth under drought//Australian J. Plant Physiol. 1986.-V. 13. -P. 105-125.

106. Davies W.J., Tardieu F., Trejo C. How do chemical signals work in plants that grow in drying soil?//Plant Physiol. 1994.- V. 104. -P.309-314.

107. Davies W.J., Zhang J. Root signals and the regulation of growth and development of plants in drying soil//Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1991.- V. 42. -P.55-76.

108. De Greef J.A., Caubergs R., Verbelen J.P., Moereels E. Phytochromemediated inter-organ dependence and rapid transmission of the light stimulus/In: Smith, H. (Ed.), Light and Plant Development. Butterworths, London. 1976.

109. Deak K.I., Malamy J.E. Osmotic regulation of root system architecture//Plant J. 2005.- V. 43. -P. 17-28.

110. Debi B.R., Taketa S., Ichii M. Cytokinin inhibits lateral root initiation but stimulates lateral root elongation in rice (Oryza sativa)//J. Plant Physiol. 2005.- V. 162. -P.507-515.

111. Dieleman J.A., Verstappen F.W.A., Nicander B., Kuiper D., TillbergE., Tromp J.

112. Cytokinins in Rosa hybrida in relation to bud break//Physiol. Plant.-1997.-V. 99. -P.456-464.

113. Dodd I., Munns R., Passioura J. Dose shoot water status limit leaf expansion of nitrogen deprived barley//J Exp Bot. 2002.- V. 53. -P. 1765-1770.

114. Dodd I., Tan L. P., He J. Do increases in xylem sap pH and/or ABA concentration mediate stomatal closure following nitrate deprivation?//!. Exp. Bot. 2003.- V. 54, № 385. -P.1281-1288.

115. Dodd I.C. Root-toshoot signaling: assessing the roles of 'up' in the up and down world of long-distance signaling in planta//Plant and Soil. 2005.- V. 274. -P.251-270.

116. Dodd I.C., Beveridge C.A. Xylem-borne cytokinins: still in search of a role?//J. Exp. Bot. 2006.- V. 57. -P. 1-4.

117. Dodd I.C., Ngo C., Turnbull C.G.N., Beveridge C.A. Effects of nitrogen supply on xylem cytokinin delivery, transpiration and leaf expansion of pea genotypes differing in xylem cytokinin concentration//Func. Plant Biol. 2004.- V. 31. -P.903-911.

118. Dodd I.C., Stikic R., Davies W.J. Chemical regulation of gas exchange and growth of plants in drying soil in the field//J Exp. Bot. 1996.- V. 47. -P.1475-1490.

119. Doi M., Shimazaki K. The stomata of the fern Adiantum capillus-veneris do not respond to C02 in the dark and open by photosynthesis in guard cells//Plant Physiol. 2008.- V. 147. -P.922-930.

120. Else M.A., Taylor J.M., Atkinson C.J. Anti-transpirant activity in xylem sap from flooded tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) plants is not due to pH-mediated redistributions of root- or shoot-sourced ABA//J. Exp. Bot. 2006.- V. 57. -P. 3349-3357.

121. Evans M.L. Functions of hormones at the cellular level of organization/An: Encyclopedia of Plant Physiology, New Series / ed. T.K.Scott. Berlin: Springer-Verlag, 1984.- V.10, p.23-79.

122. Faiss M., Zalubilova J., Strnad M., Schmulling T. Conditional transgenic expression of the ipt gene indicates a function for cytokinins in paracrin signaling in whole tobacco plants//Plant J. 1997.- V. 12. -P.401-415.

123. Farkhutdinov R.G., Veselov S.U., Kudoyarova G.R., Valcke R. Influence of temperature increase on evaportranspiration rate and cytokinin content in wheat seedlings/ZBiologia Plantarum. 1997.- V. 39. -P. 289-291.

124. Foo E., Morris S.E., Parmenter K., Young N., Wang H., Jones A., Rameau C., Turnbull C.G., Beveridge C.A. Feedback regulation of xylem cytokinin content is conserved in pea and Arabidopsis//Plant Physiology. 2007.- V. 143. -P.1418-1428.

125. Forde B.G. Local and long-range signaling pathways regulating plant responses to nitrate//Ann. Rev. Plant Biol. 2002.- V. 53. -P.203-224.

126. Forde B.G., Clarkson D.T. Nitrate and ammonium nutrition of plants: physiological and molecular perspectives//Adv. Bot. Res. 1999. V. 30.-P. 1-90.

127. Franco-Zorrilla J.M., Gonzalez E., Bustos R., Linhares F., Leyva A., Paz-Ares J. The transcriptional control of plant responses to phosphate limitation//! Exp. Bot. 2004.- V. 55. -P.285-293.

128. Frensch J., Primary responses of root and leaf elongation to water deficits in the atmosphere and soil solution//J. Exp. Bot. 1997.- V. 48. -P.985-999.

129. Freundle E., Steudle E., Hartung W. Water uptake by roots of maize and sunflower affects radial transport of abscisic acid and its concentration in the xylem//Planta. 1998.- V. 207. -P.8-19.

130. Fricke W. Cell turgor, osmotic pressure and water potential in the upper epidermis of barley leaves in relation to cell location and in response to NaCI and air humidity//J. Exp. Bot. 1997.- V. 48. -P.45-58.

131. Fricke W., Akhiyarova G., Veselov D., Kudoyarova G. Rapid and tissue-specific changes in ABA and in growth rate in response to salinity in barley leaves//J. Exp. Bot. 2004.- V. 55. -P.1115-1123.

132. Friml J., Benkova E., Blilou I., Wisniewska J., Hamann T., Ljung K., Woody S., Sandberg G., Scheres B., Jurgens G., Palme K. AtPIN mediates sink-driven auxin gradients and root patterning in Arabidopsis//Cell. -2002.-V. 108. -P.661-673.

133. Fromm J., Lauter S. Electrical signals and their physiological significance in plants//Plant, Cell Environ. 2007.- V. 30. -P.249-257.

134. Fukaki H., Tasaka M. Hormone interactions during lateral root formation//Plant Mol. Biol. 2009.- V. 69. -P.437-449.

135. Galuszka P., Frébortová J., Luhová L., Bilyeu K.D., English J.T., Frébort I.

136. Tissue localization of cytokinin dehydrogenase in maize: possible involvement of quinone species generated from plant phenolics by other enzymatic systems in the catalytic reaction/ZPlant and Cell Physiol. 2005.- V. 46. -P.716-728.

137. Gamier E., Salager J.L., Laurent G., Sonie L. Relationships between photosynthesis, nitrogen and leaf structure in 14 grass species and their dependence on the basis of expression//New Phytologist. -1999.-V. 143.-P. 119-129.

138. Gasco A., Nardini A., Gortan E., Salleo S. Ion-mediated increase in the hydraulic conductivity of Laurel stems: role of pits and consequences for the impact of cavitation on water transport//Plant, Cell Environ. -2006,-V. 29. -P. 1946-1955.

139. Gashaw L., Mugwira L.M. Ammonium-N and nitrate-N effects on the growth and mineral compositions of triticale, wheat and rye//Agronomy J. -1981.- V. 73. -P.47-51.

140. Gilbert S.M., Clarkson D.T., Cambridge M., Lambers H., Hawkesford M.J.

141. S042- deprivation has an early effect on the content of ribulose-1,5-biphosphate carboxylase/oxygenase in young leaves of wheat//Plant Physiol. 1997.-V. 115. -P.1231-1239.

142. Gonzalez N., Beemster G.T.S., Inze D. David and Goliath: what can the tiny weed Arabidopsis teach us to improve biomass production in crops?//Curr. Opin. Plant Biol. 2009.- V. 12. -P. 157-164.

143. Gordon I., Intyre Mc. Control of plant development by limiting factors: A nutritional perspective//Physiologia Plantarum. 2001.- V. 113. -P. 165-175.

144. Goring H., Mardanov A.A. Influence of nitrogen deficiency on K/Ca ratio and cytokinin content of pumpkin seedlings/ZBiochem. Physiol. Pflanzen. 1970.-V. 170. -P.261-264.

145. Gowing D.J.G., Davies W.J., Jones H.G. A positive root-coursed signal as an indicator of soil drying in apple, Malus domestica Borkh//J. Exp. Bot. 1990.-V. 41.-P. 153 5-1540.

146. Gowing D.J.G., Davies W.J., Trejo C.L., Jones H.G. Xylem-transported chemical signals and the regulation of plant growth and physiology//Phyl. Trans. R. Soc. Lond. B. 1993.- V. 341. -P. 41-47.

147. Groot C., Marcelis L.F. M., van den Boogaard R., Kaiser W. M., Lambers H.1.teraction of nitrogen and phosphorus nutrition in determining growth//Plant and Soil. 2010.- V. 248. -P.257-268, DOI: 10.1023/A: 1022323215010.

148. Giines A., Inal A., Aktas M. Reducing nitrate content of NFT grown winter onion plants (Allium cepa L.) by partial replacement of N03 with amino acid in nutrient solution//Scientia Horticulturae. 1996.- V. 65. -P.203-208.

149. Guo J., Yang Y., Wang G., Liudong Yang L., Sun X. Ecophysiological responses of Abies fabri seedlings to drought stress and nitrogen supply//Physiologia Plantarum. 2010.- V. 139. -P.335-347.

150. Hachez C., Zelazny E., Chaumont F. Modulating the expression of aquaporin genes in planta: A key to understand their physiological functions?//Biochim. Biophys. Acta. 2006.- V. 1758. -P.l 142-1153.

151. Hager A. Role of the plasma membrane H+-ATPase in auxin-induced elongation growth: historical and new aspects//J Plant Res. 2003.- V. 116. -P.483-505.

152. Hansen H., Dorffling K. Root-derived trans-zeatin riboside and abscisic acid in drought-stressed and rewatered sunflower plants: interaction in the control of leaf diffusive resistance?//Func. Plant Biol. 2003.- V. 30. -P.365-375.

153. Hare P.D., Cress W.A., van Staden J. The involvement of cytokinins in plant responses to environmental stress // Plant Growth Regul. 1997.- V. 23. -P.79-103.

154. Hare P.D., Van Staden J. Cytokinin oxidase: biochemical features and physiological significance//Physiol. Plant. 1994,- V. 91. -P.128-136.

155. Hartig K., Beck E. Crosstalk between auxin, cytokinins and sugars in the plant cell cycle//Plant Biol. 2006.- V. 8. -P.389-396.

156. Hartung W. The site of action of abscisic acid at the guard cell plasmalemma of Vaierianella locusla//Plant, Cell Environ. 1983.- V. 6. -P.427-428.

157. Hartung W., Radin J.W., Herndrix D.L. Abscisic acid movement into the apoplastic solution of water-stressed cotton leaves. Role of apoplastic pH//Plant Physiol. 1988.-V. 86. -P.908-913.

158. Hartung W., Sauter A., Hose E. Abscisic acid in the xylem: where does it come from, where does it go?//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P.27-32.

159. Heilmeier H., Schulze E.D., Jiang F., Hartung W. General relations of stomatal responses to xylem sap abscisic acid under stress in the rooting zone: a global perspective//Flora. 2007.- V. 202. -P.624-636.

160. Henson I.E., Wareing P.F. Cytokinins in Xanthium strumarium L. The metabolism of cytokinins in detached leaves and buds in relation to photoperiod//New Phytol. 1977.- V. 78. -P.27-33.

161. Hirose N., Takei K., Kuroda T., Kamada-Nobusada T., Hayashi H., Sakakibara H. Regulation of cytokinin biosynthesis, compartmentalization and translocation//J. Exp. Bot. 2008.- V. 59. -P.75-83.

162. Hodge A. The plastic plant: root responses to heterogeneous supplies of nutrients//New Phytologist. 2004.- V. 162. -P.9-24.

163. Holbrook N.M., Shashidhar V.R., James R.A., Munns R. Stomatal control in tomato with ABA-deficient roots: response of grafted plants to soil drying//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P.1503-1514.

164. Hooker T.S., Thorpe T.A. Effects of fluridone and abscisic acid on lateral root initiation and root elongation of excised tomato roots cultured in vitro//Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1998.- V. 52. -P. 199203.

165. Horgan R.// Physiology and biochemistry of cytokinins in plants/ Eds. Kaminek M., Mok D.W.S., Zazimalova E., The Hague:Academic Publishing, 1992.-P.3-12.

166. Hsiao T.C., Xu L.K. Sensitivity of growth of roots versus leaves to water stress: biophysical analysis and relation to water transport//.!. Exp. Bot. -2000.-V. 51.-P. 1595-1616.

167. Hu Y., Poh H.M., Chua N.H. The Arabidopsis ARGOS-LIKE gene regulates cell expansion during organ growth//PlantJ. 2006.- V. 47. -P. 1-9.

168. Hunt R.S. Further observations on root-shoot equilibria in perennial rye-grass (Lolium perenne)//Ann. Bot. 1975.- V. 39. -P.745-755.

169. Jackson M. Are plants hormones involved in root to shoot communication?//Advanced in Botanical Research/Ed. J.A.Callow. Academic Press, 1993.-V. 19. -P.103-187.

170. Jackson M.B. Ethylene-promoted Elongation: an adaptation to submergence stress//Ann. Bot. 2008.- V. 101. -P. 229-248.

171. Jackson M.B. Long-distance signaling from roots to shoots assessed: the flooding story//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P.175-181.

172. Janicka-Russak M., Klobus G. Modification of plasma membrane and vacuolar H+-ATPases in response to NaCl and ABA//J. Plant Physiol. 2007.-V. 164. -P.295-302.

173. Jeschke W.D., Hartung W. Root-shoot interactions in mineral nutrition//Plant and Soil. 2000. - V.226. - P.57-69.

174. Jeschke W.D., Peukel A.D., Pate J.S., Hartung W. Transport, synthesis and catabolism of abscisic acid (ABA) in intact plants of castor bean (Ricinus communis L.) under phosphate deficiency and moderate salinity//J. Exp. Bot. 1997.- V. 48. -P. 1737-1747.

175. Jiang F., Hartung W. Long-distance signalling of abscisic acid (ABA): the factors regulating the intensity of the ABA signal//J. Exp. Bot. -2008.V.- 59. -P.37—43.

176. Jiang F., Veselova S., Veselov D., Kudoyarova G., Jeschke W.D., Hartung W.

177. Cytokinin flows from Hordeum vulgare to the hemiparasite Rhinanthus minor and the influence of infection on host and parasite cytokinins relations//Funct. Plant Biol. 2005.- V. 32. -P.619-629.

178. Johansson I., Karlsson M., Shukla V.K., Chrispeels M.J., Larsson C., Kjellbom P. Water transport activity of the plasma membrane aquaporin PM28A is regulated by phosphorylation//Plant Cell. 1998.- V. 10. -P.451-459.

179. Jones H., Tomos A.D., Leith R.A., Jones R.G.W. Water relations of epidermal and cortical cells of the primary root of Triticum aestivum L.//Planta. -1983.-V. 158. -P.230-236.

180. Jones H.G. Plants and microclimate (2nd edition). — Cambridge: Cambridge university press, 1992.

181. Jones R., Schreiber B. Role and function of cytokinin oxidase in plants//Plant Grow. Regul. 1997.- V. 23. -P. 123-134.

182. Kaiser W.M., Hartung W. Uptake and release of abscisic acid by isolated photoautotrophic mesophyll cells, depending on pH gradients//Plant Physiol. 1981.- V. 68. -P.202-206.

183. Kakimoto T. Identification of plant cytokinin biosynthetic enzymes as dimethylallyl diphosphate :ATP/ADP isopentenyltransferases//Plant and Cell Physiology. 2001.- V. 42. -P. 677-685.

184. Kaldenhoff R., Fischer M. Functional aquaporin diversity in plants//Biochimica et Biophysica Acta. -2006.-V. 1758. -P. 1134-1141.

185. Kaldenhoff R., Ribas-Carbo M., Flexas J., Lovisolo C., Heckwolf M., Uehlein U. Aquaporins and plant water balance//Plant Cell Environ. 2008.-V. 31. -P.658-666.

186. Karmoker J.L., Clarkson D.T., Saker L.R., Rooney J.M., Purves J.V. Sulphate deprivation depresses the transport of nitrogen to the xylem and the hydraulic conductivity of barley (Hordeum vulgare L.) roots//Planta. -1991.-V. 185. -P.269-278.

187. Kerk N.M., Ceserani T., Tausta S.L., Sussex I.M., Nelson T.M. Laser capturemicrodissection of cells from plant tissues/ZPlant. Physiol. 2003.- V. 132. -P.27-35.

188. Kerk N.M., Jiang K., Feldman L.J. Auxin metabolism in the root apical meristem//Plant Physiology. 2000.- V. 122. -P.925-932.

189. Kiba T., Kudo T., Kojima M., Sakakibara H. Hormonal control of nitrogen acquisition: roles of auxin, abscisic acid, and cytokinin//J. Exp. Bot. -2011.-V. 62. -P. 1399-1409.

190. Kiba T., Naitou T., Koizumi N., Yamashino T., Sakakibara H., Mizuno T.

191. Combinatorial microarray analysis revealing Arabidopsis genesimplicated in cytokinin responses through HisAsp phosphorelay circuitry//Plant and Cell Physiol. 2005.- V. 46. -P.339-355.

192. Kjellbom P., Larsson C., Johansson I. et al. Aquaporins and water homeostasis in plants//Trends in Plant Sci. 1999.- V.4. -P.308-314.

193. Komor E., Lieg.l I., Schobert C. Loading and translocation of various cytokinins in phloem and xylem of the seedlings of Ricinus communis L.//Planta. 1993.-V. 191. -P.252-255.

194. Krol E., Trebacz K. Ways of Ion Channel Gating in Plant Cells//Ann. Bot. -2000.- V. 86. -P.449-469.

195. Kuderova A., Urbankova I., Valkova M., Malbeck J., Brzobohaty B., Nemethova D., Hejatko J. Effects of conditional IPT-dependent cytokinin overproduction on root architecture of arabidopsis seedlings//Plant Cell Physiol. 2008.- V. 49. -P.570-582.

196. Kudo T., Kiba T., Sakakibara H. Metabolism and long-distance translocation of cytokinins//J. Integr. Plant Biol. 2010.- V. 52. -P.53-60.

197. Kuiper D., Schuit J., Kuiper P.J.C. Effects of internal and external cytokinin concentrations on root growth and shoot to root ratio of Plantago major ssp pleiosperma at different nutrient conditions//Plant and Soil. 1988.-V. 111. -P.231-236.

198. Kuiper D., Staal M. The effects of endogenously applied plant growth substances on the physiological plasticity in Plantago major ssp. pleiosperma: responses of growth, shoot to root ratio and respiration//Physiol. Plant. 1987.- V. 69. -P.651-658.

199. Kurakawa T., Ueda N., Maekawa M., Kobayashi K., Kojima M., Nagato Y., Sakakibara H., Kyozuka J. Direct control of shoot meristem activity by a cytokinin-activating enzyme//Nature. 2007.- V. 445. -P.652— 655.

200. Kuroha T., Kato H., Asami T. Yoshida S., Kamada H., Satoh S. A transDzeatin riboside in root xylem sap negatively regulates adventitious root formation on cucumber hypocotyls//J. Exp. Bot. 2002,- V. 53. -P.2193-2200.

201. R., Sosa J. L., Zavala M. E. Accumulation of zeatin O-glycosyltransferase in Phaseolus vulgaris and Zea mays following cold stress//Plant Growth Regulation. 2000.- V. 32. -P. 295-305.

202. D.T., Maurel C. Aquaporins in a challenging environment: molecular gears for adjusting plant water status//Plant, Cell Environ. 2005.- V. 28. -P.85-96.1.an S. Signalling drought in guard cells// Plant, Cell Environ. 2002.- V. 25. -P.229-237.

203. Malamy J.E., Ryan K.S. Environmental regulation of lateral root initiation in Arabidopsis/ZPlant Physiol. 2001.- V. 127. -P.899-909.

204. Malone M. Hydraulic signals//Phil. Trans. R. Soc Lond. 1993.- V. 341. -P.33-39.

205. Mansfield T.A., Hetherington A.M., Atkinson C.J. Some current aspects of stomatal physiology//Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. -1990.- V.41. -P.55-75.

206. Mansfield T.A., McAinsh M.R. Hormones as regulators of water balance//In Plant Hormones/Ed. P. J. Davies, Kluwer Academic Publisher, Dortrecht Berlin London. 1995. -P.598-616.

207. Martin H.M., Elliott M.C., Wangermann E., Pilet P.E. Auxin gradient along the root of the maize seedling//Planta. 1978.- V. 141. -P.l 79-181.

208. Martin T., Oswald O., Graham I.A. Arabidopsis seedling growth, storage mobilization, and photosynthetic gene expression are regulated by carbon: nitrogen availability//Plant Physiol. 2002.- V. 128. -P.472-481.

209. Masia A., Pitacco A., Braggio L., Giulivo C. Hormonal responses to partial drying of the root system of Helianthus annuus//J. Exp. Bot. 1994.-V. 45. -P.69-76.

210. Matsuda K., Riazi A. Stress-induced osmotic adjustment in growing regions of barley leaves//Plant Physiology. 1981.- V. 68. -P.571-576.

211. Maurel C., Verdoucq L., Luu D.T., Santoni V. Plant aquaporins: membrane channels with multiple integrated functions//Ann. Review Plant Biol. 2008.- V. 59. -P.595-624.

212. McGow B.A. Cytokinin Metabolism//Cytokinins: plant hormones in search of a role/Eds Horgan R., Jeffcoat B. Bristol: British Plant Growth Regulator Group. 1995. - P. 9-17.

213. Mclntyre G.I., Cessna A.J. Apical dominance in Phaseolus vulgaris: effect of nitrogen supply//Can. J. Bot. 1991. - V.69. -P.1337-1343.

214. McKenzie M.J., Mett V., Hugh P., Reynolds S., Jameson P.E. Controlled cytokinin production in transgenic tobacco using a copper-inducible promoter//Plant Physiol. 1998.-V. 116. -P.969-977.

215. Mees G.C., Weatherley P.E. The mechanism of water absorption by roots//Proceedings of The Royal Society of London, Series B. 1957,-V. 147. -P.367-380.

216. Meinzer F.C. Co-ordination of vapour and liquid phase water transport properties in plants//Plant, Cell Environ. 2002.- V. 25. -P.265-274.

217. Meychik N.R., Yermakov I.P. A new approach to the investigation on the ionogenic groups of root cell walls//Plant Soil. 1999.- V. 217. -P.257-264.

218. Miller C. O., Skoog F., Okumura F. S., Von Saltza M., Strong F.W. Isolation, structure and synthesis of kinetin, a substance promoting cell division//.!. American Chemical Society. 1956.- V. 11. -P. 118-131.

219. Mingo D.M., Theobald J.C., Bacon M.A., Davies W.J., Dodd I.C. Biomass allocation in tomato (Lycopersicon esculentum) plants grown under partial rootzone drying: enhancement of root growth//Func. PI. Biol. -2004.- V. 31. -P.971-978.

220. Miyawaki K., Matsumoto-Kitano M., Kakimoto T. Expression of cytokinin biosynthetic isopentenyltransferase genes in Arabidopsis: tissue specificity and regulation by auxin, cytokinin, and nitrate/ZPlant J. -2004.-V. 37. -P. 128-138.

221. Mizukami Y., Fischer R.L. Plant organ size control: AINTEGUMENTA regulates growth and cell numbers during organogenesis/ZProc. Natl. Acad. Sci. USA.- 2000.- V. 18,№97. -P.942-947.

222. Mok D.W.S., Mok M.C. Cytokinin metabolism and action//Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2001.- V. 52. -P.89-118.

223. Monyo J.H., Whittington W.J. Genetic analysis of root growth in wheat//J. Agric. Scien. 1970.- V. 74. -P.329-338.

224. Morcuende R., Perez P., Martinez-Carrasco R. Short-term feedback inhibition of photosynthesis in wheat leaves supplied with sucrose and glycerol at two temperatures//Photosynthetica. 1997.- V. 33. -P. 179-188.

225. Morris P. C. MAP kinase signal transduction pathways in plants//New Phytologist. 2001V. 151. -P.67-89.

226. Motyka V., Faiss M., Strnad M., Kaminek M., Schmulling T. Changes in cytokinin contentand cytokinin oxidase activity in response to derepression of ipt gene transcription in transgenic tobacco calli and plants/ZPlant Physiol. 1996.-V. 112. -P.1035-1043.

227. Munns R., Cramer G.R. Is coordination of leaf and root growth mediated by abscisic acid? Opinion//Plant and Soil. 1996.- V. 185. -P.33-49.

228. Munns R., Passioura J.B., Guo J., Chazen, Gramer G.R. Water relations and leaf expansion: importance of time scale//J. Exp. Bot. 2000.- V. 51. -P. 1495-504.

229. Mustafma A., Veselov S., Valcke R., Kudoyarova G. Contents of abscisic acid and cytokinins in shoots during dehydration of wheat seedlings//Biologia Plantarum. 1997.- V. 40. -P. 291-293.

230. Neuman D.S., Rood S.B., Smit B.A. Does cytokinin transport from root-to-shoot in the xylem sap regulate leaf responses to root hypoxia?//J. Exp. Bot. 1990.-V. 41. -P. 1325-1333.

231. Niinemets U., Tenhumen J.D. A model separating leaf structural and physiological effects on carbon gain along light gradients for the shade-tolerant species Acer saccharum//Plant, Cell Environ. 1997.-V.20. -P.845-866.

232. Nooden L.D., Guiamet J.J., Singh S., Letham D.S., Tsjui J., Schneider M.J. Hormonal control of senescence//Plant Growth Substances/Eds Pharis R.P., Rood S.B. Springer-Verlag, New York. 1990. -P. 537-546.

233. Nooden, L.D., Guiamet J.J., John I. Senescence mechanisms // Physiol. Plant. 1997. V. 101. V. 746-753.

234. Palmer S., Berridge D., Mac Donald A., Davies W. Control of leaf expansion in sunflower by nitrogen nutrition//J. Exp. Bot. 1996.- V. 47. -P.359-368.

235. Parent B., Hachez C., Redondo E., Simonneau T., Chaumont F., Tardieu F.

236. Drought and abscisic acid effects on aquaporin content translate into changes in hydraulic conductivity and leaf growth rate: a trans-scale approach//Plant Physiol. 2009.- V. 149. -P.2000-2012.

237. Parent B., Suard B., Serraj R., Tardieu F. Rice leaf growth and water potential are resilient to evaporative demand and soil water deficit once the effects of root system are neutralized//Plant, Cell Environ. 2010.- V. 33. -P.1256-1267.

238. Parry A.D., Griffiths A., Horgan R. Abscisic acid biosynthesis in roots. II. The effects water-stress in wild-type and abscisic acid-deficient mutant (notabilis) plants of Lycopersicon esculentum Mill.//Planta. 1992.-V. 187. -P. 192-197.

239. Passioura J.B. Water transport in and to roots//Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 1988.- V. 39. -P.245-256.

240. Paul M.J., Driscoll S.P. Sugar repression of photosynthesis: the role of carbohydrates in signaling nitrogen deficiency through source:sink imbalance//Plant, Cell Environ. 1997.- V. 20. -P.110-116.

241. Paul M.J., Pellny T.K. Carbon metabolite feedback regulation of leaf photosynthesis and development//!. Exp. Bot. 2003.- V. 54. -P.539-547.

242. Pengelly W.L., Hall P.J., Schulze A., Bandurski R.S. Distribution of Free and Ester Indole-3-Acetic Acid in the Cortex and the Stele of the Zea Mays Mesocotyl//Plant Physiol. 1982.- V. 69. -P.1304-1307.

243. Peterson C.A., Murrman M., Steudle E. Location of the major barriers to water and ion movement in young roots of Zea mays L.//Planta. 1993.- V. 190. -P. 127-136.

244. Pierce M., Raschke K. Correlation between loss of turgor and accumulation of abscisic acid in detached leaves // Planta. 1980. V. 148. P. 174-182.

245. Pierik R., Sasidharan R., Voesenek L.A.C.J. Growth control by ethylene: adjusting phenotypes to the environment//! Plant Growth Regul. -2007,-V. 26.-P. 188-200.

246. Poorter H., Nagel O. The role of biomass allocation in the growth response of plants to different levels of light, C02, nutrients and water: a quantitative review//Aust. J. Plant Physiol. 2000.- V. 27. -P.595-607.

247. Popova L.P., Outlaw W.H., Aghoram K., Hite D. R. C. Abscisic acid an intraleaf water-stress signal//Physiologia Plantarum. - 2000.- V. 108. -P.376-381.

248. Popova L.P.; Tsonev T.D.; Lazova G.N.; Stoinova Z.G. Drought- and ABA-induced changes in photosynthesis of barley plants//Physiologia Plantarum. 1996.- V. 96, №. 4. -P. 623-629.

249. Preston G.M., Carroll T.P., Guggino W.B., Agre P. Appearance of water channels in Xenopus oocytes expressing red cell CHIP28 protein//Science. 1992.- V. 256. -P.385-387.

250. Price A.N., Tomos A.D., Virk D.S. Genetic dissection of root growth in rice (Oryza sativa L) 1:A hydroponic screen//Theor. Appl. Genet. 1997.-V. 95.-P. 132-142.

251. Radin J.W., Ackerson R.C. Water relations of cotton plants under nitrogen deficiency//Plant Physiology. 1981.-V.67.-P. 115-119.

252. Radin J.W., Boyer J.S. Control of leaf expansion by nitrogen nutrition in sunflower plants//Plant Physiol. 1982.- V. 69. -P.771-775.

253. Radin J.W., Eidenbock M.P. Hydraulic conductance as a factor limiting leaf expansion of phosphorus-deficient cotton plants//Plant Physiol. -1984.- V. 75. -P.372-377.

254. Radin J.W., Matthews M.A. Water transport properties of cortical cells in roots of nitrogen- and phosphorus-deficient cotton seedlings//Plant Physiol. 1989.- V. 89. -P.264-268.

255. Rahayu Y.S., Walch-Liu P., Neumann G., Romheld V., von Wiren N., Bangerth F. Root-derived cytokinins as long-distance signals for N03 -induced stimulation of leaf growth//J. Exp. Bot. 2005.- V. 56. -P.l 143-1152.

256. Raschke K. Stomatal responses to pressure changes and interruption in the water supply of detached leaves of Zea mais L.//Plant Physiol. -1970.- V. 45. -P.415-423.

257. Rayle D.L., Cleland R.E. The in-vitro acid-growth response: relation to in-vivo growth responses and auxin action/ZPlanta. 1972 - V. 104. -P.282-296.

258. Redig P., Shaul O., Inz D., Van Montagu M., Van Onckelen H. Levels of endogenous cytokinins, indole-3-acetic acid and abscisic acid during the cell cycle of synchronized tobacco BY-2 cells//FEBS Letters. -1996.-V. 391. -P. 175-180.

259. 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 Physiology. 1998. - V. 118. - P. 1369-1378.

260. Reich P.B., Kloeppel B.D., Ellsworth D.S., Walters M.B. Different photosynthesis-nitrogen relations in deciduous hardwood and evergreen coniferous tree species//Oecologia. — 1995 — V.104. —P.24-30.

261. Reich P.B., Walters M.B., Ellsworth D.S. From tropics to tundra: global convergence in plant functioning//Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1997.-V.94. -P. 13730-13734.

262. Reiser V., Raitt D.S., Saito H. Yeast osmosensor Slnl and plant cytokinin receptor Crel respond to changes in turgor pressure//J.Cell.Biol. -2003.-V. 161. -P.1035-1040.

263. Reski R. Small molecules on the move: homeostasis, crosstalk, and molecular action of phytohormones//Plant Biol. 2006.- V.8. -P.277-280.

264. Reynolds M., Foulkes M.J., Slafer G.A., Berry P. M.A.J., Snape J.W., Angus W.J. Raising yield potential in wheat//J. Exper. Bot. 2009.- V. 60, № 7. -P. 1899-1918.

265. Riefler M., Novak O., Strnad M., Schmulling T. Arabidopsis cytokinin receptor mutants reveal functions in shoot growth, leaf senescence, seed size, germination, root development, and cytokinin metabolism//The Plant Cell. 2006.- V. 18. -P.40-54.

266. Roelfsema M.R.G., Hedrich R. In the light of stomatal opening: newinsights into 'the watergateV/New Phytol. 2005.- V. 167. -P.665-691.

267. Roitsch T., EhneP R. Regulation of source/sink relations by cytokinins//Plant Growth Regul. 2000.- V. 32. -P.359-367.

268. Rolland F., Baena-Gonzalez E., Sheen J. Sugar sensing and signalling in plants: conserved and novel mechanisms//Ann. Review Plant Biol. 2006.-V. 57. -P.675-709.

269. Romanov G.A., Lomin S.N., Schmulling T. Biochemical characteristics and ligand-binding properties of Arabidopsis cytokinin receptor ANK3 compared to CRE1/ANK4 as revealed by a direct binding assay//J. Exp. Bot. 2006.- V. 57. -P. 4051-4058.

270. Saab I.N., Sharp R.E., Pritchard J., Voetberg G.S. Increased endogenous abscisic acid maintains primary root growth and inhibits shoot growth of maize seedlings at low water potentials//Plant Physiol. 1990.- V. 93. -P.1329-1336.

271. Sabatini S., Bes D., Wolkenfelt H., Murfett J., Guilfoyle T., Jonelyn M., Benfey P., Leyser O., Bechtold N., Weisbeek P., Scheres B. An Auxin-Dependent Distal Organizer of Pattern and Polarity in the Arbidopsis Root//Cell. 1999.- V. 99. -P.463-172.

272. Sakakibara H. Cytokinins: activity, biosynthesis, and translocation//Ann. Rev. Plant Biol. 2006.- V. 57. -P. 431-449.

273. Sakakibara H., Suzuki M., Takei K., Deji A., Taniguchi M., Sugiyama T.A.

274. Response regulator homologue possibly involved in nitrogen signal transduction mediated by cytokinin in maize//Plant J. - 1998.- V.14. -P.337-344.

275. Sakakibara H., Takei K., Hirose N. Interactions between nitrogen and cytokinin in the regulation of metabolism and development//TrendsS in Plant Science. 2007.- V. 11. -P.440-447.

276. Sakamoto T, Sakakibara H, Kojima M, Nagasaki H, Yamamoto Y, Inukai Y, Sato Y, Matsuoka M. Ectopic expression of KNOX homeodomain protein induces expression of cytokinin biosynthesis gene in rice//Plant Physiology. 2006.- V. 142. -P. 54-62.

277. Salama A., Wareing P.F. Effects of mineral nutrition on endogenous cytokinins in plants of sunflower (Helianthus annuus L.)//J. Exper. Bot. 1979-V.30. -P.971-981.

278. Saliendra N.Z., Sperry J.S., Comstock J.P. Influence of water status on stomatal resistance to humidity hydraulic conductance, and soil drought in Betula occidentalis//Planta. 1995.- V. 196. -P.357-366.

279. Salisbury F.B., Marinos N.G. The ecological role of plant growth substances/ZHormonal regulation of development. III. Berlin etc.: Springer-Verlag, 1985. P. 707-764.

280. Salisbury F.J., Hall A., Grierson C.S., Halliday K.J. Phytochrome coordinates Arabidopsis shoot and root development//Plant J. 2007.- V. 50. -P.429^38.

281. Santamaria P., Elia A. Producing nitrate-free endive heads: effect of nitrogen form on growth, yield, and ion composition of endive//Journal of the American Society for Horticultural Science. 1997- V.122. -P. 140145.

282. Sattelmacher B., Gerendas J., Thorns K., Bruck H., Bagdady N.H. Interaction between root growth and mineral nutrition//Environmental and Experimental Botany. 1993.- V.33. -P.63-73.

283. Sauter A., Dietz K.J., Hartung W A possible stress physiological role of abscisic acid conjugates in root to shoot signaling//Plant, Cell Environ. -2002.-V. 25.-P. 223-228.

284. Sauter A., Hartung W. Radial transpora of abscisic acid conjugates in maize roots: its implication for long distance stress signals//J. Exp Bot. -2000.-V. 51. -P.929-935.

285. Schachtman D.P., Goodger J.Q.D. Chemical root to shoot signalling under drought//Trends in Plant Science. 2008.-V. 13. -P.281-287.

286. Schaffner A.R. Aquaporin function, structure and expression: are there more surprises to surface in plant water relations?//Planta. 1998.- V. 204. -P. 131-139.

287. Scheible W.R., Gonzalez-Fontes A., Lauerer M., Miiller-Rober B., Caboche M., Stitt M. Nitrate acts as a signal to induce organic acid metabolism and repress starch metabolism in tobacco//The Plant Cell. 1997.- V. 9. -P.783-798.

288. Schmulling T., Beinsberger S., De Greef J., Shell J., Van Onckelen H., Spena A.

289. Construction of a heat-inducible chimaeric gene to increase the cytokinin content in transgenic plant tissue//FEBS let. 1989.- 249. -P.401^06.

290. Schraut D., Heilmeier H., Hartung W. Radial transport of water and abscisic acid (ABA) in roots of Zea mays under conditions of nutrient deficiency//J Exp. Bot. 2005.- V. 56. -P.879-886.

291. Sharp R. E. Interaction with ethylene: changing views on the role of abscisic acid in root and shoot growth responses to water stress//Plant cell Environment. 2002.- V. 25. -P.211-222.

292. Sharp R., LeNoble M. ABA, ethylene and the control of shoot and root growth under water stress//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P. 33-37.

293. Sharp R.E., Poroyko V., Hejlek L.G., Spollen W.G., Springer G.K., Bohnert H.J., Nguyen H.T. Root growth maintenance during water deficits: physiology to functional genomics//J. Exp. Bot. 2004.- V. 55. -P.2343-2351.

294. Sharpe P.J.H., Wu H., Spence R.D. Stomatal mechanics//In Stomatal Function /Eds Zieger E., Farquhar G.D., Cowan I.R., Stanford University Press, Stanford.-1987. -P. 91-114.

295. Signora L., Smet I. De, Foyer C.H., Zhang H. ABA plays a central role in mediating the regulatory effects of nitrate on root branching in Arabidopsis//Plant J. 2001.- V. 28. -P.655-662.

296. Singh S., Letham D.S., Zhang X., Palni I.M.S. Cytokinin biochemistry in relation to leaf senescence. VI. Effect of nitrogenous nutrients oncytokinin levels and senescence of tobacco leaves//Physiol. Plant. -1992.-V.84. -P.262-268.

297. Siopongco J.DLC, Sekiya K., Yamauchi A., Egdane J., Ismail A.M., Wade L.J.

298. Stomatal responses in rainfed lowland rice to partial soil drying; Evidence for root signals/ZPlant prod. Sci. 2008.- V. 11. -P. 28-41.

299. Skoog F., Miller C.O. Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissue cultures in vitro//Symp. Soc. Exp. Biol. 1957,- V. 11. -P. 118-131.

300. Slovik S., Daeter W., Hartung W. Compartmental redistribution and longdistance transport of abscisic acid (ABA) in plants as influenced by environmental changes in the rhizosphere —a biomathematical model//J. Exp. Bot. 1995.- V. 46. -P.881-894.

301. Slovik S., Hartung W. Compartmental distribution and redistribution of ABA in intact leaves. II. Model analysis//Planta. 1992.- V. 187. -P.26-36.

302. Smet I.D., Signora L., Beeckman T., Inze D., Foyer C.H., Zhang H. An abscisic acid-sensitive checkpoint in lateral root development of Arabidopsis//The Plant Journal. 2003.- V. 33, №3. -P.543-555.

303. Smith H., Whitelam G.C. The shade avoidance syndrome: multiple responses mediated by multiple phytoshromes//Plant, Cell Environ. 1997.- V. 20. -P.840-844.

304. Sobeih W.Y., Dodd I.C., Bacon M.A., Grierson D., Davies W.J. Long-distance signals regulating stomatal conductance and leaf growth in tomato (Lycopersicon esculentum) plants subjected to partial root zone drying//J Exp. Bot. 2004.- V.55. -P.2353-2363.

305. Sobrado M. A. Relationship of water transport to anatomical features in the mangrove Laguncularia racemosa grown under contrasting salinities//New Phytologist. 2007.- V. 173. -P.584-591.

306. Spollen W.G., LeNoble M.E., Samuels T.D., Bernstein N., Sharp R.E. Abscisic acid accumulation maintains maize primaiy root elongation at low water potentials by restricting ethylene production//Plant Physiology. -2000.-V. 122. -P.967-976.

307. Steudle E. The cohesion-tension mechanism and the aquisition of water by plant roots//Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 2001.- V.52. -P.847-875.

308. Steudle E. Water uptake by roots: effects of water deficit // J. Exp. Bot. 2000.-V. 51.-P. 1531-1542.

309. Steudle E., Frensch J. Water transport in plants: role of the apoplast//Plant and Soil. 1996.- V. 187. -P.67-79.

310. Stitt M., MQller C., Matt P., Gilbon Y., Carillo P., Morcuende R., Scheible W.-R., Krapp A. Steps towards an integrated view of nitrogen metabolism//! Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P.959-970.

311. Studer C., Hu Y., Schmidhalte U. Evaluation of the differential osmotic adjustments between roots and leaves of maize seedlings with single or combined NPK-nutrient supply/ZFunc. Plant Biol. 2007.-V. 34. -P.228-236.

312. Suzuki M., Kao C.Y., Cocciolone S., McCarty D.R. Maize VP1 complements Arabidopsis abi3 and confers a novel ABA/auxin interaction in roots//Plant J. 2001.- V 28. -P.409-418.

313. Swarup R., Friml J., Marchant A., Ljung K., Sandberg G., Palme K., Bennet M. Localization of the auxin permease AUX1 suggests two functional distinct hormone pathways operate in the Arabidopsis root apex//Gene Dev. 2001.- V. 15. -P.2648-2653.

314. Takahashi K., Hirata S., Kido N., Katou K. Wall-yielding properties of cell walls from elongating Cucumber hypocotyls in relation to the action of expansin//Plant Cell Physiol. 2006.- V. 47, №11. -P. 1520-1529.

315. Takei K., Takahashi T., Sugiyama T., Yamaya T., Sakakibara H. Multiple routes communicating nitrogen availability from roots to shoots: a signal transduction pathway mediated by cytokinin//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P.971-977.

316. Takei K., Ueda N., Aoki K., Kuromori T., Hirayama T., Shinozaki K., Yamaya T., Sakakibara H. AtIPT3 is a key determinant of nitrate-dependent cytokinin biosynthesis in Arabidopsis//Plant and Cell Physiol. 2004.-V. 45. -P. 1053-1062.

317. Tanaka M., Takei K., Kojima M., Sakakibara H., Mori H. Auxin controls local cytokinin biosynthesis in the nodal stem in apical dominance//Plant J. 2006.- V. 45. -P. 1028-1036.

318. Tanaka Y., Sano T., Tamaoki M., Nakajima N., Kondo N., Hasezawa S.

319. Ethylene inhibits abscisic acid-induced stomatal closure in Arabidopsis//Plant Physiol. 2005.- V. 138. -P.2337-2343.

320. Tang A., Boyer J.S. Growth-induced water potentials and the growth of maize leaves//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P.489-503.

321. Taniguchi H., Kiba T., Sakakibara T., Ueguchi C., Siguyama T. Expression of Arabidopsis response regulator homologs is induced by cytokinins and nitrate//FESB Letters. 1998.- V. 429. -P.259-262.

322. Tardieu F., Parent B., Simonneau T. Control of leaf growth by abscisic acid: hydraulic or non-hydraulic processes?//Plant, Cell Environ. 2010.-V. 33. -P.636-647.

323. Trejo C.L., Clephan A.L., Davies W.J. How do stomata read abscisic acid signals?//Plant Physiol. 1995.-V. 109. -P.803-811.

324. Trejo C.L., Davies W.J. Drought induced closure of Phaseolus vulgaris L.stomata precedes leaf water deficit and any increase in xylem ABA concentration//J Exp Bot. 1991.- V. 42. -P. 1507-1515.

325. Tyree M.T., Ewers F.W. The hydraulic architecture of trees and other woody plants//New Phytologist. 1991.- V. 119. -P.345-360.

326. Van der Werf A., Nagel O.W. Carbon allocation to shoots and roots in relation to nitrogen supply is mediated by cytokinins and sucrose: opinion//Plant Soil. 1996.- V. 185. -P.21-32.

327. Van Staden J., Harty R. Cytikinins and adventitious root formation//In: Adventitious root formation in cuttings/Eds. Davies T.D., Haissig B.E., Sankhila N. Dioscorides Press, 1988.- V.2. -P. 185-201.

328. Veselov S. Yu., Valcke R., Van Onckelen H., Kudoyarova G.R. Cytokinin content and location in the leaves of the wild-type and transgenic tobacco plants//Russian Journal of Plant Physiology. 1999.- V. 46. -P.26-31.

329. Veselov S.Yu., Kudoyarova G.R., Egutkin N.L., Guili-Zade V.Z., Mustafina A.R., Kof E.M. Modified solvent partitioning scheme providing increased specificity and rapidity of immunoassay for indole 3-acetic acid//Physiol. Plant. 1992.- V. 86. -P.93-96.

330. Vickova A., Spundova M., Kotabova E., Novotny R., Dolezal K., Naus J.

331. Protective cytokinin action switches to damaging during senescenceof detached wheat leaves in continuous light//Physiol. Plant. 2006.-V.126. -P.257-267.

332. Walch-Liu P., Filleur S., Gan Y., Forde B.G. Signaling mechanisms integrating root and shoot responses to changes in the nitrogen supply//Photosynthesis Research. 2005.-V. 83. -P.239-250.

333. Walch-Liu P., Ivanov I.I., Filleur S., Gan Y., Remans T., Forde B.G. Nitrogen regulation of root branching//Annals of Botany. 2006.- V. 97. -P.875-881.

334. Wallace A., Frohlich A. Phosphorus deficiency symptoms in tobacco versus transpirational water loss//Nature. 1965 - V.208. -P. 123-124.

335. Warren C.R. Stand aside stomata, another actor deserves centre stage: the forgotten role of the internal conductance to C02 transfer//.!. Exp. Bot. 2008.- V. 59, № 7. -P.1475-1487.

336. Wartinger A., Heilmeier H., Hartung W., Schulze E.D. Daily and seasonal courses of leaf conductance and abscisic acid in the xylem sap of almond trees Prunus dulcis (Miller) D.A.Webb. under desert conditions//The New Phytol. 1990.- V. 116. -P.581-587.

337. Wasilewska A., Fiorina Via, Caroline Sirichandr, Yulia Redko, Fabien Jammesc, Christiane Valona, Nicolas Frei dit Freya and Jeffrey Leunga. An update on abscisic acid signaling in plants and more.//Molecular Plant. 2008.- V. 1. -P. 198-217.

338. Werner T, Kollmer I, Bartrina I, Hoist K, Schmu" lling T. New insights into the biology of cytokinin degradation//Plant Biology. 2006.- V. 8. -P.371-381.

339. Werner T., Motyka V., Laucou V., Smets R., Van Onckelen H., Schmulling T.

340. Cytokinin-deficient transgenic Arabidopsis plants show multiple developmental alterations indicating opposite functions of cytokininsin the regulation of shoot and root meristem activity//Plant Cell. -2003.-V. 15. -P.2532-2550.

341. Werner T., Motyka V., Strnad M., Schmulling T. Regulation of plant growth by cytokinin/ZProceedings of the National Academy of Sciences, USA. -2001.- V. 98. -P. 10487-10492.

342. Wilkinson S., Bacon M.A., Davies W.J. Nitrate signalling to stomata and growing leaves: interactions with soil drying, ABA and xylem sap pH in maize//J. Exp. Bot. 2007.- V. 58. -P.1705-1716.

343. Wilkinson S., Davies W.J. Drought, ozone, ABA and ethylene: new insights from cell to plant to community//Plant,Cell Environ. 2010.- V. 33. — P.510-525.

344. Wilkinson S., W. J. Davies. ABA-based chemical signalling: the co-ordination of responses to stress in plants/ZPlant, Cell Environ. 2002.- V. 25. -P. 195-210.

345. Wright S.T., Hiron R.P. (+) Abscisic acid, the growth inhibitor induced in detached wheat leaves by a period of wilting//Nature. 1969.- V. 224. -P.719-720.

346. Wu Y., Cosgrove D. Adaptation of roots to low water potentials by changes in cell wall extensibility and cell wall proteins//J. Exp. Bot. 2000.- V. 51. -P.1543-1553.

347. Xiao-Ping S., Xi-Gui S. Cytokinin- and auxin-induced stomatal opening is related to the change of nitric oxide levels in guard cells in broad bean//Phiologia Plantarum. 2006,- V. 128. -P.569-579.

348. Xiong L., Zhu J.-K. Molecular and genetic aspects of plant responses to osmotic stress// Plant, Cell Environ. 2002.- V. 25. -P. 131-139.

349. Yamaguchi M., Sharp R.E. Complexity and coordination of root growth at low water potentials: recent advances from transcriptomic and proteomic analyses//Plant, Cell Environ. 2010.- V. 33. -P.590-603.

350. Yang S.H., Yu H., Goh C.J. Isolation and characterization of the orchid cytokinin oxidase DSCKX1 promoter//J. Exp. Bot. 2002.- V. 53. -P. 1899-1907.

351. Yin C., Duan B., Wang X., Li C. Morphological and physiological responses of two contrasting Poplar species to drought stress and exogenous abscisic acid application//Plant Science. 2004.- V. 167. -P. 10911097.

352. Zazimalova E., Kaminek M., Brezinova A., Motyka V. Control of cytokinin biosynthesis and metabolism//In Biochemistry and Molecular Biology of Plant Hormones/ Eds. Hooykaas P.J.J., Hall M.A., Libbenga K.R. Elsevier Science, 1999.

353. Zeevaart J.A.D., Creelman R.A. Metabolism and physiology of abscisic acid//Annual Review of Plant Physiology. 1988.- V. 39. -P.439-473.

354. Zhang J., Davies W.J. Abscisic acid produced in dehydrating roots may enable the plant to measure the water status of the soil//Plant Cell Envir. -1989.-V. 12. -P.73-81.

355. Zhang J., Davies W.J. Does ABA in the xylem control the rate of leaf growth in soil-dried maize and sunflower plants?// Exp. Bot. 1990,- V. 41. -P. 1125-1132.

356. Zhang R., Letham D.S., Willcocks D.A. Movement to bark and metabolism of xylem cytokinins in stems of Lupinus angustifolius/ZPhytochemistry. 2002.- V. 60. -P.483-488.

357. Zhang H., Rong H., Pilbeam D. Signalling mechanisms underlying the morphological responses of the root system to nitrogen in Arabidopsis thaliana//J. Exp.Bot. 2007.- V. 58. -P. 2329-2338.

358. Zimmermann H.M., Steudle E. Apoplastic transport across young maize roots: effect of the exodermis//Planta. 1998.- V. 206. -P.7-19.

Информация о работе

Высоцкая, Лидия Борисовна
доктора биологических наук
Уфа, 2012
ВАК 03.01.05

Диссертация

Распространение гормональных, гидравлических и трофических сигналов и их взаимодействие в растениях при внешних воздействиях на корневую систему. - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы