Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние мутантных генов в различной генотипической среде на физиологические функции Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние мутантных генов в различной генотипической среде на физиологические функции Arabidopsis thaliana (L.) Heynh."

На правах рукописи

□ОЗ163129

УСМАНОВ ТИМУР ПУЛАТОВИЧ

ВЛИЯНИЕ МУТАНТНЫХ ГЕНОВ В РАЗЛИЧНОЙ ГЕНОТИПИЧЕСКОЙ СРЕДЕ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ АгаЫёорв!» ИтНапа (Ь.) НеупЬ.

(03.00.12 - физиология и биохимия растений, 03.00.15 - генетика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Душанбе - 2007

003163129

Работа выполнена в Отделе генетики Института физиологии растений и генетики Академии наук Республики Таджикистан

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

Бободжанов Вахоб Акбарович

кандидат биологических наук Хурматов Худойберды Хасанбаевич

Ведущая организация

Таджикский государственный национальный университет

оо

Защита диссертации состоится « » 2007 г в ¿С час

на заседании диссертационного совета Д 047 001 01 при Институте физиологии растений и генетики Академии наук Республики Таджикистан (734063, г Душанбе, ул Айни, 299/2, e-mail asrtkanmov@mail ru)

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им И Ганди Академии наук Республики Таджикистан

Автореферат разослан « ¿г^Я 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета, >гГ/Ь- м

доктор биологических наук 7 Б.Б.Джумаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Формирование урожая растений определяет продукционный процесс, важнейшей и неотъемлемой частью которого является фотосинтез Ход продукционного процесса зависит от комплекса внешних и внутренних условий С целью поиска путей его оптимизации широко исследуется влияние факторов внешней среды на фотосинтетическую активность и другие физиологические реакции растения Тем не менее, из опыта практической селекции хорошо известно, что проявление физиологических признаков можно изменить и путем подбора генов-модификаторов, то есть посредством изменения фундаментального внутреннего фактора -генотипической среды (Сидорова, 1981; Инге-Вечтомов, 1989)

Современные представления о механизмах влияния генотипической среды на проявление гена в формировании признака развиты, главным образом, на основе исследования животных (Тимофеев-Ресовский, Иванов, 1966, Астауров, 1974, Фадеева и др , 1980) Применительно к растениям плодотворное изучение этой проблемы ограничивается, как принято считать, слабой изученностью частной генетики подавляющего числа сельскохозяйственных культур (Фадеева и др,1980) О закономерностях действия мутаций в различной генотипической среде на физиологические свойства и продуктивность растений сведений чрезвычайно мало.

Для успешного решения проблем мутационной селекции в целом и понимания принципов действия мутаций в различной генотипической среде на физиологические функции растительного организма необходимо создание экспериментальных модельных систем с последующей экстраполяцией полученных данных на объекты, имеющие практическое значение (Захаров, 1979) В этой связи арабидопсис - ( АгаЫйорзгз 1каЬапа(Ь ) НеупК), эфемерные расы и мутантные формы которого обладают целым рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с другими растениями, стал удобным объектом для проведения плодотворных исследований в различных областях общей и физиологической генетики и физиологии растений (Квитко, Мюллер, 1961, Касьяненко, 1966, Ые<1е1,1969, 1975; Абдуллаев, 1972; Ба-баджанова,1972; Иванов,1974, Гиллер, 1982, Шукла, 1982, Хурматов, 1983, Усманов, 1984, Якубова, 1984, Бакаева, 1987; Саидмурадов, 1988, Бабаджанова, 1990, Усманова, 1990 и др )

Благодаря уникальной генетической коллекции арабидопсиса и большому опыту работы с этим объектом, геном которого совсем недавно был полностью секвенирован (Мокроносов, Кузнецов, 1999; Томилова, 2000, 1^и8ке1 & а1,2001), в Отделе генетики Института физиологии растений и генетики АН РТ создаются экспериментальные модельные системы, которые можно использовать для изучения феногенетики сложных физиологических процессов и признаков. Особенно актуально применение этих моделей и линий, несущих в гетерозиготном состоянии летальные хлорофилль-ные мутации, для исследования закономерностей действия мутантного гена в различной генотипической среде на формирование признака плодовитости и в целом на продуктивность растений

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - исследование влияния различных сочетаний сигнальных генов и ап, локали-

зованных во всех пяти хромосомах, на некоторые физиологические функции и плодовитость множественно маркированных генетически чистых линий арабидопсиса, а также изучение действия летальных хлорофилльных мутаций в гетерозиготном состоянии на семенную продуктивность этого растения

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи

- на основе отобранных из генетической коллекции маркерных линий ус*ег, ап и мутанта и' путем поэтапных скрещиваний создать экспериментальную модельную систему с различным сочетанием сигнальных генов 1г\'сег^Гап (пятерной рецессив)Я ¿каЬапа,

- исследовать особенности роста и развития 32-х генетически чистых линий арабидопсиса с различными сочетаниями сигнальных генов,

- изучить действие сигнальных генов в различных генотипических средах на массу 1000 семян;

- выяснить влияние сигнальных генов в зависимости от генотипа на характер изменчивости числа семян в стручке (плоде);

- изучить действие сигнальных генов в различных генотипических средах на характер изменчивости числа семян на одном растении,

- изучить действие гена 1г * в комбинации с другими сигнальными генами на интенсивность фотосинтеза,

- выяснить влияние летальных хлорофилльных мутаций в гетерозиготном состоянии на семенную продуктивность арабидопсиса

Научная новизна и практическая значимость работы Впервые создана экспериментальная модельная система (г >с \Гап (пятерной рецессив) А гкакапа, позволяющая плодотворно изучать феногенетику сложных физиологических процессов и особенности действия мутантного гена в разной генотипической среде Получена полная феногенетическая характеристика 32-х по-разному маркированных различными сигнальными генами генетически чистых линий арабидопсиса, которая выявила большой потенциал генотипической изменчивости вида А Лакана по плодовитости - интегральному показателю физиологической активности растительного организма

Впервые показано, что различная генотипическая среда по-разному влияет на проявление генов и, >с, 'ег, и ап, если оценивать их действие по различным параметрам признака плодовитости (масса 1000 семян, число семян в плоде, число семян на одном растении) Обнаружено закономерное уменьшение величин этих показателей в зависимости от числа мутантных генов, вводимых в генотип Максимальные величины массы семян, числа семян в стручке и на одном растении наблюдались в том случае, когда в генотип арабидопсиса вводили единичные гены и', vc , ег\gГ и ап

Установлено, что изменчивость массы семян и числа семян, формирующихся на одном растении, зависит от различных сочетаний сигнальных генов Масса семян, получаемая с одного растения, является постоянной

величиной при условии введения в генотип арабидопсиса от одного до трех генов При введении в генотип четырех и пяти генов этот показатель резко уменьшается

Показано, что ген tr\ детерминирующий морфологический признак -тройные плоды, в сочетании с сигнальными генами, особенно с vc,an и er, приводит к значительному повышению интенсивности фотосинтеза

Исследование влияния летальных мутаций в гетерозиготном состоянии на физиологические процессы выявило ряд мутантных гетерозигот арабидопсиса, статистически достоверно превосходящих исходную расу Enkheim по показателям роста, развития и семенной продуктивности (эффект моногибридного гетерозиса) Показано, что фенотипическое проявление моногибридного гетерозиса при выращивании в одних и тех же условиях существенно зависит от времени года

Результаты изучения плодовитости растений на примере модельного объекта - арабидопсиса указывают на сложную картину проявления летальных и витальных мутаций в зависимости от эндогенных и экзогенных факторов Вместе с тем, на основе полученных нами данных есть все основания предполагать, что, комбинируя эти факторы, можно создать необходимые условия для максимального проявления действия генов, влияющих на плодовитость, и использовать эти подходы для разработки эффективных генетико-селекционных методов повышения урожайности сельскохозяйственных растений.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены (или представлены) на научной конференции «Биосфера и человечество», посвяшенной 100-летию со дня рождения Н В Тимофеева-Ресовского (Обнинск, 2000), Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Н В Тимофеева-Ресовского (Минск, 2000), научной конференции молодых ученых Академии наук Республики Таджикистан, посвященной 50-летию АН РТ (Душанбе, 2001), Юбилейной конференции, посвященной 100-летию профессора А Р Жебрака и 70-летию образования кафедры генетики в Московской сельскохозяйственной академии им К. А Тимирязева (Москва, 2002), научной конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития физиологии растений», посвященной 40-летию Института физиологии растений и генетики АН РТ и 80-летию города Душанбе (Душанбе, 2004), второй Международной конференции «Современные проблемы генетики, радиобиологии, радиоэкологии и эволюции», посвященной 105-ой годовщине со дня рождения Н В Тимофеева-Ресовского (Ереван, 2005 ).

Публикации По теме диссертации опубликовано 8 работ

Структура и объем работы Диссертация изложена на 99 страницах машинописного текста, включает 11 таблиц и 4 графика, состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и списка использованной литературы, включающего 220 наименований, в том числе 61 - иностранных авторов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1. Объекты и методы исследований

Работа проводилась (1993-2001 гт) в условиях высокогорья, на опытных участках Высокогорной биологической станции «Сиекух» Института физиологии растений и генетики АН РТ (2350 м над ур моря), а также в теплице и в лабораторных условиях на территории Отдела генетики Института физиологии растений и генетики АН РТ (г Душанбе)

В качестве объектов исследований служили тесторные линии араби-допсиса vcer\ glan и tr (Redei, 1965, Usmanov, 1970), выделенные из расы Columbia glabra (gl) - отсутствие опушения, ген локализован в Ш-ей группе сцепления, angystifoha (an)— узкий удлиненный лист, 1-я группа сцепления, viridicauhs (ve) - стебель светло-зеленого цвета, IV-я группа сцепления, erecta (ег)- растения эректоидного типа, П - я группа сцепления, triplex (tr)- тройные стручки, V-я группа сцепления. Скрещивания проводили по методике, описанной в работе П Д Усманова и А Мюллера (1970)

После основательной проверки на чистоту наследования мутантных генов в череде 3-7 поколений множественно маркированные различными сигнальными генами растения арабидопсиса выращивали в пластмассовых ванночках (24x14x7), заполненных цветочной почвой с речным песком в соотношении 2 1 Почву в ванночках тщательно увлажняли Тупым концом карандаша делали по 28 углублений в каждой ванночке и в каждое углубление помещали по 2-3 воздушно-сухих семени Лунки на поверхности почвы это своеобразные метки, облегчающие контроль за процессом прорастания семян, так как на поверхности почвы, перемешанной с песком, мелкие семена арабидопсиса плохо заметны Кроме того, в отверстиях-лунках скапливается вода при поливе, что предотвращает нежелательную подсушку семян, способствуя их ускоренному прорастанию После появления всходов проводили прореживание, оставляя в каждой лунке по одному проростку. Растения выращивали в период с марта по май в Душанбе, а с июня по сентябрь - в полевых условиях Биостанции «Сиекух». На различных этапах роста и развития по вариантам опытов проводили фенологические наблюдения, а также учитывали изменчивость ряда количественных признаков растений

Учет количественных признаков проводили также и на гербарных образцах Анализировали следующие показатели высоту растения до закладки первого стручка и до верхушки соцветия на главном стебле, число стеблей (кустистость), количество боковых ветвей, число стручков (плодов) на главном стебле, число стручков на остальных ветвях, длину стручка на главном стебле (без плодоножки); число семян в стручке, число семян на одном растении, массу 1000 семян, на основе которой, рассчитывали массу одного семени, диаметр розеточных листьев, длину стержневого корня Из перечисленных параметров мы отдали предпочтение трем - числу стручков на одном растении с количеством семян в одном стручке, массе 1000 семян и числу семян на одном растении Выбранные показатели, как нам представляется, вполне объективно характеризуют семенную продук-

тивность растений Все изучаемые показатели по всем вариантам опытов проводились на 15 растениях арабидопсиса

Цитологический анализ мезоструктуры (число и размер хлоропластов, размер и число клеток) проводили на сформировавшихся средних участках розеточных листьях Инфильтрацию срезов проводили в изотоническом растворе сахарозы по общепринятой методике (Боннер, 1968). Препараты анализировали под световым микроскопом МБИ-3 при увеличении х300 Диаметр хлоропласта измеряли окуляр-микрометром MOB-15х при общем увеличении х1350

В фазы бутонизации и цветения растений на розеточных листьях определяли интенсивность фотосинтеза по выделению кислорода полярографическим методом (Зеленский, 1986)

В опытах по действию летальных мутаций были отобраны 87 гетерозиготных линий, в потомстве которых выщеплялись рецессивные эмбрионально-летальные хлорофилльные мутации типа albina (al), xantha (xa) и chlorina (ch) Семенное потомство гетерозиготных растений выращивали в контролируемых условиях (в пробирках на поверхности агара при 16-ти - часовом освещении люминесцентными лампами в фотостате), и в полевых условиях на Биостанции «Сиекух» По мере роста и развития растений проводили фенологические наблюдения, а в конце вегетации анализировали изменчивость ряда количественных признаков, отдавая предпочтение показателям семенной продуктивности

Для обработки результатов исследований использовали общепринятые статистические методы (Рокитский,1973, ДоспеховД 983)

Глава 2. Создание экспериментальной модели tr'vc er'gran" для изучения действия мутаитиых генов на плодовитость растений

Для получения множественно маркированных различными сигнальными генами линий арабидопсиса (т е линий с различной генотипической средой) проводили поэтапные скрещивания На первом этапе скрещивали ve 'ег х gVan с выделением в системе тетрагибридного скрещивания нового четверного рецессива vc'er'gl'an. На втором - осуществляли скрещивание ve'ег'gVan xtr В F, поколении от этих скрещиваний был выделен тройной рецессив tr'vc'gl На третьем этапе скрестили vc" er'gl'an х tr'vc'gl и в F2 -отобрали ряд семей, растения которых имели признаки пятерного рецессива tr'vc 'er'gl'an Многочисленные скрещивания маркерных линий между собой и с растениями дикого типа позволили получить 32 линии с различным сочетанием сигнальных генов

Созданная нами генетическая коллекция, состоящая из 32-х генетически чистых морфологических мутантных линий с различными сочетаниями сигнальных генов {tr', vc',er',gV ,ап, tr'vc, tr'er, tr'gl, tr"an, ve'er, ve'gl, vc'an, er'gl, er 'an, gVan, tr ve'er, tr'gl'an, tr'vc 'gl, tr" er'gl, tr'vc 'an, tr'er'an, vc'gl"an, vc'er'gl, vc "er "an, er'gFan, tr"vc" er'gl, tr'vc" er "an, tr'vc'gl'an, tr"er"gl"an vc"er'gl"an, и tr'vc"er'gl'an), включая исходную расу Columbia (Col), была использована для детального изучения влияния генотипической среды на рост, развитие и плодовитость растений арабидопсиса

Фенологические наблюдения выявили большое многообразие действия мутантных генов на морфофизиологические параметры растений араби-допсиса Единичные гены и их различные сочетания в одном генотипе по-разному влияют на рост растений, на изменчивость вегетативных и генеративных признаков и растений в целом

Подробная феногенетическая характеристика всех 32 линий дана в диссертационной работе

Глава 3. Влияние мутантных генов на рост, развитие и продуктивность растений арабидопснса 3.1. Особенности роста и развития растений в зависимости от сочетаний мутантных генов в генотипе

Как видно из табл 1, где приведены данные по росту и развитию растений при сочетании генов ап, ус, гг \ ег, наблюдался большой диапазон изменчивости по ряду феногенетических показателей под влиянием различных генов Единичные гены и их различные сочетания в одном генотипе по-разному влияли на рост растений, на изменчивость вегетативных и генеративных признаков у арабидопсиса Интересно отметить, что почти у всех мутантных линии высота главного стебля (В) была ниже, чем у контроля (СоГ) Исключением оказались линии ус\ ап, vc'an, гг^Гап, vc'gГan, которые по тому же показателю (В) отличались 01 со1 Это и понятно. если обратить внимание на то, что в генотипе этих линий (табл 1) присутствуют гены ус" и ап , положительно влияющие на рост растений Обращает на себя внимание также благоприятное сочетание и" сgГ. а самые высокорослые растения отмечены у генотипа ус

При всем разнообразии морфофизиологических признаков под действием мутантных генов и ап особенно неблагоприятно влияние гена ег' на размер стручка у растений (табл 1) По сравнению с расой со1 и четырьмя сигнальными генами размер стручка у ег' меньше (1 29 см). Видно также, что из 16 линий, у которых в генотипе присутствует ген ег, почти всем свойственны укороченные стручки Влияние гена «"'сказывается и на высоте главного стебля у растений, в генотипе которых присутствует этот ген Растения, как правило, короче и диаметр розеточных листьев, по сравнению с исходной расой и мутантами, содержащими другие сигнальные гены, тоже меньше

Таблица 1

Показатели роста и развития мутаитных линий арабидопсиса

Фазы развития со дня посева, дни Длина стручка, см Диаметр розеточ- Зысота главного стебля, см

СЛ 1*2 1(.4 БТ цвт шщ СЗР листьев, см А В

Со/ 6 10 17 37 45 52 65 1 74 72 86 30 2

гг 7 11 18 39 47 58 70 163 45 113 28 6

Vс 6 10 17 36 44 50 64 1 84 65 И 1 31 1

ег 7 11 18 37 46 53 75 1 29 35 93 20 5

яг 7 и 18 38 47 55 70 1 71 72 10 9 26 7

ап 6 10 17 40 51 57 79 1 81 45 153 31 9

1г\с 7 12 19 42 52 59 76 121 55 129 28 9

¡г'ег 7 12 19 39 47 52 72 0 93 40 87 16 0

7 12 19 38 48 53 69 1 98 45 13 4 323

Тг ап 7 12 19 38 47 56 72 1 13 45 89 13 8

ус'ег 7 И 18 41 50 58 71 1 29 30 70 18 9

7 12 19 40 52 58 75 1 49 45 12 1 28 6

\с ап 7 11 18 38 47 57 72 1 88 45 15 3 319

ег'%1 7 12 18 37 46 53 79 1 39 35 88 19 1

ег ап 7 11 18 41 52 58 72 1 35 45 7 1 164

gl ап 7 12 18 42 53 59 77 1 72 45 85 262

1г \'с 'ег 8 12 19 40 50 58 78 103 45 96 15 8

1г'%Гап 8 12 19 42 54 60 80 1 56 48 16 5 37 3

гг 7 11 18 41 53 60 82 1 63 50 12 2 37 7

гг'ег gl 8 12 19 39 48 59 74 0 97 3 5 79 14 6

(г Vс'ап 8 12 19 40 52 59 78 0 95 40 92 179

гг'ег'ап 8 13 20 41 50 60 75 0 93 44 92 15 8

\с'%Гап 8 12 19 39 47 52 75 1 86 40 182 43 7

гс ег'%1 8 13 20 43 54 62 81 1 15 35 85 176

мс'ег ап 8 13 20 43 55 61 80 1 07 30 89 20 8

ег ап 8 12 19 42 51 59 78 1 16 30 7 1 15 4

¡г'чс'ег 8 12 19 44 53 60 77 1 19 30 56 135

¡г ус ег'ап 8 12 19 45 56 63 85 0 82 3 5 77 13 1

г г ап 8 13 20 46 55 60 80 1 48 35 12 5 26 7

1г ег %Гап 7 13 20 48 57 63 82 1 04 30 88 16 2

хс'ег g}'an 7 13 20 47 56 61 82 1 36 30 69 16 9

гг ус ег gl'an 7 13 20 52 59 64 83 121 30 108 20 2

Обозначения СП-семядольныелистья, К2-переаяпаранастоящихлиетьев, Я -четвёртаяпара настоящих листьев, БТ- бутонизация, ЦВТ-цветение, ПЛД-плодоношение, СЗР созревание, А -высота стебля до закладки первого стручка, В-высота до верхушки соцветия главного стебля.

По темпам роста и развития, до фазы бутонизации, все линий развивались достаточно ровно, а при переходе растений к репродукции наблюдалась разница в развитии мутантных растений как между собой, так и по сравнению с исходной расой Col. По сравнению с контрольным вариантом фаза созревания у мутантных особей наступала значительно позже.

На рис. 1 представлены усреднённые данные по наступлению фаз цветения, бутонизации и созревания у растений, в генотипе которых содержатся от одного до пяти мутантных генов. Видно, что по мере увеличения числа сигнальных генов в генотипе созревание семян наступало значительно позже.

Рис. 1. Влияние числа мутантных генов в генотипе на длительность периодов до наступления фаз развития растений.

I- бутонизация, И- цветение, III - плодоношение, IV-созревание. 0-5- число мутантных генов.

3.2 Характер изменчивости основных параметров семенной продуктивности в зависимости от комбинаций генов

В табл.2, содержащей результаты изучения основных параметров семенной продуктивности в зависимости от сочетаний генов гг \ ап ус ,ег , представлены данные, свидетельствующие о большом диапазоне изменчивости количественных признаков семенной продуктивности растений под влиянием различных мутантных генов. Особенно велики эти различия по числу семян в стручке (31.8-84.1), количеству плодов на главном стебле (29.3 - 76.5) и на боковых ветвях (0 - 60), по числу стручков на растении (45.0 -137.1) и по общему количеству семян на одном растении (1993.326457.41). Масса 1000 семян колебалась в пределах от 1.07 г до 2.00 г. Обращает на себя внимание удачное сочетание мутантных генов у линии п-'ег £■/, у которой при наименьшей массе 1000 семян (1.07 г), но большем числе плодов (137.1), сформировавшихся на растениях, общая семенная продуктивность оказалась наивысшей (6457.41). Совмещение мутантных генов в генотипе линии /г ¿7 отразилось на морфологии растений - полностью отсутствовали боковые ветви, но при этом высота растений составила 32.3 см (В, табл.1), число семян в стручке 50.7 и количество стручков 64.0 и в итоге семенная продуктивность (3244.80) была достаточно высокой.

Таблица 2

Изменчивость основных параметров семенной продуктивности при различных сочетаниях генов ап, vc', 1г', ег', gГ

Шифр линии Масса 1000 семян, г Число семян в стручке Число плодов Число стручков на растение Число семян на растение

на главном стебле на прочих ветвях

Col 1 33 59 7 34 1 39 3 73 4 4381 98

tr 132 63 7 58 3 172 75 5 4809 35

ve' 163 59 7 37 0 312 68 2 4071 54

er 123 59 9 37 3 40 6 77 9 4666 21

gr 154 62! 26 5 34 7 612 3800 52

an' 2 00 71 3 37 7 73 45 0 3208 50

tr'vc 1 19 319 56 1 70 63 1 2006 58

tr er 1 31 35 5 74 5 60 0 134 5 4774 75

trgl 1 58 50 7 64 0 0 64 0 3244 80

tr'an 162 36 7 63 5 92 73 7 2704 79

ve er 140 49 7 29 3 51 3 80 6 4005 82

vc'gl 147 69 2 38 0 30 1 68 1 47)2 52

ve an I 85 841 39 3 59 45 2 3801 32

er'gl 1 42 53 9 32 8 43 9 76 7 4134 13

er an 1 51 490 31 7 47 7 79 4 3890 60

gl'an l 59 45 2 32 8 29 5 62 3 2815 96

ir vc'ei I 57 42 9 52 7 58 5 111 2 4770 48

tr'gl'an 1 57 39 3 76 5 44 80 9 3179 3 7

tr vc'gl 1 19 67 8 69 6 12 8 82 4 5586 72

tr er'gl 1 07 47 1 60 8 76 3 137 1 6457 41

tr'vc'an 1 57 33 5 66 5 46 9 1134 3798 90

tr er'an 1 23 33 7 63 3 55 5 1188 4003 56

ve gl an 1 73 51 7 53 5 167 55 17 2853 84

vc'er gl 1 16 52 2 34 1 43 3 774 4040 28

ve er'an 1 17 46 7 72 9 37 5 110 4 5155 68

er gl'an 1 13 42 1 35 9 35 9 71 8 3022 78

tr'vc'er'gl 121 45 9 38 9 36 7 75 6 3470 04

tr'vc'er an 1 53 33 9 51 5 73 58 8 1993 32

tr ve gl an 140 43 0 55 0 67 61 7 2653 10

tr er gl'an 1 26 40 7 71 1 53 7 124 8 5079 36

vc'er'gl an 1 45 48 3 34 3 33 3 67 6 3265 08

tr'vc er gl an 1 37 36 2 51 8 98 61 6 2229 92

Важно отметить, что линии, геном которых содержит два или три совмещенных мутантных гена, оказались более продуктивными, а в целом, из 32 изученных мутантных линий 9 линий по сравнению с исходной расой Col характеризуются повышенной семенной продуктивностью.

3 2 1 Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на массу 1000 семян

Для достижения большей наглядности и простоты восприятия результатов экспериментальных исследований проделана работа по объединению полученных данных в отдельные группы, каждая из которых отличалась, друг от друга по количеству сигнальных генов, вводимых в генотип - по одному, по два, по три, по четыре и по пять генов В качестве контроля для сравнения использовали растения дикого типа, исходную расу Columbia Такой способ представления экспериментальных данных позволяет выявить некоторые закономерности в изменчивости параметров семенной продуктивности, представляющие собой общебиологический интерес

Как видно из табл 3, диапазон изменчивости по массе 1000 семян варьировал в пределах от 1.07 до 2.00 г Изменения массы семян, вызванные действием сигнальных генов в различных сочетаниях, в большинстве случаев были статистически достоверны (табл 4)

Таблица 3

Масса 1000 семян (г) в зависимости от генотипической среды

Гены и их проявление

tr' 1 32 tr vc 1 19 tr er 1 31 tr'gl 1 58 tr an 162

vc 1 63 vc tr 1 19 vc er 1 40 vc'gl 1 47 vc an 1 85

er 1 23 er tr 1 31 er vc 1 40 erg! 142 er'an 1 51

gl 154 gltr 1 58 gl'vc 1 47 gl er 1 42 gl'an 1 59

an 2 00 an tr 1 62 an vc 1 85 an er 1 51 an'gl 1 59

tr'vc er 1 57 tr'gl an 157 tr'vc gl 1 19 tr'er'gl 107 tr vc'an 1 57

tr'er'an 123 vc 'gran 1 73 vc er gl 1 16 vc 'er an 1 17 er gl'an 1 13

tr vc er'gl 1 21 tr vc'er'an 153 tr vc'gl an 1 40 tr er'gl'an 1 26 vc er'gfan 145

Col 133 tr'vc'er gl'an 1 37

Число сигнальных генов в геноме Масса 1000 семян, г % 0 133 100 1 1 54 115 2 1 49 113 3 1 34 100 4 1 37 103 5 137 103

Следует подчеркнуть, что максимальная величина изученного показателя, равная 2 г, была зарегистрирована нами лишь для гена ап а его различные сочетания с другими генами вели к уменьшению массы 1000 семян. Представленные в табл 3 и 4 данные убедительно свидетельствуют о статистически достоверном влиянии различной генотипической среды на степень выраженности признака «масса 1000 семян»

Результаты многочисленных опытов, компактно представленные в табл 3,позволяют, помимо всего прочего, обнаружить интересную закономерность — по мере возрастания числа мутантных генов, вводимых в генотип растительного организма, сначала происходило увеличение, а затем уменьшение массы 1000 семян. Это можно объяснить тем, что совмещение мутаций в одном генотипе (по 3,4,5 и более) оказывает дестабилизирующее действие на систему регуляции процессов жизнедеятельности растительного организма и это сказывается на ростовых процессах и в целом на семенной продуктивности растений арабидопсиса

Таблица 4

Масса 1000 семян, г в зависимости от генотипической среды

Гены Масса 1000 семян, г Число степеней Вероятность, %

свободы

tr'vc 1 19 ±005 28 >99 98

tr"an ] 62 ± 0 06

vc tr 1 19 ±0 05 28 >99 98

vc'an 1 62 ± 0 08

er" 1 23 ±0 05 28 >99 9

er an 1 51 ±0 06

gler 1 42 ± 0 06 28 >94

gl an 1 59 ± 0 07

an" 2 00 ± 0 05 28 >99 98

aner 1 51 ±0 06

tr'er'gl 1 07 ± 0 05 28 >99 98

vc gl an 1 73 ±0 12

tr vc er gl 1 21 ±0 06 28 >99 98

tr vc er^an 1 53 ± 0 06

3 2.2 Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на характер изменчивости числа семян в стручке

В табл 5 и 6 приведены экспериментальные данные и результаты их статистической обработки по другому параметру, характеризующему семенную продуктивность растений, - числу семян, формирующихся в одном стручке В этом случае, так же, как и при учете массы 1000 семян, максимальное число семян в расчете на один стручок (плод) наблюдалось лишь для одного гена - an. Интересно отметить, что ген an в присутствии другого сигнального гена ус приводил к статистически достоверному увеличению среднего числа семян, формирующихся в одном стручке (табл 6) Если в качестве контроля принять величину этого показателя у растений дикого типа ( раса Columbia) , то лишь 4 линии из 31 превосходили контроль (табл 5). vc^gl, vcsan, an и tr\c gl Во всех остальных случаях среднее число семян, формирующихся в одном плоде, было значительно ниже, чем в контроле. И в данном опыте, как и в предыдущем, получены результаты, свидетельствующие о наличии обратной корреляции между числом генов, вводимых в генотип арабидопсиса, с одной стороны, и количеством семян, формирующихся в одном плоде, с другой. Присутствие в генотипе арабидопси-

са от одного до трех мутантных генов не приводит к изменению числа семян, формирующихся в одном стручке Введение в генотип арабидопсиса четырех, пяти и более мутантных генов приводит к резкому понижению числа семян в стручке Это можно объяснить тем, что у мутантов по сравнению с контролем изменены важнейшие регуляторные системы, функционирующие как на уровне клетки (ядра и цитоплазмы), что обусловлено изменением генетической программы, так и на организменном уровне, к которому относятся гормональные регуляции, а внедрение в генотип дополнительных мутаций еще более «нагружает» хромосомный аппарат.

Таблица 5

Число семян в стручке в зависимости от генотипической среды

Гены и их проявление

г 63 7 й-УС 31 8 ег 35 5 ¡гё1 50 7 й-ян 36 7

УС 59 7 ус'гг 31 8 ус ег 49 7 ус gl 69 2 ус'ап 84 1

ег 59 9 ег1г 35 5 ег ус 49 7 ег 53 9 ег ап 45 2

62 1 .?/« 50 7 %1\с 69 2 ¿1 ег 53 9 ^Гап 45 2

ап 71 3 ап ¡г 36 7 ап ус 84 1 апег 49 0 45 2

Сг\с ег 42 9 (г ц/ ап 39 3 67 8 (г ег £/ 47 1 гг 'ус 33 5

№ ег 'ап 33 7 \c~gl ап 51 7 ус ег^1 52 2 \с ег ап 467 ап 42 1

ус 45 9 1г ус'ег'ап 33 9 1г ус ап 43 0 Гг ег'%1 ап 40 7 ус ег а« 48 3

Со! 59 7 1г хс ег ап 36 2

Число сигнальных генов в геноме Число семян в стручке, шт % 0 59 7 100 1 63 3 106 2 53 1 89 3 45 7 77 4 42 4 71 5 36 2 61

Таблица 6

Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на число семян в стручке, шт.

Гены Число семян, шт Число степеней свободы Вероятность, %

tr 63 7 ± 4 5 28 >99 98

ir've 32 6 ± 2 0

ve an 84 1 ± 6 2 28 >99 98

vc tr 318±20

er' 59 9 ±1 7 28 >99 98

er tr 35 5 ± 2 2

give 69 2 ± 1 9 28 >99 98

gl'an 45 2 ± 2 6

an vc 84 1 ± 6 2 28 >99 98

an'tr 36 7 ± 2 4

tr VC'gl 67 8 ± 3 4 28 >99 98

tr vc'an 33 5±2 4

vc'er'gl an 48 3 ± 2 9 28 >99 98

tr vc er an 33 9 ± 1 7

3 2.3 Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на характер изменчивости числа семян на одном растении

Анализ экспериментальных данных, представленных в табл 7 и 8, подтверждает сделанное выше заключение об уменьшении плодовитости по мере увеличения числа сигнальных генов, вводимых в генотип арабидопси-са Однако, растения, содержащие ген an значительно уступали исходной расе Columbia по плодовитости Из экспериментальных данных, представленных в табл 3 и 5, видно, что под влиянием мутантного гена an резко возрастала масса 1000 семян, а также число семян, формирующихся в одном стручке арабидопсиса, но в опытах по учету плодовитости по признаку «число семян, формирующихся на одном растении» эта тенденция не воспроизводится (табл 7), т.к среднее количество стручков, формирующихся на одном растении у генотипа an равнялось 45, а у расы Col - 73 (табл 2) Полученный результат вполне согласуется с имеющимися данными о том, что у гороха (Pisum sativum) под действием различных видов мутаций на одном растении формируются либо много, но мелких по размерам и массе семян, либо мало, но значительно более крупных (Gottschalk, Muller, 1964, Сидорова. 1981) Авторы выдвинули гипотезу о том, генотип гороха детерминирует пределы генотипической изменчивости признака фотосинтетической продуктивности, реализуемого в виде урожая семян на растении. Причем, суммарная масса семян, получаемая с одного растения, является величиной константной и, следовательно, генетически обусловленным признаком вида

Таблица 7

Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на плодовитость (число семян на одном растении)

Гены и их проявление

1Г 4809 35 о-\с 2006 58 1г'ег 4774 75 гг'%1 3244 80 1г'ап 2704 79

ус 4071 54 ус V 2006 58 \>с 'ег 4005 82 у 4712 52 ус аи 3801 32

ег 4666 21 ег 1г 4774 75 ег ус 4005 82 ег$1 4134 13 ег <ш 3890 60

3800 52 я! 1г 3244 80 ¿■/'ус 4712 52 4134 13 %Гап 2815 96

ап 3208 50 ап'Ог 2704 79 йй'ус 3801 32 ап'ег 3890 60 2815 96

й- ус'ег 4770 48 1г %Гап 3179 37 5586 72 1г'ег~%1 645741 1г мс'ап 3798 90

1г ег'ап 4003 56 ус %1 ап 2853 84 \>с'ег'%1 4040 28 мс'ег'ап 5155 68 ег ал 3022 78

1г\с ег'%1 3470 04 № ус ег ап 1993 32 гг ус ''¿1 ап 2653 10 1г ег'%Гап 5079 36 ус'ег ап 3265 08

СЫ 4381 98 1г \>с'ег '¿Гап 2229 92

Число генов Плодовитость шт % от контроля 0 4381 9 100 1 41112 94 2 3665 8 83 3 4286 7 98 4 2286 7 52 5 2229 9 51

Таблица 8

Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на плодовитость

Гены Число семян на растение, шт Число степеней свободы Вероятность, %

Ьг'ег 2006 58 ± 1890 4774 75 ± 579 8 28 >99 98

УС «Г V 2006 58 ± 189 0 4712 52 ±386 5 28 >99 98

ег'ап ег о- 3890 06 ±312 4 4774 75 ± 579 8 28 >98 00

%1ап ёГтс 2815 96 ± 182 1 4712 52 ± 386 5 28 >99 98

ап О-ап ег 2704 79 ±310 0 3990 60 ±483 3 28 >97 00

УС си гг'ег §1 2853 84 ± 207 07 645741 ±538 5 28 >99 98

гг 1-е 'ег'ап <г ег ^Гаи 1993 32 ±339 4 5079 36 ± 504 3 28 >99 98

Справедливость такого заключения, вероятно, имеет определённые ограничения, что следует из полученных нами данных (рис. 2). Видно, что при введении в генотип арабидопсиса одного, двух и даже трёх мутантных генов масса семян, получаемая с одного растения, практически не меняется.

Число мутантных генов

О - масса 1000 семян ■ • масса семян одного растения В - число семян на одном растении

Рис.2. Изменчивость массы семян с одного растения в зависимости от числа мутантных генов, вводимых в генотип арабидопсиса

Эта закономерность, однако, не воспроизводится, если генотип арабидопсиса содержит более трёх мутантных генов. Введение в генотип арабидопсиса четырёх, пяти и более мутантных генов существенно «нагружает» хромосомный аппарат, а это, возможно, влияет на изменение фитогормонального баланса, обуславливающего проявление установленной закономерности.

Глава 4. Влияние гена ir'в сочетании с другими генами (16 линий) на мезоструктуру мезофилла розеточных листьев и фотосинтетическую продуктивность арабидопсиса

4.1. Генотшшческая изменчивость параметров мезоструктуры фотосинтетического аппарата в зависимости от сочетания гена tr' с генами ve", er \gl и ап

Среди пяти линий, в генотипе которых присутствует только один му-тантный ген, особенно выделяется по продуктивности линия tr" (triplex), мутация находится в пятой хромосомной группе сцепления (Усманов, 1984). Такое обозначение дано мутанту потому, что у растений на одной плодоножке формируется не по одному, как в норме, а сразу по три стручка. Это приводит к трансформации нормального типа соцветия у арабидопсиса -кисти в кистевидную метёлку с практически полным отсутствием венчика, в определённых условиях культивирования - в безлепестковую форму. В этом случае функцию венчика выполняют чашелистики, которые, сильно разрастаясь, надёжно укрывают и предохраняют репродуктивные органы цветка от неблагоприятных факторов окружающей среды. Мутант характеризуется полной пенетрантностью и высокой экспрессивностью гена tr' (Усманов и др.,1981; Усманов, 1984; 1999). Есть все основания предполагать, что у мутанта изменена гормональная регуляция. В связи с этим tr" представляет особый интерес для изучения механизмов гормональной регу-

ляции у растений (Цвтапоу, 1970, Усманов, 1980;1984; 1999). Работами сотрудников кафедры биохимии Таджикского государственного национального университета было показано, что высокопродуктивный мутант гг" характеризовался большей (по сравнению с контролем) поверхностью листовой пластинки, Размер клеток и хлороплаетов у мутанта меньше, но число пластид значительно больше По содержанию хлорофилла в расчете на единицу площади листа и на один хлоропласт мутант превышал исходную форму почти на 30% и практически не отличался по величине соотношения хлорофилла а/в Мутант характеризовался большим содержанием функционально активных реакционных центров обоих фотосистем на единицу площади листа, что обеспечивало интенсивность фотосинтеза на растение в целом (УакиЬоуа е1а1,1980) Интенсивность фотосинтеза и биологическая продуктивность мутанта гг", как показано М А Бабаджановой и Н П Бакаевой, зависит также и от активности фермента рибозофосфатизомеразы. Наибольшей удельной активностью (149,2 мкмоль рибулозо-5-фосфота/ мин на 1мг белка) обладал фермент из листьев мутанта й-', наименьшей (106,0 мкмоль/мин на 1 мг белка) из листьев исходной формы (Бабаджано-ва, Бакаева, 1987) Эффективное протекание реакций фотосинтеза обеспечивалось наличием в хлоропластах 1г 'компактной мембранной структуры, которая отличалась от хлороплаетов исходной формы более развитыми межгранными тилакоидами. что обеспечивало сближение разных участков мембраны и хороший контакт с матриксом (Шукла, 1982) Сотрудниками Института физиологии растений и генетики (Йвтапоу й а! ,1983) также было показано, что мутант 1г характеризуется высокой фотосинтетической продуктивностью

Учитывая высокую семенную продуктивность мутанта Гг'по сравнению с другими растениями с единичными мутантными генами и расой со1. нам представлялось целесообразным исследовать влияние гена /г' на фотосинтетическую продуктивность, если совмещать его с ус\ ег и ап Основные результаты этих исследований представлены в табл 9 Как видно из приведенных данных, совмещение гена 1г" с другими генами не привело к увеличению числа хлороплаетов в клетке (кроме 2-х линий) и объема ] -ого хлоропласта (кроме 1-ой) Однако, скорость выделения кислорода на единицу площади листа и индекс фотосинтеза единичного и всех хлороплаетов, оказались значительно выше под влиянием гена и\ находящегося в различной генотипической среде Это указывает, по-видимому, на более совершенную ультраструктурную организацию и высокую функциональную активность хлороплаетов высокопродуктивного мутанта гг'

Установлены пределы генотипической изменчивости у 16 линий с участием гена и' по скорости выделения фотосинтетического кислорода -100 - 233.5% Самые высокие показатели интенсивности фотосинтеза (по скорости выделения О,) среди всех изученных линий обнаружены у ь-'ег ап, (г'ус ¿7, №"ег гг^ус'ег, особенно у п'ус'ап Растения с благоприятным сочетанием мутавтных генов показали самый высокий индекс фотосинтеза, особенно при пересчете на единичный хлоропласт -15 73

Таблица 9

Влияние мутантного гена гг' в различной генотипической среде на интенсивность фотосинтеза

Шифр линий Скорость выделения кислорода Объём 1-го хлоропласта, мкм5 Число хлоро-пластов в клетке Интенсивность фотосинтеза хлоропластов, мкмоль СУсм2 мин Масса семян на одном растении, г

мкмоль Ог/см2 мин %от контроля 1-го всех

tr 120 100 24 43 2414 4 92 118 77 6 35

ir've 128 2 106 8 21 82 23 43 6 38 14948 2 40

tr er 148 3 123 6 22 18 2326 5 74 133 51 6 25

ir'gl 128 5 107 1 23 21 23 80 5 52 L 13138 5 13

tr'an 136 7 113 9 21 91 23 32 621 144 82 4 38

tr'vc er 200 3 166 9 21 12 22 71 7 85 178 35 749

tr gl an 120 8 1006 18 81 22 76 6 38 145 21 4 99

tr'vc'gl 224 6 187 2 20 67 2162 10 05 21728 665

tr er gl 2186 184 1 22 24 22 56 6 92 156 11 4 69

tr'vc'an 280 2 233 5 17 81 22 86 15 73 359 59 5 96

tr er an 232 4 193 7 20 09 21 52 7 38 158 82 4 92

tr'vc er gl 165 5 137 9 1995 25 17 8 63 217 22 420

tr'vc'er an 184 5 153 7 20 24 23 52 912 214 36 3 05

tr ve gl an 160 8 134 1 23 19 23 52 7 24 174 23 3 71

tr'er'gl'an 183 7 153 1 20 18 23 62 8 47 200 06 6 40

r'vc'er gl ar 172 8 144 1 31 08 29 00 5 55 160 95 3 05

col 136 8 114 0 24 84 28 30 5 48 155 08 5 83

Однако, масса семян с одного растения, как видно из табл 9, не самая большая (5 09 г) и даже меньше, чем у и , но это можно объяснить тем, что при совмещении двойного рецессива \>сап с 1г" в стручках этих растений формируется меньшее количество семян (33 5), чем у растений с отдельно взятым мутантным геном (табл 2)

Исключение составляют растения и^Гап, которые не отличались от ¡г (в данном случае контроля) по скорости фотосинтетического выделения О, а по общей продуктивности (масса семян) значительно уступали 1г' и аналогичным тройным рецессивам В результате сочетания этих генов у растений формировался в основном главный стебель с большим (по сравнению с другими) количеством стручков (76 5). но в стручках было всего 39.3 семян (табл 2), что в конечном итоге сказалось на общей продуктивности

При увеличении сигнальных генов в генотипе наблюдался отрицательный коэффициент корреляции (г = - 0,67) между показателем индекса фотосинтеза единичного хлоропласта и массой семян с одного растения.

Рис.3. Влияние числа му-тантных генов на индекс фотосинтеза единичного хлоропласта (1) и массу семян (2).

Цифрами над столбцами указана плодовитость (%).

Известно, что фотосинтез единичного хлоропласта служит информативной характеристикой при эколого-физиологических исследованиях фотосинтеза, т.к. активность хлоропласта наряду с численностью пластид на единицу поверхности определяет потенциальную возможность активности листа (Мокроносов, 1981).

В целом, показано, что ген детерминирующий морфологический признак - тройные плоды, оказывает влияние на структурную организацию и функциональную активность хлоропластов и, по-видимому, на регуля-торные системы на уровне организма, которые приводят к повышению интенсивности фотосинтеза. Его сочетание с другими сигнальными генами приводит к резкому возрастанию индекса фотосинтеза единичного хлоропласта, а если усреднить данные по 1г' в комбинации с другими генами, то получится закономерность, показанная на рис.3, т.е. с увеличением числа мутантных генов в генотипе (больше 4-х) наблюдается понижение индекса фотосинтеза и резкий спад массы семяч с одного растения арабидопсиса.

Глава 5. Влияние рецессивных эмбрионально-летальных мутаций тина а1, хаискъ гетерозиготном состоянии и условий выращивания на рост, развитие и семенную продуктивность растений арабидопсиса

В генетических исследованиях выделяют гаметические (гаплофазные) и зиготические (диплофазные) летальные факторы. Под летальными факторами подразумевают менделирующие единицы, вызывающие гибель организма на различных стадиях его онтогенетического развития (Нас1огл, 1955). По причинам, обуславливающим гибель растений, летальные мутации условно подразделяются на две группы: истинные эмбрионально-летальные мутации, приводящие к полной утрате способности семян к прорастанию, и про ростковые условно-летальные хлорофилльные мутации, вызывающие гибель проростков в фазе формирования семядольных листьев. Существенная разница между ними заключается в том, что в первом случае летальное действие мутантного гена обнаруживается всегда (абсолютно летальные мутации), т.к. из-за нарушения функций ферментов блокируются жизненно важные звенья в цепи биохимических реакций, а во втором, менее распространён-

ном - объединяются классы мутаций, летальное действие которых проявляется только в процессе развития растения под влиянием таких внешних факторов как интенсивность света, температура воздуха, фотопериодизм (Авдеев, 1983).

В этой главе приводятся результаты физиолого-генетического изучения рецессивных летальных хлорофилльных мутаций, выявляемых на эмбриональных и ранних постэмбриональных стадиях развития семян гетерозиготных растений.

5.1. Фенотипическое проявление летальных хлорофилльных мутаций в гетерозиготном состоянии

Используя большую коллекцию гетерозиготных растений, расщепляющихся по летальным хлорофилльным мутациям типа al, ха и ch, представилось возможным исследовать действие названных мутаций на плодовитость арабидопсиса Следует отметить, что гетерозиготные растения по внешнему виду и стручкам совершенно не отличались от исходной расы (в данном случае Enkheim - En) Однако по окраске кожуры недозрелых эмбрионов в стручках (использовали известный метод эмбрион-теста -Усманов, Мюллер, 1970) и, соответственно, сформировавшихся семядольных листьев были четко выделены следующие группы альбина (al) - эмбрионы и семядоли белого цвета, в них полностью отсутствуют зеленые и желтые пигменты, ксанта (ха) - эмбрионы и семядоли светло-желтого или желтого цвета, хлорина (ch) - гетерогенная группа, включающая в себя мутанты с бледно-зеленой, желто-зеленой и светло-зеленой окраской эмбрионов и семядольных листьев

Для оценки относительной жизнеспособности летальных хлорофилльных мутаций семенное потомство гетерозиготных по летальным хлорофилльным мутациям растений высевали на поверхность агара в пробирки и проращивали при круглосуточном освещении люминесцентными лампами в фотостате Затем, незадолго до наступления фазы созревания гетерозиготных растений при помощи пинцета вскрывали стручки Из них извлекали только мутантные эмбрионы и высевали на поверхность агара в чашки Петри Со времени появления всходов ежедневно проводили фенологические наблюдения, устанавливая точную дату гибели проростков

Опыты показали, что летальные факторы блокируют развитие проростков на фазе семядольных листьев В этой фазе летальные проростки, в зависимости от природы возникновения мутаций, сохраняют свою жизнеспособность от двух до восемнадцати дней после посева семян, а затем все без исключения погибают

5.2. Действие летальных генов хлорофилльной недостаточности в гетерозиготном состоянии на рост и развитие растений арабидопсиса

Как следует из данных табл. 10, по количеству сформировавшихся семяпочек в стручке, по росту, развитию и плодовитости гетерозиготные растения существенно отличались не только от нормы (исходная раса En), но и друг от друга По ряду изученных показателей некоторые линии превосходили норму, что указывает на эффект моногибридного гетерозиса.

Таблица 10

Показатели роста, развития и продуктивности гетерозиготных растений арабидопсиса, расщепляющихся на летальные хлорофилльные мутации типа я/, ха и ей

Шифр линий Высота закладки первого стручка, см Среднее число семяпочек Время вступления в фазу цветения, дни

в стручке на одном растении

Еп 95 377 2696 14

9а1 95 172 1204 18

19а1 94 435 4360 18

119а1 86 377 3393 18

93/211а1 100 430 3440 16

Р10/43ха 96 447 2682 16

72ха 88 557 4456 18

Збха 90 437 4370 20

127ха 75 331 2317 19

79ха 82 559 3354 19

27ха 77 381 2286 19

99ха 85 322 2576 18

53ха 94 206 1236 20

140ха 59 177 885 18

24/45ха 95 382 3056 16

В|ха 104 705 5640 16

28ха 85 484 3388 22

122ха 87 258 2580 18

Р10/53ха 95 334 2672 19

84ха 10 8 575 4600 19

Р20/31ха 86 242 2178 17

57ха 78 577 3462 18

18ха 12 5 285 1710 22

91ха 10 3 83 996 23

Р10/82ха 10 2 275 1650 18

Р10/5ха 90 259 2072 17

107ха 96 507 4563 18

9ха 100 63 504 19

120ха 95 199 2388 20

8ха 95 243 1215 22

104ха 94 503 4024 19

С1ха 95 306 2754 14

010сЬ 100 82 410 19

23ха 89 252 2520 18

01160с11 105 124 868 22

29сЬ 84 199 1592 16

19сЬ 94 422 4200 18

20сЬ 85 257 3855 23

92сЬ 90 102 816 20

70ха 86 342 3420 21

Проявление моногибридного гетерозиса на уровне ростовых функций, вероятно, связано с изменением фитогормонального баланса под влиянием мутантных генов у гетерозиготных растений, а также в значительной степени зависит от генотипической среды (Беляев и др ,1968, СойясЬаНс, 1970, Сидорова, 1981)

Результаты изучения действия летальных хлорофилльных мутаций в различное время года на фенотипическое проявление эффекта моногибридного гетерозиса, полученные при изучении пробирочных культур (табл 11), показали, что действие мутантного гена в гетерозиготном состоянии существенно зависит от условий среды

Таблица 11

Среднее число семян на одном растении в зависимости от времени года

Шифр линий Февраль Июль Ноябрь

En 264 224 288

9 al 200 68 208

127 ха 224 213 630

P20/3I ха 261 150 765

19 ch 300 216 546

29 ch 375 113 618

Один и тот же мутантный ген в гетерозиготном состоянии в одних условиях может приводить к повышению семенной продуктивности, в других -к снижению ее Эти результаты хорошо согласуются с имеющимися литературными данными (Беляев и др ,1968, Шумный и др, 1971; Сидорова и др , 1972, 1977, Сидорова, 1981, Авдеев, 1983; Усманов, 1984) Относительно эффекта гетерозиса существует мнение, что он в основном наблюдается у гетерозигот по таким генам, которые в гомозиготном состоянии вызывают существенную депрессию развития К ним относятся мутации карликовости и хлорофилльные (Шумный и др ,1971, Шумный, 1973, Вершинин, 1977, 1979, Сидорова, 1981, Авдеев, 1983) Наши экспериментальные данные вполне согласуются с результатами указанных авторов Однако следует заметить, что эффекты моногибридного гетерозиса, обнаруженные нами на арабидопсисе, можно отнести к исследованию действия летальных хлорофилльных мутаций, у которых мутантный ген находится в гетерозиготном состоянии

выводы

1 -Создана экспериментальная модельная система, состоящая из 32-х по-разному маркированных различными сигнальными генами генетически чистых линий арабидопсиса, полученных путем многократных скрещиваний между собой и с исходной расой Columbia маркерных линий tr ", vc 'er и gl 'an, позволяющая изучат ь действие мутантных генов в различной геноти-пической среде на рост, развитие и продуктивность растений

2 -Получена полная феногенетическая характеристика 32-х по- разному маркированных различными сигнальными генами генетически чистых линий арабидопсиса, которая выявила большой потенциал генотипической изменчивости вида A thaliana по плодовитости-интегральному показателю активности физиологических реакций растительного организма

3. -Показано, что различная генотипическая среда по-разному влияет на проявление генов tr', vc", er", gl' пап", если оценивать их действие по различным параметрам признака плодовитости (масса семян, число семян в плоде или же на одном растении) Обнаружено закономерное уменьшение величин этих показателей в зависимости от числа мутантных генов, вводимых в генотип арабидопсиса Максимальные величины массы семян и числа семян в стручке и на одном растении наблюдались в том случае, когда в генотип арабидопсиса вводили единичные гены tr", vc'.er ,gl' и an, а минимальные - при введении в генотип арабидопсиса всех пяти мутантных генов

4. -Установлено, что мутантные гены и их различные сочетания в генотипе арабидопсиса по - разному изменяют массу одного семени и число семян, формирующихся на одном растении Масса семян, получаемая с одного растения, является величиной константной при условии введения в генотип арабидопсиса от одного до трех генов, при введении в генотип арабидопсиса четырех и пяти генов масса семян с одного растения резко падает

5 -Показано, что ген tr', детерминирующий морфологический признак -тройные плоды, приводит к повышению интенсивности фотосинтеза единичного хлоропласта Сочетание гена tr' с другими сигнальными генами приводит к резкому возрастанию индекса фотосинтеза единичного хлоропласта Максимальные величины индекса фотосинтеза зарегистрированы в том случае, когда мутантный ген tr' присутствует в одном генотипе вместе с сигнальными генами vc', апи er"

6 -Обнаружено усиление действия «гена плодовитости» - tr"- на фотосинтетическую продуктивность растений в определенной генотипической среде - tr vc"an. Следовательно, открывается перспектива селекционно-генетического конструирования высокопродуктивных форм растений путем подбора генов плодовитости.

7 -Показано, что мутантные гетерозиготы, в стручковом потомстве которых выщеплялись рецессивные эмбрионально-летальные хлорофшшь-ные мутации типа al, ха, и ch, статистически достоверно превосходили исходную расу Enkheim по показателям роста, развития и семенной продук-

тивности, что указывает на эффект моногибридного гетерозиса. Фенотипи-ческое проявление моногибрид ного гетерозиса зависит как от действия му-тантных генов в гетерозиготном состоянии, так и от условий среды

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 Усманов Т П., Усманова О.В. Множественно маркированные различными сигналами линии арабидопсиса для решения научных и практических задач генетики и радиобиологии высших растений // Биосфера и человечество. Материалы конф, посвященной 100-летию со дня рождения Н В. Тимофеева-Ресовского Обнинск, 2000, с 140-143

2. Усманов П Д, Усманова О.В., Усманов Т П Феногенетические исследования плодовитости Arabidopsts thaliana (L ) Heynh I IB кн Международная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения Н В Тимофеева-Ресовского Мн 2000, с 116-118

3 Усманов Т.П Феногенетика плодовитости Arabidopsts thaliana (L ) Heynh //- Tp науч. конф молодых ученых АН РТ, посвященной 50-летию АН РТ Душанбе, 2001, с 70-75

4 Т.П Усманов, О В Усманова, П Д Усманов О действии летальных и витальных мутаций на плодовитость Arabidopsts thaliana (L ) Heynh / /Материалы юбилейной науч конф , посвященной 100-летию А Р. Жебра-ка и 70-летию образования кафедры генетики в Тимирязевской Академии. Москва, 2002, с 334.

5 П Д Усманов, Т.П Усманов, О В Усманова. Влияние летальных и жизнеспособных мутаций на плодовитость Arabidopsts thaliana (L ) Heynh // Актуальные проблемы и перспективы развития физиологии растений Материалы науч конф , посвященной 40-летию Ин-та физиологии растений и генетики АН РТ и 80-летию г Душанбе Душанбе, 2004 с 120-121

6 Usmanova О V , Usmanov Т Р Phenogenetic study of fertility in the line tr'vc'er'gl' an Arabidopsts thaliana (L ) Heynh multiple with different signal genes // Modern problems of genetics, radiobiology, radioecology and evolution The second Inter Conf dedicated to 105th anniversary of the birth of N V Timofeeff-Ressovsky Yerevan, 2005, p 94

7. T П Усманов, О В Усманова Влияние мутантных генов и их различных сочетаний на плодовитость Arabidopsis thaliana (L) Heynh // Изв АН РТ Отд биолимед наук. 2007, №3 (156), с 36-42

8 Усманова О В , Усманов Т П , Шакирзянова Г С , Бободжанова Ф X Влияние маркерных генов и их различных сочетаний на морфофизио-логические параметры Arabidopsts thaliana (L ) Heynh И Материалы VI съезда Общества физиологов России Межд конф «Современная физиология растений от молекул до экосистем» (18-24 июня 2007, г Сыктывкар), с 216-217

Подписано в печать 10 10 2007 г Формат60x84 \!\6 Уел печ л 1,5 Тираж 100 Заказ №21/09

Отпечатано в Типографии ООО «Азия-Принт» г. Душанбе, 2 пр. Ш.Руставели, д. 6.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Усманов, Тимур Пулатович

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1. Объект и методы исследований

ГЛАВА 2. Создание экспериментальной модели для изучения действия мутантных генов на плодовитость растений ЛгаЫ(Зорз15 ЖаНапа (Ь.) НеупЬ

2.1. Получение мутантных линий.

2.2. Фенотипическая характеристика 32-х мутантных форм.

2.2.1.Линии, маркированные единичными сигнальными генами

2.2.2 Линии, маркированные двумя сигнальными генами.

2.2.3. Линии, маркированные тремя сигнальными генами.

2.2.4. Линии, маркированные четырьмя и пятью сигнальными генами.

ГЛАВА 3. Влияние мутантных генов на рост, развитие и продуктивность растений арабидопсиса

3.1 Особенности роста и развития растений в зависимости от сочетания мутантных генов в генотипе.

3.2. Характер изменчивости основных параметров семенной продуктивности в зависимости от комбинации генов.

3.2.1.Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на вес 1000 семян.

3.2.2. Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на характер изменчивости числа семян в стручке

3.2.3. Действие сигнальных генов в различных генотипических средах на характер изменчивости числа семян на одном растении .р. . ¡., : гру/лсс.

ГЛАВА 4. Влияние гена ¿г в сочетании с другими генами

16 линий) на мезоструктуру мезофилла розеточных листьев и фотосинтетическую продуктивность растений арабидопсиса

4.1. Генотипическая изменчивость параметров мезоструктуры фотосинтетического аппарата в зависимости от комбинации гена //с егУ gГ и ап

ГЛАВА 5. Влияние рецессивных эмбрионально-летальных хлорофилльных мутаций, типа а1, ха исЫ, в гетерозиготном состоянии на рост, развитие и семенную продуктивность растений арабидопсиса.

5.1. Фенотипическое проявление летальных хлорофилльных мутаций в гетерозиготном состоянии.

5.2.Действие летальных генов хлорофилльной недостаточности в гетерозиготном состоянии на рост и развитие растений арабидопсиса.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние мутантных генов в различной генотипической среде на физиологические функции Arabidopsis thaliana (L.) Heynh."

Актуальность темы. Формирование урожая растений определяет продукционный процесс, важнейшей и неотъемлемой частью которого является фотосинтез. Ход продукционного процесса зависит от комплекса внешних и внутренних условий. С целью поиска путей его оптимизации широко исследуется влияние факторов внешней среды на фотосинтетическую активность и другие физиологические реакции растения. Тем не менее, из опыта практической селекции хорошо известно, что проявление физиологических признаков можно изменить и путём подбора генов-модификаторов, то есть посредством изменения фундаментального внутреннего фактора - генотипической среды (Сидорова, 1981; Инге-Вечтомов, 1989; Хавкин, 1999).

Современные представления о механизмах влияния генотипической среды на проявление гена в формировании признака развиты, главным образом, на основе исследования животных (Тимофеев-Ресовский, Иванов, 1966; Астауров, 1974; Фадеева и др., 1980). Применительно к растениям плодотворное изучение этой проблемы ограничивается, как принято считать, слабой изученностью частной генетики подавляющего числа сельскохозяйственных культур (Фадеева и др., 1980). О закономерностях действия мутаций в различной генотипической среде на физиологические свойства и продуктивность растений сведений чрезвычайно мало.

Для успешного решения проблем мутационной селекции в целом и понимания принципов действия мутаций в различной генотипической среде на физиологические функции растительного организма необходимо создание экспериментальных модельных систем с последующей экстраполяцией полученных данных на объекты, имеющие практическое значение (Захаров, 1979). В этой связи арабидопсис - ( 1каИапа(Ь.) Неупк.), эфемерные расы и мутантные формы которого обладают целым рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с другими растениями, стал удобным объектом для проведения плодотворных исследований в различных областях общей и физиологической генетики и физиологии растений (Квитко, Мюллер, 1961; Касьяненко, 1966; ИесЫ, 1969, 1975; Абдуллаев, 1972; Бабаджанова, 1972; Иванов, 1974; Гиллер, 1982; Шукла, 1982; Хурматов, 1983; Усманов, 1984; Якубова, 1984; Бакаева, 1987; Саидмурадов, 1988; Бободжанова, 1990; Усманова, 1990 и др.).

Благодаря уникальной генетической коллекции арабидопсиса и большому опыту работы с этим объектом, геном которого совсем недавно был полностью секвенирован (Мокроносов, Кузнецов Вл.В,1999; Томилова, 2000; Во§изке1 е1 а1., 2001), в Отделе генетики Института физиологии растений и генетики АН РТ создаются экспериментальные модельные системы, которые можно использовать для изучения феногенетики сложных физиологических процессов и признаков. Особенно актуально применение этих моделей и линий, несущих в гетерозиготном состоянии летальные хлорофилльные мутации, для исследования закономерностей действия мутантного гена в различной генотипической среде на формирование признака плодовитости и в целом на продуктивность растений .

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - исследование влияния различных сочетаний сигнальных генов и ап, локализованных во всех пяти хромосомах, на некоторые физиологические функции и плодовитость множественно маркированных генетически чистых линий арабидопсиса, а также изучение действия летальных хлорофилльных мутаций в гетерозиготном состоянии на семенную продуктивность этого растения.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: - на основе отобранных из генетической коллекции маркерных линий Vс^ег, и мутанта /г" путём поэтапных скрещиваний создать экспериментальную модельную систему с различным сочетанием сигнальных генов &\слег^Гап (пятерной рецессив) АлкаИапа\

- исследовать особенности роста и развития 32-х генетически чистых линий арабидопсиса с различными сочетаниями сигнальных генов;

- изучить действие сигнальных генов в различных генотипических средах на массу 1000 семян;

- выяснить влияние сигнальных генов в зависимости от генотипа на характер изменчивости числа семян в стручке (плоде);

- изучить действие сигнальных генов в различных генотипических средах на характер изменчивости числа семян на одном растении;

- изучить действие гена в комбинации с другими сигнальными генами на интенсивность фотосинтеза;

- выяснить влияние летальных хлорофилльных мутаций в гетерозиготном состоянии на семенную продуктивность арабидопсиса. Научная новизна и практическая значимость работы.

Впервые создана экспериментальная модельная система (пятерной рецессив) А. ЖаИапа, позволяющая плодотворно изучать феногенетику сложных физиологических процессов и особенности действия мутантного гена в разной генотипической среде. Получена полная феногенетическая характеристика 32-х по-разному маркированных различными сигнальными генами генетически чистых линий арабидопсиса, которая выявила большой потенциал генотипической изменчивости вида А. ЖаИапа по плодовитости - интегральному показателю физиологической активности растительного организма.

Впервые показано, что различная генотипическая среда по-разному влияет на проявление генов 1г, \с, ег, и ап\ если оценивать их действие по различным параметрам признака плодовитости (масса 1000 семян, число семян в плоде, число семян на одном растении). Обнаружено закономерное уменьшение величин этих показателей в зависимости от числа мутантных генов, вводимых в генотип. Максимальные величины массы семян, числа семян в стручке и на одном растении наблюдались в том случае, когда в генотип арабидопсиса вводили единичные гены tr\ vc, er] gV и an.

Установлено, что изменчивость массы семян и числа семян, формирующихся на одном растении, зависит от различных сочетаний сигнальных генов. Масса семян, получаемая с одного растения, является постоянной величиной при условии введения в генотип арабидопсиса от одного до трёх генов. При введении в генотип четырёх и пяти генов этот показатель резко уменьшается.

Показано, что ген tr , детерминирующий морфологический признак -тройные плоды, в сочетании с сигнальными генами, особенно с vc\ an и er, приводит к значительному повышению интенсивности фотосинтеза.

Исследование влияния летальных мутаций в гетерозиготном состоянии на физиологические процессы выявило ряд мутантных гетерозигот арабидопсиса, статистически достоверно превосходящих исходную расу Enkheim по показателям роста, развития и семенной продуктивности (эффект моногибридного гетерозиса). Показано, что фенотипическое проявление моногибридного гетерозиса при выращивании в одних и тех же условиях существенно зависит от времени года

Результаты изучения плодовитости растений на примере модельного объекта - арабидопсиса указывают на сложную картину проявления летальных и витальных мутаций в зависимости от эндогенных и экзогенных факторов. Вместе с тем, на основе полученных нами данных есть все основания предполагать, что, комбинируя эти факторы, можно создать необходимые условия для максимального проявления действия генов, влияющих на плодовитость, и использовать эти подходы для разработки эффективных генетико-селекционных методов повышения урожайности сельскохозяйственных растений.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Фотосинтез - важнейший биологический процесс, преобразования и запасания растениями солнечной энергии. Установлено, что лишь малая часть поглощённой солнечной радиации (0.3 - 5%) используется растениями при фотосинтезе и многие виды и группы культивируемых растений, имеют относительно небольшие величины КПД фотосинтеза (Ничипорович 1967; 1973; 1975; 1980). Поэтому в растениеводстве уже давно применяются методы повышения фотосинтетической продуктивности путём совершенствования способов выращивания растений: улучшением корневого питания, оптимизации водного режима, формирования агроценозов, включающих в себя группы и виды растений с высокими показателями КПД фотосинтеза, селекционного улучшения сортов культивируемых растений и т.д. (Тихомиров, 1999; Федулов и др.,1999; Драгавцев и др., 1999; Ламан, Прохоров, 1999). Несмотря на это, современное растениеводство по-прежнему нуждается в дальнейшем повышении КПД фотосинтеза. Фотосинтез играет главенствующую роль в формировании продуктивности и урожайности растений, центрами её осуществления являются «зелёные труженики» растений - хлоропласты. Хлоропласты обладают известной относительной генотипической автономией, формируют фотосинтетически активную поверхность фотосинтезирующих организмов. Изучение механизмов становления и функционирования хлоропластов поможет разработать эффективные способы селекции на высокую интенсивность фотосинтеза и, следовательно, на научной основе управлять урожаем растений (Осипова, 1965; Андреева, 1967; Ничипорович, 1976; 1980; Мокроносов, 1978; 1980).

В настоящее время твёрдо установлено, что формирование и функционирование фотосинтетического аппарата контролируется хромосомными и экстрахромосомными системами клетки (Wettstein D.von, 1961; Веттштейн Д., 1962; Wettstein D.von. et al.,1971; Насыров,1972, 1975, 1977; 1981; Насыров и др.,1971; Bogorad, 1975; Schiff, 1975; Сэджер, 1975 и др.). Хлоропласты находятся под управлением трёх генетических систем клетки - генома, локализованного в хромосомах ядра, плазмона, локализованного в цитоплазматических структурах и пластома, локализованного в собственно фотосинтезирующих хлоропластах (Сэджер, 1962; Насыров, 1975). Ведущую роль среди этих групп наследственных факторов играет геном - совокупность всех наследственных факторов, локализованных в ядерном аппарате клетки. Ядро, как справедливо считают Ю.С. Насыров (1975) и П.Д. Усманов (1977), является интегрирующим центром генетической информации всей клетки, оно ответственно за стратегию формирования константных видово-специфических свойств организма, а цитоплазматические генетические факторы определяют тактику жизни клетки, обуславливающую большую гибкость и адаптивную реакцию на меняющиеся условия среды.

Ещё совсем недавно фотосинтетическую деятельность растений изучали, в основном, физиологическими и биохимическим методами и лишь в последнее время в этих исследованиях стали применять генетические методы. Это позволило по - новому подойти к анализу генетических механизмов, лежащих в основе формирования высокой продуктивности и урожая растений. Физиолого-биохимические исследования фотосинтеза были поставлены на генетическую основу. Широкое внедрение идей и методов генетики в исследовании процесса фотосинтеза привело к формированию нового научного направления -генетики фотосинтеза, в котором изучаются особенности наследственности и изменчивости структуры и функции фотосинтетического аппарата на различных уровнях организации жизни. В названной области исследования стали анализировать механизмы генетического контроля различных этапов хлоропластогенеза, биосинтеза хлорофиллов и каротиноидов, компонентов электрон-транспортной цепи фотосинтеза, ферментов метаболизма углерода; развиваются новые представления о кооперативном взаимодействии генетических систем ядра и цитоплазмы в процессах становления и функционирования фотосинтетического аппарата (Wettstein, 1961 ;Веттштейн, 1962; Gottschalk, 1964; Kirk, 1966,1971; Curkova, Avratovschukova,1968; Wettstein et al.l 971; Бабаджанова ,1972; Levine, 1971,1975; Hagemann et al.,1975; Schiff, 1975; Sagromsky, 1977; Авратовщукова, 1980; Гостимский, 1981; Насыров, 1975; 1981; 1982; Уолес,1981; Усманов,Усманова, 1976; Usmanov, Usmanova, 1978; Гиллер,1982; 1989; Усманов, 1977; 1984; Якубова, 1984; Усманова, 1990).

Значение физиолого-генетических исследований в познавательно-теоретическом плане можно проиллюстрировать на примере одной из фундаментальных проблем современной биологии - проблеме «работы генов», решаемой на стыке и в кооперации между генетикой и физиологией растений.

В статье Н.В. Тимофеева-Ресовского - «Генетика и физиология растений», посвященой памяти одного из выдающихся генетиков и селекционеров, соратника Н.И. Вавилова, болгарского учёного Дончо Костова, не рассматриваются «все очень многочисленные точки соприкосновения между генетикой и физиологией растений и огромное число частных вопросов, которые могут и должны решаться на стыке и в кооперации этих двух наук» (Тимофеев-Ресовский, 1968). В статье затронут вопрос о совместных подходах генетики и физиологии растений к решению двух фундаментальных проблем современной биологии. Первая проблема - «работа генов», «которая вначале должна решаться на пути точного изучения механизмов формирования определённых биохимических структур и процессов под влиянием генотипов, в которые включаются различные мутации отдельных генов. Вторая - не только охрана и разумное использование биологических ресурсов Земли, но и резкого повышения биологической производительности нашей планеты. .Больших успехов в области физиологии и биохимии растений за последние десятилетия достигло знание целого ряда структур и процессов, участвующих в фотосинтезе. Мне кажется, что при действенном контакте генетического анализа (включая мутагенез у удобных для такого рода исследований растений) и физиолого-биохимического исследования форм и вариаций хлорофилла, а также связи между различными структурами хлорофилла и различным строением общего процесса фотосинтеза, можно было бы быстрее, легче и точнее проследить конкретные пути и механизмы существеннейшего биологического феногенеза у растений, чем это можно сделать на животных в отношении гемоглобина. .Фотосинтез, действительно, является важнейшим и интереснейшим процессом, лежащим в основе жизнедеятельности организмов - автотрофов на нашей планете. Поэтому. необходимо на высоком уровне и в кооперации генетиков и физиологов растений проводить селекцию не только основных сельскохозяйственных культур, но и целого ряда массовых «ландшафтных», достаточно быстро развивающихся видов растений на повышение коэффициента полезного действия фотосинтеза. Я уверен, что совместная разработка двух вышеназванных проблем совместными усилиями генетиков и физиологов растений является актуальнейшей и отнюдь не только теоретической, а и важнейшей практической задачей современной биологии» (Тимофеев-Ресовский, 1968).

Всё это даёт основание считать проблему феногенеза структур и функций фотосинтетического аппарата значительным направлением современных исследований в рамках наиболее общей проблемы наследственного осуществления или проблемы «работы генов» (Тимофеев-Ресовский, 1968; Астауров, 1972; Стент, 1974; Уотсон Дж. 1978; Першина, Хвостова, 1973; Хесин, 1984; Хавкин, 1999; Кошкин и др., 1999).

В связи с исключительным значением процесса фотосинтеза для жизни биосферы в целом, задача научиться управлять фотосинтезом на генетической основе выдвигается в число важнейших проблем современного естествознания. Проблему феногенеза структур и функций фотосинтетического аппарата, по мнению ряда учёных, можно положительно решить на стыке генетики и физиологии растений, концентрирующих своё внимание на исследованиях по двум фундаментальным проблемам современной биологии: выяснению принципов действия генов путём детального изучения влияния генотипа, включая различные мутации отдельных генов, на механизмы формирования структур и процессов и разработки способов охраны, разумного использования и резкого повышения биологической продуктивности Земли (Тимофеев-Ресовский, 1968; Ничипорович, 1973; 1975; 1980; Усманов, Насыров, 1972; Насыров, 1982; Усманов, 1984; Усманова,1990; Еникеев и др.1999; Долгов и др. 1999; Городилова и др. 1999; Усманова и др. 2004; Лыков, 2007).

В последние десятилетия интенсивно развиваются работы с использованием мутантных форм фотосинтезирующих организмов для изучения различных проблем генетики фотосинтеза. Уникальная коллекция мутантов хламидомонады создана в лаборатории Р.П. Левина (Ьеуте, 1960, 1968, 1975), среди которых имеются интересные формы с различными блоками в ЭТЦ фотосистем I и II и других компонентов хлоропласта; им идентифицированы гены, кодирующие эти компоненты. ' Богатейшая коллекция пигментных мутантов зелёных водорослей имеется в Петергофе (Квитко, Борщевская, 1972). Она эффективно используется в физиолого-генетических исследованиях для изучения механизмов пигментообразования и эндогенного регулирования состояния хлорофилла в хлоропластах (Квитко, 1972; Гиллер, 1982). Генетическая коллекция мутантных форм гороха, созданная И. Готтшалком в Германии (Gottschalk, 1966), а также С.А. Гостимским (Москва) и К.К. Сидоровой (Новосибирск), плодотворно используется для оценки пределов мутационной изменчивости хлорофиллов, каротиноидов и генетического контроля фотосинтеза у высших растений (Wettstein, 1961; Hagemann, et al., 1975; Gottschalk, 1978; Gottschalk, Muller, 1964; Гостимский, 1981; Сидорова, 1981).

Мутации (индуцируемые и спонтанные) приводят к изменению всех частей растений: стеблей, листьев, цветков, плодов, корневой системы. Мутации могут изменять даже цикл развития растений и фотопериодическую реакцию организма. Особое место отведено хлорофилльным мутантам, отличающимся изменённой окраской листьев и растения в целом. Все морфологические изменения у растений, как известно, являются следствием физиологических различий. Чаще всего для изучения физиологических особенностей мутантов используют карликовые, полукарликовые и хлорофилльные формы.

К настоящему времени имеется много экспериментальных данных, убедительно показывающих, что мутанты с изменениями роста и развития стебля (низкорослые, карлики, фасциированные) приводят к нарушению фитогормонального баланса в тканях растений, поэтому являются удобными моделями для изучения роли фитогормонов в процессах морфогенеза ( Stoy, Hagberg,1967; Suge, Murakami, 1968; Tsuzuki,

У-адатн'? 1( " ^ефели и др., 1973; Кулаева, 1973, 1999; ВгаёЬеег е1 а1., 1974; Кефели, 1974; 1975; Першина, 1975; Чайлахян и др., 1977; Сидорова, 1981; Седова, Скрипников, 1999). Изучение взаимодействия между генной регуляцией роста и гормональной системой у мутантов с изменённой структурой стебля осуществляется в двух направлениях. В первом -выявляется реакция мутантного фенотипа на экзогенное введение гормонов на растение, а во втором - проводят анализ эндогенного содержания фитогормонов и ингибиторов роста в растениях мутантов и исходных форм, из которых эти мутанты индуцированы (БШу, Hegberg, 1967; Хвостова, Першина, 1974; Чайлахян и др., 1977; Кузнецов , 1999; Кулаева, 1999). По мнению А.Т. Мокроносова «фитогормоны и природные ингибиторы, являясь наиболее совершенной и специализированной системой управления в надклеточном уровне, обеспечивают вместе с тем и эффективный контроль над фотосинтезом. Принципиальное значение имеет тот факт, что гормоны и ингибиторы имеют адэкватное действие на эпигенез, на ближний и дальний транспорт ассимилятов и на фотосинтез»; т.е. «важнейшим фактором регуляции фотосинтеза в целом растении является система гормонов и ингибиторов, действие которых проявляется как в прямом воздействии на хлоропласт, так и опосредовано через влияние на эпигенез и транспорт ассимилятов» (Мокроносов,1981).

Хлорофилльные мутанты высших растений служат удобным объектом для изучения генетических и биохимических особенностей фотосинтеза. С.А. Гостимским выполнены работы на большом числе хлорофилльных мутантах гороха с целью изучения у них состава пигментов, выяснения некоторых важных моментов взаимосвязи структуры и функции фотосинтетического аппарата для понимания генетического контроля фотосинтеза (Гостимский, 1966; 1973; 1981; Гостимский и др., 1977; 1978). В его исследованиях установлено, что один и тот же конечный эффект признак хлорофиллыюй недостаточности) может быть связан с повреждением самых разнообразных процессов. Им выделены мутанты, у которых генетическое нарушение затрагивает синтез хлорофилла, у других процессы фотосинтеза. С.А. Гостимский с соавторами (1978) идентифицировали 6 ядерных генов, влияющих на формирование структуры хлоропластов; 12 ядерных генов, контролирующих различные этапы электрон-транспортной цепи фотосинтеза и 8 ядерных генов, определяющих стабильность фотосинтетического аппарата.

Как показали исследования, содержание пигментов в листьях растений зависит от условий выращивания, пигментный состав у хлорофилльных мутантов гороха при выращивании их в трех пунктах Таджикистана, различающихся по почвенно-климатическим условиям. У всех мутантов отмечено низкое содержание пигментов по сравнению с исходной формой, а сами мутанты также различались по сумме пигментов. Наиболее высокое содержание пигментов как у исходного сорта, так и у мутантов наблюдалось при выращивании растений в оранжерее. От условий выращивания варьировали и такие показатели, как соотношение хлорофилла аи Ь, отношение общей суммы хлорофиллов к каротиноидам (Бободжанов, 1973; Сидорова и др., 1977).

В исследованиях с применением мутантных форм различных фотосинтезирующих организмов впервые установлена физиологическая роль хлорофилла Ь (8а£готзку, 1977). На мутантах арабидопсиса и хлопчатника генетической коллекции бывшего Отдела общей генетики хлопчатника АН РТ на кафедре биохимии ТГНУ проведены комплексные физиолого-биохимические исследования, которые позволили вычленить систему важнейших характеристик фотосинтетического аппарата, соответствующих его высокой активности (Якубова, 1984). При этом показано, что ряд параметров мезоструктуры и функциональной активности фотосинтетического аппарата положительно коррелирует с продуктивностью растений. Эти результаты открывают перспективу использования физиолого-биохимических показателей для решения задач практической селекции сельскохозяйственных растений.

Нам представляется целесообразным подчеркнуть особую роль применения модельного объекта высших растений арабидопсиса «растительной дрозофилы» для изучения генетических основ фотосинтеза. Уже давно твердо установлено, что с точки зрения рационального использования научного труда и времени желательно поисковые работы проводить на модельных, хорошо поддающихся генетическому изучению объектах с последующей экстраполяцией полученных результатов на объекты, имеющие практическое значение (Захаров, 1979). В этой связи, растения арабидопсиса, благодаря известным биологическим особенностям (короткий цикл развития, простота культивирования, возможности выращивания в асептических условиях на агаризованных питательных средах в пробирках, чашках Коха и Петри в строго контролируемых условиях внешней среды, малое число хромосом ( п = 5 ), облегчающее проведение генетических анализов и т.д.), стали излюбленными объектами экспериментальных исследований не только генетиков, но и физиологов растений (Laibach, 1943; Квитко, 1960; 1972; Квитко,Мюллер, 1961; Robbelen, 1963, 1972; Redei, 1965,1969, 1975; Kranz, 1971; Иванов, 1974; Насыров, 1975; Усманов, 1984; Усманов и др. 1994; Ежова и др., 1999; Калинина и др., 1999; Седова и др., 1999; Яковлева, Кулаева, 1999; Хаитова и др. 1999; Волкова и др. 1999).

Современная систематика растений относит вид A.thaliana к подтрибе Arabidinea трибы Arabideae семейства Crucifera порядка Capparales класса Magnoliatae (Dicotylédones), отдела Magnoliophyta (Angiospermae) (Тахтаджян, 1968).

Род АгаЫс1ор81з в его современном объёме включает в себя „следующие 13 видов: АлкаНапа, Алиеска, АМтаШса, АЛохорМ11а,ЖаШсИи, Кпеискеп, А,ритИа, ААазюсагра, А.тоШБзта, А.рати1а, АМгШа, А.Ког8Ыжку1, А.Ьиет/оНа (Юнусов и др., 1969; Ушшбоу е1 а!., 1969). Эти виды распространены в основном в Западной, Средней и Центральной Азии, а также в Средиземноморье, Северной Африке, Европе, Сибири и в Средней Америке. Семь видов арабидопсиса из тринадцати перечисленных произрастают в Средней Азии, из них на долю Таджикистана выпадает пять видов. Из этого следует, что Средняя Азия, а точнее Таджикистан, очевидно, является одним из главнейших очагов интенсивного видообразования в роде АгаЫс!орз15.

В современных экспериментально-биологических исследованиях из всех видов рода в основном используется АлИаИапа. Пять видов рода ЛгаШсрти встречающихся в Таджикистане (подчёркнуты), включая АлкаИапа представлен большим многообразием форм (экотипов, рас, популяций), произрастающих на высотах от 300 и до 4500 м. над ур.моря.

Начало создания генетической коллекции арабидопсиса в нашей стране связано с именем Н.В. Тимофеева-Ресовского. Благодаря ему, лабораторная культура арабидопсиса впервые появилась в Таджикистане в конце 50-х, начале 60-х годов, (теперь уже) прошлого столетия. Лишь только таджикскими исследователями на «растительной дрозофиле» арабидопсисе, используя расы, популяции и мутанты выполнен большой цикл работ, охватывающий различные аспекты генетики фотосинтеза и физиологической генетики (Касьяненко, 1966; Ушшбоу е1. а!., 1969; Абдуллаев, 1972; Абдуллаев и др., 1970; 1972; 1979; Бабаджанова, 1972; Ьо^поу, ивтапоу, 1972; ИБшапоу, ившапоуа, 1973; 1978; 1980; 1983; 1984; Насыров, 1975; №зугоу, 1978; Иазугоу, 8ес1ак, 1972; Усманов, Мюллер, 1970; иБшапоу, 1970; 1976; 1979; Усманов, 1977; 1980; 1982; 1984; 1999;

Usmanov et. al., 1970; 1974; 1975; 1978; 1979; 1983; Yakubova et.al., 1980; Гиллер, 1982; Якубова, 1984; Якубова и др., 1972; 1980; Шукла, 1982; Ниязмухамедова, 1977; Хурматов, 1983; Бакаева, 1987; Саидмурадов, 1988; Бободжанова, 1990; Усманова, 1972; 1977; 1980; 1982; 1987; 1989; 1990; Усманова, Усманов 1989; 1999; Усманов, Усманова 2000; Усманова и др. 1991; 2004;). Далеко неполный перечень цитируемых в литературном обзоре работ, как нам представляется, говорит о плодотворности применения генетических подходов для анализа важнейшей физиологической функции растений - фотосинтеза. Указывая на состояние и перспективы исследований в этой области, A.A. Ничипорович писал: «Пока ещё недостаточно изучена генетическая природа функции фотосинтеза, работы по генетике процесса - важная и увлекательная область науки о фотосинтезе. Может быть, эта область должна стать центральной в развитии проблемы фотосинтеза» (Ничипорович, 1976).

К настоящему времени различными лабораториями стран ближнего и дальнего зарубежья накоплен большой экспериментальный материал, показывающий плодотворность применения мутантов арабидопсиса для физиолого-генетических исследований. В литературе имеются интересные сведения по вопросу о генетической обусловленности некоторых параметров мезоструктуры фотосинтетического аппарата (ФСА). Так например, ряд исследователей считает, что число хлоропластов находится под контролем ядерных генов, а их размеры контролируются генами пластид. Это утверждение вполне согласуется с гипотезой о симбиогенетическом происхождении хлоропластов, согласно которой сине-зелёные водоросли могли быть предшественниками хлоропластов; они, в далёком прошлом истории Земли, внедрились в бесцветные гетеротрофные организмы в результате актов симбиогенеза (Тахтаджян, 1968; 1973; Margulis, 1981; Hagemann, Piechgcki, 1982). Современные исследования в области молекулярной биологии показывают, что хлоропласты относительно автономны и наделены собственной генетической информацией, являясь как бы клетками в клетках (Schiff, Epstein, 1966; Parthier, 1980; Насыров, 1982). Сказанное даёт все основания предполагать, что гены, контролирующие размеры хлоропластов находятся в самих хлоропластах. Вместе с тем, на мутантах арабидопсиса и других видах растений (Усманов, 1984; Усманова, 1990) выявлены статистически достоверные отклонения от нормы по размерам хлоропластов. Этим, казалось бы, противоречивым экспериментальным данным (опыты на полиплоидных линиях арабидопсиса и сахарной свёклы показали, что пластидные гены контролируют размеры хлоропластов; и другие - на расах, популяциях, мутантах арабидопсиса, анеуплоидных линиях мягкой пшеницы, мутантах гороха и хлопчатника, что ядерные гены также контролируют размеры пластид) можно дать следующую интерпретацию.

У моногенно наследуемого биохимического мутанта арабидопсиса virido-albina 40/3 размеры хлоропластов в белёсых участках листа значительно меньше, чем в нормально зелёных. При добавке в питательную среду аминокислоты лейцина мутантные пятна полностью исчезают, хлоропласты при этом достигают нормальной величины (Абдуллаев и др., 1970; Касьяненко и др., 1971 Абдуллаев, 1972). Из этого следует, что дефицит по лейцину не позволяет реализовать генетическую программу развития, закодированную в собственно пластидных генах. Она может быть осуществлена в полном объёме лишь в том случае, если цитоплазматическая микросреда насыщена лейцином.

Таким образом, наблюдаемая в экспериментах изменчивость размера хлоропластов (под действием генетических и эпигенетических факторов) является дополнительной иллюстрацией справедливости концепции о кооперативном взаимодействии двух генетических систем клетки - ядерной и цитоплазматической в процессе становления и функционирования фотосинтетического аппарата (ФСА) (Усманов, 1984).

Изучение функционирования ФСА на примере точковых (аллельных) и геномных (полиплоидных) мутантах арабидопсиса при помощи метода замедленной люминесценции (J13) выявило существенные отклонения от нормы по количеству Реакционных центров (РЦ) фотосистемы II (ФСП), интенсивности фотосинтеза на единицу площади листа, по межсистемному транспорту электронов, светолюбию и теплоустойчивости растений. Однако при расчёте на РЦ эффективность работы ФСА и фотохимическая активность РЦФСП почти не отличается от нормы (Усманова, 1990). Установлена статистически достоверная положительная корреляционная взаимосвязь между числом хлоропластов с одной стороны и эффективностью фотосинтеза, электронным транспортом и количеством РЦ ФС II в расчёте на единицу площади листа - с другой (Усманова и др., 1990). Следовательно, число хлоропластов можно рекомендовать, как критерий, для отбора форм с высокой активностью ФСА.

На основании изучения генотипической изменчивости признаков фотосинтетического аппарата созданы «тест-системы» для учёта мутаций в модельных популяциях арабидопсиса, вызываемых ультрафиолетовыми излучениями, ионизирующей радиацией, химическими мутагенами и веществами, загрязняющими природную среду. В условиях невесомости, на орбитальных космических аппаратах, апробирована «тест-система», включающие в себя ряд линий арабидопсиса - En, tr, 310, (A.c. 9191174, 1979г); «тест-системы», включающие в себя гетерозиготные линии арабидопсиса, в потомстве которых выщепляются хлорофилльные мутации в определённых численных соотношениях, которые апробированы при изучении действия высокогорной ультрафиолетовой радиации на растения арабидопсиса; «тест-система», основанная на применении полудоминантной мутации ха, позволяющей учитывать любые типы летальных мутаций, возникающих в определённой хромосомной группе сцепления арабидопсиса (Усманов, Усманова, 1990; Усманова, Усманов, 1990; ФсЬпег е1 а1., 1994; Усманов и др., 1994). На основе созданной коллекции фотосинтетических мутантов арабидопсиса проведены исследования по влиянию состава агаровой питательной среды, актиноритмов, интенсивности света и температуры на фенотипическое проявление и выражение фотосинтетических мутаций. Они позволили установить существенное влияние экзогенных и эндогенных факторов на экспрессивность и пенетрантность проявления генов, детерминирующих признаки фотосинтетического аппарата. Выделен ряд ценных линий, превосходящих норму по росту, развитию и плодовитости в экстремальных условиях культивирования растений арабидопсиса (Усманов, Старцев, 1979; 1980; Усманов, 1982).

В последнее десятилетие мутантные формы арабидопсиса, как модельные системы, стали ещё более востребованы генетиками и физиологами растений при изучении физиологической природы карликовости, роли полярного транспорта ауксина в ростовых процессах, при изучении фотоморфогенеза в онтогенезе у световых мутантов арабидопсиса (Ежова и др., 1999; Калинина и др., 1999; Карначук и др., 1999; Назарова и др., 1999; Волкова и др. 1999).

В последнее время, в связи с возрастающим поступлением в атмосферу различных озоно-разрушающих веществ (фреоны, окислы азота и серы, хлор и фторорганические соединения), а также из-за интенсивного развития аэронавигации и космической техники возникает реальная угроза частичного разрушения озонового слоя Земли. Это может привести к значительному повышению облучённости нашей планеты УФ-радиацией, особенно в области её средневолновой компоненты (УФ-Б, 320-280 нм), характеризующейся существенной биологической активностью. Сейчас твёрдо установлено, что увеличение доли УФ-Б в составе падающего света приводит к значительному угнетению роста и развития растений, уменьшению их биологической продуктивности и т.д. В этой связи накоплен большой экспериментальный материал с использованием А. thaliana расы Enkheim и гетерозиготные линии, в стручковом потомстве которых выщеплялись хлорофилльные мутации типа ха, а так же изогенные линии мягкой пшеницы Triticum aestivum (Дубров, 1968; Усманов и др. 1987; Шишкин и др. 1990). Экспериментальные данные (Усманов и др. 1994) показали, что УФ-Б существенно понижает жизнеспособность гетерозиготных растений, а также влияет на конкурентноспособность различных генетических линий пшеницы, а высокогорная УФР является мощным фактором отбора, влияющим на направленность микроэволюционных процессов в популяциях высших растений. Изучение механизма устойчивости живых систем к воздействию УФ-радиации на дифференциацию апексов мутантных линий vc*erygVan , Еб, Еп и расы Enkheim растений арабидопсиса выявило угнетающее действие УФ-Б радиации на размеры апексов, митотический индекс, структуру и размеры ядрышек и другие показатели. У наиболее устойчивой линии vcyerygFan отличия перечисленных параметров были менее выраженными по сравнению с Е^ и Еп{ Хаитова и др. 1999). Учитывая, что мутантная линия vc^er^gVan более устойчива к УФ-Б (280-329 нм) радиации, чем дикий тип и что в её состав входят четыре рецессивные мутации в различных локусах экспериментаторы подвергли облучению УФ-Б радиацией каждую линию отдельно. Наименьшее ингибирование роста отмечено у растений линии ег \ а наибольшее - у линии gl\ Каждый час, в течение 5 часов от начала облучения определяли выделение растениями стрессового этилена. Динамика выделения стрессового этилена (с максимумом через три часа после начала облучения) была сходной у всех изученных мутантов А. МаНапа за исключением устойчивого ег мутанта (с максимумом через 2 часа). Наименьшее количество этилена выделяли наименее устойчивые gГ растения (Власов и др., 1999). При исследовании влияния различных доз УФ-В света на физиологические параметры и биосинтез фенольных соединений в растениях дикого типа и мутантов ТТ4 и ТТ5, дефицитных по ферментам халкосиатазе и халконизомеразе, в которых ограничен синтез флавоноидных структур показано, что с увеличением дозы УФ - радиации происходит увеличение флавоноидных соединений у мутанта ТТ4, а у мутанта ТТ5 увеличеня не обнаружено. У растений дикого типа при увеличении дозы радиации увеличивается количество эфиров синаковой кислоты (защитный экран от радиации) и приводит к изменению физиолого-морфологических признаков растений арабидопсиса (Музафаров, 2007). Большой интерес у исследователей и к гормональным мутантам арабидопсиса в рамках проблемы «Стресс и адаптация». Изучаются влияние высоких и низких температур на изменение некоторых физиолого-биохимических параметров дикого типа и этилено-зависимых мутантов и регуляторного взаимовлияния полиаминов и этилена при адаптации растений к экстремальным условиям их произрастания. Проведены сравнительные исследования влияния температуры (4 С или 38°С, 24 ч., в темноте) на растения АлкаНапа (дикий тип и еИ5). Установлено, что эти воздействия вызывают окислительный стресс. При измерении динамики (до 120 часов после воздействия) активности защитных систем в растениях - каталазы, пероксидазы, супероксиддисмутазы, глутатион-8-трансферазы, а также содержания глутатиона и аскорбата установлено, что влияние низких температур проявляется в более слабой степени в обоих генотипах в сравнении с высокими. Мутант более устойчив к температурному стрессу. Это заключение подтвердилось и данными стрессовых маркеров и хлорофилльной флюоресценции in vivo. Стресс не вызывал существенных изменений в содержании экзогенного цитокинина в растениях дикого типа в отличие от гормонального мутанта Eti5, где их уровень понизился (Каранов и др., 1999). Изучая свойства и функционирования рецепторов цитокининов, и на основании литературных данных, Г.А.Романовым было установлено - в настоящее время принято считать, что Arabidopsis содержит три рецептора цитокининов - сенсорные гистидинкиназы CREI ( АНК4, АНКЗ, и ФНК2). Близкие по структуре рецепторы цитокининов обнаружены у эволюционно далёких от арабидопсиса видов: кукурузы и риса. Характер интенсивности ответа клетки на тот или иной цитокинин в значительной степени зависит от того, какие изоферменты рецепторов цитокининов представлены в данной клетке или ткани (Романов, 2007).

Далеко неполный перечень цитируемых в литературном обзоре работ, как нам представляется, говорит о плодотворности применения мутантных линий модельного растения A.thaliana для актуальных физиолого-генетических исследований. В методологическом плане, для успешного решения научных и практических задач физиологической генетики растений, плодотворным является организация генетических коллекций мутантных форм и на этой основе создавать экспериментальные модельные системы, или иначе как их обозначают - мутационные, генетические «тест-системы», комплексное изучение которых, приближает нас к пониманию интимных сторон механизма генетического контроля важнейших биологических функций растительного организма (Gustafsson, 1940; Веттштейн, 1962; Лобашев, 1966; Квитко, 1972).

Под понятием экспериментальная модель или генетическая «тест-система», обычно подразумевают определённые по объёму совокупности мутантных организмов, предназначенных для изучения как действия мутантного гена на признак, так и его влияние на степень выраженности и проявления фенотипического признака. Согласно утверждению К.В.Квитко (Квитко, 1972), целенаправленное создание генетических коллекций организмов, включающих в себя мутационные системы первого порядка (мутация-признак) и второго порядка (ген-признак), оказалось весьма эффективным при исследовании механизмов генетического контроля процессов фотосинтеза и адаптации фотосинтетического аппарата к факторам природной среды. Изучением, каким путём генотип определяет фенотип, занимается особый раздел генетики, называемый феногенетикой или генетикой развития. Предметом её изучения является проявление гена и анализ механизма его действия на признак. Проявление гена представляет собой конечный этап функционирования генотипа, а механизм его действия входит в качестве элемента в целостную систему онтогенеза (Лобашев, 1967; Гуляев, 1971). Кратко феногенетику согласно Н.В. Тимофееву-Ресовскому (1966) можно определить как отрасль генетики, занимающуюся анализом проблемы ген-признак, - «Эта область генетики является наименее разработанной, и в то же время представляет большой общебиологический интерес, так как именно из развития феногенетики в тесном контакте с биохимической генетикой и экспериментальной эмбриологией следует ожидать в будущем создания общей теории онтогенеза. Известно, что как раз на этом, онтогенетическом уровне организации жизни общей теории в сущности нет. Мы пока не знаем, почему и с помощью каких механизмов осуществляется то замечательное явление, что в онтогенезе многоклеточных в должное время и в должном месте происходит должное» (Тимофеев-Ресовский, Иванов, 1966). Отсутствие до сих пор общей теории онтогенеза при наличии ряда частных теорий и большого числа гипотез и идей, следует объяснить недостаточным проникновением генетики в физиологию, в механику развития. В создании же общей теории онтогенеза существенное значение имеет развитие феногенетики, т.е. часть генетики, занимающейся отношениями ген-признак (Фадеева и др., 1980).

Как известно, предметом исследования генетики (в том числе феногенетики и физиологической генетики) является совершенно изумительное свойство жизни на нашей планете - способность к идентичному самовоспроизведению. Причём, при размножении организмов любой степени сложности поколение от поколения отделено стадией одной клетки, зиготой - оплодотворённой яйцеклетки. Так как жизнь на Земле квантирована, представлена замечательной иерархической системой дискретных форм, а воспроизведение этих форм происходит идентично (разумеется, с известными вариациями), то несомненно, что в зиготе, отделяющей поколение от поколения, должен содержаться некий код наследственной информации, передаваемый от поколения к поколению. Общие принципы строения этого кода известны достаточно хорошо. Он представлен макромолекулярными нуклеопротеидами, матричными структурами, организованными в хромосомы клеточных ядер, причём, основной матрицей является ДНК. Матричные структуры кода наследственной информации обладают уникальным свойством -способностью строить рядом с собой в определённой констеляции условий точно себе подобную структуру.

К этому и сводится на молекулярном уровне основной принцип идентичного самовоспроизведения жизни. Репликацию матричных структур кода наследственной информации называют конвариантной, т.е. включающей вариации (Лобашев и др., 1979). Это значит, что в случае изменения структуры, появления мутации, дальнейшее воспроизведение этой структуры включает возникшие изменения, т.е. осуществляется в мутантно изменённой форме.

Следовательно, основные принципы структуры кода наследственной информации известны, намечаются также и механизмы передачи из ядра в цитоплазму. Если рассмотреть сложный многоклеточный организм, обладающий определёнными наследственными признаками и свойствами, то при переходе от зиготы с её кодом наследственной информации к взрослой форме мы сталкиваемся с совершенно удивительным и непонятным путём индивидуального развития, называемым «онтогенезом» (Лобашев и др., 1979). Но с другой стороны, совершенно ясно, что, в конечном счёте, любой признак или свойство организма любой сложности должно быть в какой-то форме закодированы в зиготе, и должны существовать какие-то механизмы, ведущие к тому, что в развивающемся организме эти признаки и свойства получают определённую форму и выражение. И вот этот - то сложный путь реализации закодированных в коде наследственной информации признаков и свойств организма и является общим содержанием феногенетики в самом широком смысле этого слова (Тимофеев-Ресовский, Иванов, 1966).

Феногенетика, как часть генетики, занимающаяся анализом пути от генов к признакам, от генотипа к фенотипу, является крайне комплексной дисциплиной, отдельные разделы которой пока еще слабо связаны друг с другом. Термин «Феногенетика» и его первая формулировка были предложены в начале 20-х годов (прошлого века) немецким зоологом Валентином Хаккером (Дубинин, 1970). Хаккер изучал мутации у млекопитающих, старался исследовать различия между исходными и мутантными типами. При этом он пытался обнаружить в онтогенезе такие фазы, начиная с которых появляются различия между исходной и мутантными фармами. Эти развилки в отнтогенезе были названы им фенокритическими фазами.

Большой и очень точный материал по фенокритическим фазам был собран Кристиной Бонневи - норвежским зоологом, цитологом и генетиком, который создал основу для развития современного учения о наследственной тератологии человека, о так называемых врождённых пороках развития (Тимофеев-Ресовский, 1966). Интересный материал по нахождению фенокритических фаз у растений был собран некоторыми ботаниками, в частности школами Эрвина Бауэра в Германии и Синнота в Америке (Дубинин, 1970).

Материал по фенокритическим фазам при достаточном его объёме представляет известный интерес для сравнительно-эмбриологического анализа хода развития закладок различных форм и может служить хорошим дополнением к экспериментальному тератологическому воздействию на разные фазы эмбрионального и постэмбрионального развития.

Однако, для развития феногенетики более плодотворным оказались другие направления, развивающиеся несколько позднее. В этой связи любопытная возможность открылась ещё в 30-ые годы (прошлого века), когда была разработана методика трансплантации имагинальных дисков на дрозофиле, т.е. эмбриональных закладок имагинальных органов мухи с последующим изучением последствий такой трансплантации в нового хозяина (Лобашев и др. 1979; Гершензон, 1983; Стент, Калиндар, 1981).

С помощью этой методики удалось экспериментально-эмбриологически с точки зрения физиологии развития изучить поведение различных мутантных наследственных признаков. Наиболее интересными результатами этих исследований явилось подтверждение существования так называемых зависимых и независимых признаков и открытие в связи с этим особых биологически активных веществ - геногормонов (Тимофеев-Ресовский, Иванов, 1966).

Генетикам давно известно, что кроме генетических мутаций, наследственные изменения могут возникать и в соматических клетках организмов на различных стадиях их развития. В зависимости от времени возникновения соматических мутаций в онтогенезе они охватывают соответственно больший или меньший сектор той или иной ткани и органа, в закладках которых они появились. Был изучен целый ряд хлорофилльных соматических мутаций у растений. При этом с помощью вегетативного размножения изменённых участков удалось строго доказать, что это не случайные дефекты развития, а истинные константные мутации, хотя широко известны многочисленные случаи пятнистости листьев, связанные с нарушением минерального питания растений.

Исходя из того, что хромосомы имеются во всех клетках организма и, следовательно, мутации генов, локализованных в хромосомах, тоже могут происходить в любых клетках, А.Стертывант выдвинул гипотезу о независимых и зависимых признаках (Дубинин, 1970). Независимыми Стертывант называл те наследственные признаки, которые развиваются в любой клетке или ткани лишь под влиянием того генотипа, который в данных клетках содержится. Зависимыми он называл такие признакй, проявление которых определяется не только генотипом, содержащимся в данных клетках, но и генотипом остальных клеток через гуморальное воздействие. Сказанное о зависимых и независимых признаках и геногормонах служит примером другого направления в физиологии развития, попытки экспериментально в пути от гена к фену выявить ступени онтогенетического развития признаков.

До последнего десятилетия в распоряжении генетиков бвл лишь один путь изучения первичной работы гена - генанализ эффекта положения гена, открытого Стертывантом. Эффект положения заключается в том, что если ген в результате какой-либо хромосомной перестройки окажется перенесённым в новое для него соседство, то это сказывается весьма существенно на его работе, а значит и на проявление соответствующих признаков.

Обычно это сказывается в том, что доминантный аллеломорф, находясь в чужом соседстве, неполно доминирует над своими рецессивными аллелями. Эффект положения указывает на какие-то интимные биохимические взаимоотношения между соседними генами в хромосомах и возможно, между их первичными продуктами. Лишь совсем недавно, к сожалению, пока на самых простых организмах - вирусах, фагах и бактериях удалось найти путь, по которому центральная управляющая система, нуклепротеидный код наследственной информации передаёт информацию в цитоплазму к местам биосинтеза.

Речь идёт об изученной биохимиками роли транспортной и информационной РНК в передаче информации с ДНК на белки. С помощью этих двух видов РНК и осуществляется, как известно, построение полипептидных цепей белков с последовательностью аминокислот, которая закодирована в центральной матричной системе, в структуре ДНК. Это направление, в конечном счёте, также относится к феногенетике или физиолого-генетическому развитию, так как оно занимается начальными этапами онтогенетической работы гена (Гершензон, 1983; Лобашев и др., 1979; Инге-Вечтомов, 1989; Смирнов, 1991).

Следует сказать несколько слов и о сложности взаимоотношений между генами и признаками. Это можно проиллюстрировать на примере двух хорошо изученных феноменов в феногенетике, а именно на наличии, так называемых, гетерогенных групп и явлении плейотропии.

Гетерогенными называются группы разных, различно локализованных генов, мутации в которых дают один и тот же или весьма сходный фенотипический эффект (хотя каждая из них может давать и другие побочные эффекты). Типичным примером гетерогенных групп являются мутации восковидного эндосперма у кукурузы, группа мутаций остистости у злаков зачастую морфологически неразличимы. Более того, сейчас у достаточно хорошо изученных объектов почти неизвестно уникальных мутаций - как правило, одно и то же сходное изменение в развитии признака может определяться разными мутациями различных генов. Таким образом, наличие гетерогенных групп можно считать общим правилом в области феноменологии проявления генов (ФПК). Под ФПК, следовательно, подразумеваются те явления, которые можно усмотреть на конечных стадиях формирования наследственных признаков.

Вторым из феноменов, характерных для проявления генов, о чем говорилось выше, является плейотропия. Действие гена называется плейотропным, если оно, затрагивает не один, а целую группу конечных признаков (Лобашев и др., 1979; Инге-Вечтомов, 1989; Картель и др., 1999).

Количественно фенотипическую изменчивость проявления генов выражают пенетрантностью и экспрессивностью. Пенетрантностью называют способность гена к фенотипическому проявлению. Она измеряется процентом особей, у которых проявляется данный признак в данной гомозиготной культуре. Экспрессивностью называется степень выраженности признака. Количественно экспрессивность выражается в баллах и как процент особей с наиболее полным выражением признака среди всех особей, проявивших данный признак. А поле действия гена и направленность проявления признака объединяются понятием специфичность действия гена.

Таким образом, фенотипическую изменчивость проявления гена характеризуют пенетрантностью, экспрессивностью и специфичностью.

Экспериментально доказано, что значение этих показателей определяется действием генов-модификаторов, влияющих на проявление основного гена. Причём опыты по селекции (отбору) на любую из трёх компонент фенотипической вариабильности проявления генов показывает на независимость этих генов-модификаторов: можно получить культуры с любым сочетанием пенетрантности, экспрессивности и специфичности (Gottschalk, 1970; Gaul, Lind, 1976; Scholz, 1976). Было показано, что названные характеристики изменчивости могут варьировать не только под влиянием генов-модификаторов, но и определённых условий среды, например под влиянием температуры. Однако специфичность никогда не меняется при изменении температуры; для её изменения необходим отбор, т.е. подбор тех или иных генов-модификаторов (Гершензон, 1983).

Завершая описание основных феноменов проявления генов, следует ещё раз сказать, что в вариации фенотипического проявления наследственных признаков большое значение имеет среда в её дифференцированном понимании - внешняя, внутренняя и генотипическая среда.

Отсутствие до сих пор общей теории онтогенеза объясняется недостаточным проникновением генетики в физиологию, в механику развития. В создании же общей теории онтогенеза существенное значение имеет развитие феногенетики. Медленное накопление знаний в области феногенетики растений связано с тем, что до начала наших исследований, на растительных объектах не были созданы экспериментальные модельные системы, удобные для изучения механизмов действия гена на признак в зависимости от условий внешней среды и генотипа в целом.

Исследования по влиянию на развитие организма мутантного гена в гомо- и гетерозиготном состоянии связаны так же с изучением ряда проблем феногенетики, в том числе проблемы моногибридного гетерозиса. Судя по литературным данным, эффект моногибридного гетерозиса чаще всего наблюдается при гетерозиготности по таким генам, которые контролируют наиболее важные для жизнедеятельности организма функции, например, фотосинтез и рост растений. Во всех случаях гетерозис проявлялся по признакам габитуса растений и семенной продуктивности (Си^аГззоп е1 а1., 1950; Беляев и др., 1968; Шумный и др. 1971; Шумный, 1973; Сидорова, 1975, 1981; Сидорова и др., 1972, 1977; СоПвсЬаНс , 1976; Вершинин, 1977, 1979; Авдеев, 1983).

Из кратко изложенного литературного обзора следует, что физиолого-генетические исследования, как правило, проводили, используя, различные мутанты высших растений, но практически нет сведений об использовании экспериментальных модельных систем.

Поэтому, используя генетическую коллекцию арабидопсиса, мы создаём экспериментальные модельные системы, которые очень удобны для изучения влияния экологических условий и генотипической среды на фенотипическое выражение отдельных генов при исследовании физиологических функций растений.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Усманов, Тимур Пулатович

Выводы

1. Создана экспериментальная модельная система, состоящая из 32-х по-разному маркированных различными сигнальными генами генетически чистых линий арабидопсиса, полученных путём многократных скрещиваний между собой и с исходной расой Columbia маркерных линий tr\ vc'er и gVan, позволяющая изучать действие мутантных генов в различной генотипической среде на рост, развитие и продуктивность растений.

2. Получена полная феногенетическая характеристика 32-х по- разному маркированных различными сигнальными генами генетически чистых линий арабидопсиса, которая выявила большой потенциал генотипической изменчивости вида A. thaliana по плодовитости -интегральному показателю активности физиологических реакций растительного организма.

3. Показано, что различная генотипическая среда по-разному влияет на проявление генов tr\ vc\ er\ gT и an, если оценивать их действие по различным параметрам признака плодовитости (масса семян, число семян в плоде или же на одном растении). Обнаружено закономерное уменьшение величин этих показателей в зависимости от числа мутантных генов, вводимых в генотип арабидопсиса. Максимальные величины массы семян и числа семян в стручке и на одном растении наблюдались в том случае, когда в генотип арабидопсиса вводили единичные гены tr\vc\er4 ,gV и an, а минимальные - при введении в генотип арабидопсиса всех пяти мутантных генов.

4. Установлено, что мутантные гены и их различные сочетания в генотипе арабидопсиса по - разному изменяют массу одного семени и число семян, формирующихся на одном растении. Масса семян, получаемая с одного растения, является величиной константной при условии введения в генотип арабидопсиса от одного до трёх генов, при введении в генотип арабидопсиса четырёх и пяти генов масса семян с одного растения резко падает.

5. Показано, что ген tr\ детерминирующий морфологический признак -тройные плоды, приводит к повышению интенсивности фотосинтеза единичного хлоропласта. Сочетание гена try с другими сигнальными генами приводит к резкому возрастанию индекса фотосинтеза единичного хлоропласта. Максимальные величины индекса фотосинтеза зарегистрированы в том случае, когда мутантный ген tr" присутствует в одном генотипе вместе с сигнальными генами vc) an и er .

6. Обнаружено усиление действия «гена плодовитости» - tr на фотосинтетическую продуктивность растений в определённой генотипической среде - tr\c'an. Следовательно, открывается перспектива селекционно-генетического конструирования высокопродуктивных форм растений путём подбора генов плодовитости.

7. Показано, что гетерозиготы, в стручковом потомстве которых выщеплялись рецессивные эмбрионально-летальные хлорофилльные мутации типа al, ха, и ch, статистически достоверно превосходили исходную расу Enkheim по показателям роста, развития и семенной продуктивности, что указывает на эффект моногибридного гетерозиса. Фенотипическое проявление моногибридного гетерозиса в значительной степени зависит от влияния мутантного гена в гетерозиготном состоянии, а так же и от условий среды.

Заключение

Апробация созданной экспериментальной модельной системы, состоящей из 32-х по разному маркированных сигнальными генами и ап, вскрыла большой потенциал генотипической изменчивости вида А. МаИапа по росту, развитию и плодовитости -интегральному показателю физиологической активности растительного организма. Соответствующая статистическая обработка экспериментальных данных позволила выявить некоторые закономерности в изменчивости параметров семенной продуктивности, представляющие общебиологический интерес.

Установлено, что мутантные гены и их различные сочетания в генотипе арабидопсиса по-разному изменяли массу 1000 семян, число семян в плоде, на одном растении и массу семян, получаемую с одного растения; перечисленные показатели имели величины константные при условии введения в генотип от одного до трёх мутантных генов. Однако, при введении в генотип арабидопсиса четырех и пяти генов - показатели плодовитости резко падали.

Наиболее общим итогом проделанной работы (2,3,4 главы) диссертации является получение дополнительных данных, говорящих в пользу справедливости широко обсуждаемых в генетике мнения о том, что введение в генотип высшего растения большого числа мутантных генов приводит к замедлению темпов роста и развития растений и, в целом, к падению плодовитости.

При изучении влияния мутантного гена плодовитости й*" в сочетаниях с \c\er\gY и ап на интенсивность фотосинтеза (ИФ) по скорости выделения фотосинтетического кислорода обнаружено, что все мутантные линии, в сочетании с 1г\ обладали ИФ единицы поверхности листа и индексом фотосинтеза единичного хлоропласта достаточно высокими по сравнению с самим мутантом Наивысшие показатели интенсивности фотосинтеза единицы поверхности листа и единичного хлоропласта оказалось при благоприятном сочетании генов &\ег\ап\ При этом показатели мезоструктуры были заниженными. Это можно объяснить тем, что увеличение фотосинтетической активности у линий с геном плодовитости ¿г* произошло в результате повышения фотосинтетической активности хлоропластов. По данным П.Д. Усманова, морфологический мутант арабидопсиса /г" ядерного происхождения (точковая мутация) и, есть все основания считать, что у этого мутанта имеются сдвиги в гормонально-ингибиторном балансе. Эти отклонения, по-видимому, повлияли в направлении повышения функциональной активности хлоропластов. Совершенно ясно, что изменение гормонально-ингибиторного баланса и эпигенетической стабильности растительных организмов можно достигнуть применением различных генетических методов. Например, данные главы 5 о том, что единичные летальные хлорофилльные мутации, находящиеся у арабидопсиса в гетерозиготном состоянии ( Р20/31д:а, 127ха, 19ск, 29ск и 9аГ) могут приводить к резкому возрастанию семенной продуктивности растений - эффект моногибридного гетерозиса. Это тоже возможно объяснить тем, что мутантные гены, локализованные в хромосомном аппарате ядер клеток, влияли на функциональную активность хлоропластов через изменения в гормонально-ингибиторном балансе и гомеостазе растительного организма. Влияние мутантного гена в гетерозиготном состоянии на развитие организма и проявление эффекта гетерозиса зависит от генотипической среды, но также в большей степени - и от сезона года и условий выращивания растений.

В заключении следует отметить, что при увеличении сигнальных генов в генотипах с /г' (3,4,5 генов) наблюдался отрицательный коэффициент корреляции (г = - 0.67) между показателем индекса единичного хлоропласта и массой семян с одного растения. Наши данные вполне согласуются с высказываниями А.Т. Мокроносова, что ИФ, рассчитываемая на единицу площади листа, как правило, не коррелирует с продуктивностью растительной особи. Только общая площадь листьев и фотосинтетическая продукция целого растения могут находиться в более или менее значительной положительной корреляции с семенной продуктивностью. Тем не менее, показатели индекса фотосинтеза единичного хлоропласта могут служить информативной характеристикой при подборе перспективных линий для вовлечения их в дальнейший селекционно-генетический процесс по выведению высокопродуктивных форм растений.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Усманов, Тимур Пулатович, Душанбе

1. Абдуллаев Х.А. Структурные и функциональные особенности мембранной организации хлоропластов пигментных мутантов Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.H Автореф. дис. канд.биол.наук. Пущино. 1972. 30 с.

2. Абдуллаев Х.А., Усманов П.Д., Насыров Ю.С. Гетеропластиды в клетках мутанта 40/3 Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. // Докл. АН Тадж. ССР. 1972. Т. 15, № 8. С.48-50.

3. Абдуллаев Х.А., Усманов П.Д., Тагеева C.B. Система фотосинтетических мембран и эволюция хлоропластов// Общая биология. 1979. Т.40. С. 43-59.

4. Авдеев Ю.И. Генетические особенности летальных мутаций и перспективы их использования в селекции на примере томатов// Генетика. 1983. Т.49, № 11. С. 1876-1885.

5. Авратовщукова Н. Генетика фотосинтеза. М.: Колос, 1980.103 с.

6. Андреева Т.Ф. Физиология фотосинтеза. Физиология сельскохозяйственных растений. М.: Изд. МГУ, 1967. С. 267-308.

7. Астауров Б.Л. Генетика и проблемы индивидуального развития// Онтогенез. 1972. Т.З, № 6. С. 547-565.

8. Астауров Б.Л. Фенотипическое проявление генотипа: Феногенетика нарушений билатеральной симметрии; флуктуирующая симметрия. М.:Наука, 1874. С. 9-115.

9. Бабаджанова М.А. Об энзимах карбоксилирующей фазы фотосинтеза и их связи с интенсивностью фотосинтеза. // Автореф. дис. канд.биол.наук. М. 1972. 32 с.

10. Бабаджанова М.А., Бакаева Н.П. Четвертичная структура и некоторые свойства рибозофосфатизомеразы из листьев арабидопсиса расы Энхайм и его мутантов триплекс и 58/15 // Биохимия. 1987. Т.52, вып. 1. С.146-153.

11. Бакаева Н.П. Активность и свойства рибозофосфатизомиразы исходных и мутантных форм хлопчатника и арабидопсиса. // Автореф. Дис. канд.биол.наук. Душанбе. 1987. 24 с.

12. Беляев Д.К., Евсиков В.И., Шумный В.К. Генетико-селекционные аспекты проблемы гетерозиса // Генетика. 1968. Т.4, № 12. С. 47-62.

13. Бободжанов В.А. Эколого-генетическое изучение индуцированных мутантов гороха. // Автореф. дис. канд.биол.наук. Душанбе. 1973.23 с.

14. Бободжанова X. Мембранная организация хлоропластов растений, различающихся по функциональной активности. // Автореф. Дис. канд.биол.наук. Душанбе. 1990. 21 с.

15. Боннер Дж. Методы фракционирования клетки. Биохимия растений. М.: Мир, 1968. С. 10-12.

16. Вершинин A.B. Физиолого-биохимические аспекты моногибридного гетерозиса, полученного на основе хлорофилльных мутантов гороха. //Генетика. 1977. Т.13,№ 7. С. 1153-1164.

17. Вершинин A.B. Физиолого-биохимические аспекты моногибридного гетерозиса. // Автореф. дис. канд.биол.наук. Новосибирск. 1979. 16 с.

18. Веттштейн Д. Формирование пластидных структур. Структура и функция фотосинтетического аппарата. М.: Иностранная литература, 1962. С. 148-160.

19. Власов П.В., Ракитина Т.Я., Ракитин В.Ю. Влияние УФ-Б радиации на рост и образование этилена у vc' er gl" и an' мутантов Arabidopsis thaliana. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 336337.

20. Гершензон С.М. Основы современной генетики. Киев: Наук. Думка, 1983.560 с.

21. Городилова И.В., Гаманец JI.B., Рекославская Н.И., Мапелли С.П., Копытина Т.В., Саляев Р.К. Повышение продуктивности у трансгенных томатов с введением генома UGT из кукурузы. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 556.

22. Гостимский С.А. Фотосинтетический мутант Pisum sativim L.// Генетика. 1966. Т. 2, № 4. С. 80.

23. Гостимский С.А. Новый мутант гороха с нарушенными реакциями фотосинтеза.//Генетика. 1973. Т.9, № 5. С. 148-152.

24. Гостимский С.А. Генетический контроль фотосинтеза у высших растений. // Автореф. дис. докт,.биол.наук. М. 1981. 38 с.

25. Гостимский СЛ., Ежова Т.А., Маторин Д.Н., Тимофеев К.Н. Выделение и исследование мутантов высших растений с нарушением функций фотосинтеза. // Тез. докл. III съезда ВОГИС. 1977. С. 120.

26. Гостимский С.А., Ежова Т.А., Маторин Д.Н., Баврина Г.В. Генетический контроль фотосинтеза у Pisum sativim L. // Тез. докл. XIV Междунар. генет. конгресса. 4.2 М. 1978. С. 75.

27. Гиллер Ю.Е. Эндогенное регулирование состояния хлорофилла в хлоропластах. // Автореф. Дис. докт. биол. наук. Минск. 1982. 48 с.

28. Гиллер Ю.Е. Мутационная изменчивость молекулярной организации пигментной системы фотосинтетического аппарата // Биолог, ж. Армении. T. XII, № 9-10 (42). 1989. С.890-899.

29. Гуляев Г.В. Генетика. Изд-во «Колос». M., 1971, - 344 с.

30. Долгов C.B., Митюшкина Т.Ю., Королькова Е.О., Скрипников А.Ю. Генеративное развитие трансгенных растений Dendranthema Morifolium (Ramat.) Trevel. под действием гена Role. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. И. С. 569-570.

31. Доспехов В.А. Методика полевого опыта. М. 1983.478 с.

32. Драгавцев В.А., Удовенко Г.В., Гончарова Э.А. Проявление важнейших эколого-генетических систем адаптивности и продуктивности у ценных с.-х. растений в различных условиях генотип-среда. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 260-261.

33. Дубров А.П. Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения. М.: Наука, 1968. 241 с.

34. Дубинин Н.П. Общая генетика. М.:Наука, 1970. 487 с.

35. Еникиев А.Г., Мишутина У.О., Рекославская Н.И., СаляевР.К., Паковски Р., Донская Л.И., Музалевская О.В. Трансгенные формы рапса с введёными генами UGT и АСВ. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.Н. С. 575-576.

36. Ежова Т.А., Солдатова О.П., Маманова Л.Б. Изучение физиологической природы карликовости у мутантов Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. II Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. И. С. 574.

37. Захаров И.А. Генетические карты высших организмов. Л.: Наука, 1979. 157 с.

38. Зеленский М.И. Полярографическое определение кислорода в исследованиях по фотосинтезу и дыханию. Л.: Наука, 1986. 140 с.

39. Иванов В.И. Радиобиология и генетика арабидопсиса. Проблемы космической биологии. М.: Наука, 1974. 191с.

40. Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Иванова Л.А. Мезоструктура фотосинтетического аппарата Arabidopsis thaliana линий Col Col А, и ií-310. II Материалы VI съезда ОФР, Симп. 7. Сыктывкар. 2007. С. 245-246.

41. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М.:Высшая школа, 1989. 591 с.

42. Калинина А.Ю., Ежова Т.А., Голубева Н.В., Маркова И.В., Медведев С.С. Роль полярного транспорта ауксина в ростовых процессах у Arabidopsis thaliana L. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 589-590.

43. Каранов E.H., М. Холл, А. Смит Влияние высокой и низкой температуры на изменения некоторых физиолого-биохимическихпараметров дикого и этилено-независимого мутанта ET 15 Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.ll Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. 370-371.

44. Карначук P.A., Тищенко С.Ю., Головацкая И.Ф. Рост и эндогенные гормоны у световых мутантов арабидопсиса в онтогенезе. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С.593-594.

45. Картель H.A., Макеева E.H., Мезенко А.М. Генетика: Энцикл. словарь Мн.: Тэхналогия, 1999. 448 с.

46. Касьяненко А.Г. Влияние генетических факторов на функциональные особенности фотосинтетического аппарата. // Автореф. Дис. канд.биол.наук. Душанбе. 1966. 22 с.

47. Касьяненко А.Г., Насыров Ю.С., Смолина ЭЛЛ Физиология растений. 1968, № 15. С. 422.

48. Квитко К.В. Асептическая культура Arabidopsis thaliana (L) Heynh. и перспективы её использования в ботанических исследованиях.// Вестник ЛГУ, сер.биол. 1960. Т. LXXII, № 3. С. 100-105.

49. Квитко К.В., Мюллер А. Новый объект для генетических исследований Arabidopsis thaliana (L.)Heynh . II Исследования по генетике. Л.: Изд. ЛГУ, 1961. С. 79-91.

50. Квитко К.В. Генетические методы исследования структуры и функции фотосинтетического аппарата. // Методы исследования фотосинтетического аппарата. Пущино на - Оке, 1972. С. 119-138.

51. Квитко К.В., Борщевская Т.Н. Петерговская коллекция пигментных мутантов зелёных водорослей. // Методы исследования структуры фотосинтетического аппарата. Пущино на - Оке, 1972. С. 139-154.

52. Кефели В.И., Ложникова В.Н., Хлопенкова Л.П., Коф Э.М., Сидорова К.К. и др. Активность фитогормонов и природных ингибиторов в мутантах гороха, различающихся по высоте стеблей.// Изв. АН СССР, сер. Биол., 1973. № 5. С. 681 687.

53. Кефели В.И. Природные ингибиторы роста и фитогормоны. М.: Наука, 1974.

54. Кефели В.И. Факторы регуляции роста и органообразование. // Биология развития растений. М.: Наука, 1975. С. 89 125.

55. Кошкин В.А., Мережко А.Ф., Матвиенко И.И. Влияние генов РРД на морфофизиологические признаки у пшеницы. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 768-769.

56. Кузнецов В.В. Гормональная регуляция биогенеза хлоропластов. // Материалы VI съезда ОФР, Симп. 7. Сыктывкар. 2007. С. 14-15.

57. Кудракова Н.В., Кузнецов В.В., Штратников В.Ю., Кулаева О.Н. Факторы индукции старения в регуляции экспрессиии Р^/ш гена у АгаЫ<1ор$1$ ШаНапа. // Материалы VI съезда ОФР, Симп. 7. Сыктывкар. 2007. С. 192-193.

58. Кулаева О.Н. Цитокинины. Их структура и функция. М.: Наука, 1973.

59. Кулаева О.Н. Рецепция и трансдукция гормональных сигналов в растении. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 770-771.

60. Ламан Н.А., Прохоров В.Н. Физиологические аспекты теории высоких урожаев сельскохозяйственных культур. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 268.

61. Лобашев М.Е. Принципы генетического анализа.// Актуальные проблемы современной генетики. М.: МГУ, 1966. С. 7 22.

62. Лобашев М.Е. Генетика. Курс лекций. Л.: ЛГУ, 1967. 478 с.

63. Лобашев М.Е., Ватти К. В., Тихомирова М.М. Генетика с основами селекциию М., 1979. 428 с.

64. Лыков H.A. Оценка стабильности генетической нормы реакции по количественным признакам в комплексном градиенте среды. // Материалы VI съезда ОФР, Симп. 8. Сыктывкар. 2007. С. 380-382.

65. Мокроносов А.Т., Некрасова Г.Ф. Онтогенетический аспект фотосинтеза (на примере листа картофеля).// Физиология растений.1977. Т.24, № 3. С. 458-465.

66. Мокроносов А.Т. Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата. Свердловск: Ур.Гос.Университет,1978. С. 5-30.

67. Мокроносов А.Т. Развитие структуры и функциональной активности листа в онтогенезе.// Тез. докл. Адаптация реакций в формировании и активности фотосинтетического аппарата. Пущино. 1980. С. 20.

68. Мокроносов А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. М.: Наука, 1981. 196 с.

69. Мокроносов А.Т., Кузнецов Вл.В. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 5-7.

70. Музафаров E.H. Действие различных доз УФ-В света на физиологические параметры и биосинтез фенольных соединений в растениях дикого типа и мутантах ТТ4 и ТТ5 Arabidopsis thaliana. П Материалы VI съезда ОФР, Симп. 7. Сыктывкар. 2007. С. 282-284.

71. Назарова Г.Н., Позднякова Н.В., Задворный O.A., Кособрюхов A.A., Мудрик В.А., Музафарова E.H. Фотосинтетическая активность мутантов Arabidopsis thaliana при различных световых условиях выращивания.// Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 426.

72. Насыров Ю.С. Генетические факторы организации и активности фотосинтетического аппарата./Юбщая биология. 1972. Т.ЗЗ, № 6. С.683-701.

73. Насыров Ю.С. Фотосинтез и генетика хлоропластов. М.: Наука, 1975, 143с.

74. Насыров Ю.С. Генетика фотосинтеза. Душанбе: Дониш, 1977. 291с.

75. Насыров Ю.С Генетический контроль фотосинтеза и пути повышения продуктивности растений.// Генетика и благосостояние человечества. М.: Наука, 1981. С. 508-517.

76. Насыров Ю.С. Генетическая регуляция формирования и активности фотосинтетического аппарата.// Физиология фотосинтеза. М.: Наука, 1982. С. 146-164.

77. Насыров Ю.С. Генетика фотосинтеза и селекция. М.: Знание, 1982. 60с.

78. Насыров Ю.С., Касьяненко А.Г., Абдурахманова З.Н. Генная регуляция структуры и функции фотосинтетического аппарата.// Биохимия и биофизика фотосинтеза. Иркутск, 1971. С. 121-138.

79. Ничипорович A.A. Пути управления фотосинтетической деятельностью растений с целью повышения их продуктивности.// Физиология сельскохозяйственных растений. М.:МГУ, 1967. С. 309353.

80. Ничипорович A.A. Основы фотосинтетической продуктивности растений. // Современные проблемы фотосинтеза. М.: МГУ, 1973. С. 17-43.

81. Ничипорович A.A. Реализация регуляторной функции света в жизнедеятельности растений как целого и в его продуктивности. М.: Наука, 1975. С.228-244.

82. Ничипорович A.A. Программа исследований по проблеме фотосинтеза и фотобиологии растений (рекомендации научного совета). М.: Наука, 1976. 35с.

83. Ничипорович A.A. Фотосинтез и рост в эволюции растений и их продуктивности.// Физиология растений. 1980. Т.27, № 5. С. 942961.

84. Ниязмухамедова М.Б. Структура и функция фотосинтетического аппарата у ядерно индуцированных мутантов Arabidopsis thaliana (L.)Heynh.ll Автореф. дис. . канд. биол. наук. Тбилиси. 1977. 21с.

85. Осипова О.П. Взаимосвязь структуры и функции фотосинтетического аппарата.// В. кн. Биохимия и биофизика фотосинтеза. М.: Наука, 1965. С. 146-160.

86. Першина JI.A. Феногенетический анализ мутантов гороха (Pisum sativum L.) с изменённой структурой стебля. // Генетика. 1975. Т.11, № 6. С. 30-36.

87. Першина JI.A., Хвостова В.В., Сидорова К.К. Действие мутантного гена на строение и развитие компактного мутанта у гороха (Pisum sativum L.)// Онтогенез. 1973. Т. 4, №6. С. 628-632.

88. Рокицкий П.Ф. Введение в статистическую генетику. Минск: Высшая школа, 1978. 447с.

89. Романов Г. А. Свойства и функционирование рецепторов цитокининов. // Материалы VI съезда ОФР. Сыктывкар. 2007. С. 15-17.

90. Саидмурадов Ш.Д. Взаимодействие мутантных генотипов арабидопсиса в фитоценозах// Автореф. дис. . канд. биол. наук. Минск. 1988. 17с.

91. Седова Е.А., Скрипников А.Ю., Сперанская A.C. Регенерация апексов Arabidpsis thaliana in vitro. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 690.

92. Серебровский A.C. Генетический анализ. М.: Наука, 1970. 342с.

93. Сидорова К.К. Генетика мутантов гороха. Новосибирск: Наука, 1981. 168с.

94. Сидорова К.К., Калинина Н.П., Бободжанов В.А. Экология мутантного гена в гомо- и гетерозиготном состоянии. Генетика, 1972, т.8, № 1, с.23-29.

95. Сидорова К.К., Бободжанов В.А., Глазачева Л.И. Влияние экологических условий и генотипической среды на фенотипический эффект действия мутантного гена. // Цитогенетика гибридов, мутаций и эволюция кариотипа. Новосибирск, 1977. С. 152-166.

96. Смирнов В.Г. Цитогенетика. М.: Высш. шк., 1991. 247 с.

97. Солдатова О.П., Мусин С.М., Радюкина Н.Л., Пенин A.A., Ежова Т.А. Изучение роли пероксидаз в устойчивости растений Arabidopsis thaliana к окислительному стрессу. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 463.

98. Стент Г. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1974. 535 с.

99. Стент Г., Калиндар Р. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1981. 646 с.

100. Сэджер Р. Структура хлоропластов и её связь с фотосинтетической активностью. // Структура и функция фотосинтетического аппарата. М.:И.Л., 1962. С. 117-128.

101. Сэджер Р. Цитоплазматические гены и органеллы. М.: Мир, 1975. 423с.

102. Тахтаджян А.Л. Система и филогения цветковых растений. М. Л.: Наука, 1968. 208с.

103. Тахтаджян А.Л. Четыре царства органического мира.// Природа. 1973. №2. С. 22-32.

104. Тимофеев-РесовскийН.В. Биосфера и человечество. // В сб. Научные труды Обнинского отдела ГО СССР, 1968. Сб. № 1. С. 3-12.

105. Тимофеев-Ресовский Н.В. Генетика и физиология растений. // Генетични изследования в памет на Дончо Костов. София: На българската академя на науките., 1968. С. 95-99.

106. Тимофеев-Ресовский Н.В., Иванов В.И. Некоторые вопросы феногенетики. // Актуальные вопросы современной генетики. М.: МГУ, 1966. С. 114-130.

107. Титова H.H. Поиски растительной дрозофилы.// Сов. Ботаника. 1935. №2. С. 61.

108. Тихомиров A.A. Искусственный свет и продукционный процесс в фитоценозах. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т.1. С. 281-282.

109. Томилова Н.О. Создание коллекции инсертицидных мутантов и идентификация генов, контролирующих морфогенез у Arabidopsis thaliana. //Автореф. дис. канд. биол. наук. М. 2000. 27с.

110. Уолес Д. Генетика фотосинтеза и продуктивности. // Генетика и благосостояние человечества. М.: Наука, 1981. С. 469-480.

111. Уотсон Дж. Молекулярная биология гена. М.: Мир, 1978. 480с.

112. Усманов П.Д. Морфологические особенности хлоропластов в зависимости от воздействия на генетический аппарат. //Фотосинтез и использование солнечной энергии. / АН СССР и др. Д., 1971. С. 241-244.

113. Усманов П.Д. К вопросу о генетическом контроле функционирования хлоропластов // С. х. биология. 1977. Т.12 № 5. С. 769-778.

114. Усманов П.Д. О некоторых мутациях, влияющих на гормональную регуляцию арабидопсиса и хлопчатника.// Тез. докл. 1 Всесоюзн. Совещ. Генетика развития растений. Ташкент: Ташгу. 1980. С. 92-93.

115. Усманов П.Д. Генетика, феноанализ и феногенез фотосинтетических мутаций. // Тез. симпоз. докл. IV съезда ВОГиС им. Н.И. Вавилова, Кишинёв. М., 1982. С. 167.

116. Усманов П.Д. Генотипическая изменчивость признаков фотосинтетического аппарата высших растений. // Дис. .д-ра биол. наук. Душанбе. 1984. Т.1. 406 е., Т. 2. 69с.

117. Усманов П.Д. Морфогенез у мутанта «триплекс» Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. II Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 719.

118. Усманов П.Д., Усманова О.В. Геномно-пластомный контроль числа хлоропластов в клетках высших растений. // Тез. докл., Всесоюз. симпоз. «Молекулярные механизмы генетических процессов», Москва. 1976. С. 107.

119. Усманов П.Д., Мюллер А. Применение эмбрион-теста для анализа эмбриональных леталей, индуцированных облучением пыльцевых зёрен Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. II Генетика. 1970. Т. 6, № 7. С. 50-60.

120. Усманов П.Д., Насыров Ю.С. Действие ядерных генов на фотосинтез. // Материалы II съезда ВОГиС им. Н.В. Вавилова,. М., 1972. С. 127.

121. Усманов П.Д., Абдуллаев Х.А., Усманова О.В., Сохибназаров Ш. Мутационная изменчивость хлоропластов. // Генетика фотосинтеза. Душанбе: Дониш, 1977. С. 104-114.

122. Усманов П.Д., Старцев Г.А. Модельное растение арабидопсис талиана как объект для изучения механизмов генетических рекомбинаций у высших растений. // Адаптация и рекомбинация у культурных растений: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Кишинёв, 1979. С.46.

123. Усманов П.Д., Старцев Г.А. Создание и перспективы использования тест-систем на кроссинговер. // Тез.докд. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения С.С. Четверикова. Душанбе, 1980. С. 24- 25.

124. Усманов П.Д., Каримов Х.Х., Шарипов Г.Д., Старцев Г.А. О генетических аспектах гормональной регуляции роста и развития Arabidopsis thaliana (L.)// Регуляторы роста и развития растений: Тез.докл. 1 Всесоюз. конф. М., 1981. С. 140.

125. Усманов П.Д., Усманова О.В. Создание новой множественно маркированной различными сигнальными генами линии арабидопсиса tr*vc*er*gVan. // Вклад генетики в ускорение научно-технического прогресса в сельском хозяйстве Таджикистана:

126. Материалы конф, посвящ. 100-летию со дня рождения Н.И. Вавилова). Душанбе, 1986. С. 108-110.

127. Усманов П.Д., Медник И.Г., Усманова О.В. Генетико-эволюционные аспекты действия средневолновой ультрафиолетовой радиации на высшие растения. // Изв. АН Респ. Таджикистан. Отд. биол. наук. 1994. № 1. С. 41- 50.

128. Усманова О.В. Характер изменчивости ассимиляционной поверхности хлоропластов у мутантов, экологических рас и видов рода Arabidopsis. // Тез. докл. Всесоюзного симпозиума «Генетические аспекты фотосинтеза». Душанбе, 1972. С. 72-73.

129. Усманова О.В. Влияние дозы гена на фотосинтетический аппарат. // Тез.докл. III съезда ВОГиС им. Н.В. Вавилова. Л., 1977. С. 474.

130. Усманова О.В. К вопросу о генетическом контроле размера и числа хлоропластов (опыты с искусственными полиплоидами A. thaliana) II Экспериментальная генетика и селекция растений и животных в Таджикистане. Душанбе, 1980. С.55.

131. Усманова О.В. Действие аллельных мутаций на признаки фотосинтетического аппарата растений АгаЫ^рБгБ ЖаИапа (Ь.) Неупк. II Тез. док. V съезда ВОГиС им. Н.И. Вавилова. М., 1987. С.210.

132. Усманова О.В. Мутационная изменчивость мезоструктуры фотосинтетического аппарата высших растений. // Автореф. дис. . канд. биол. наук. Душанбе. 1990. 24с.

133. Усманова О.В., Усманов П.Д. Структура и функция фотосинтетического аппарата у аллельных мутантов ЛгаШсрти гкаНапа (I.) Неупк. /I Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. I. С. 100-101.

134. Усманова О.В., Веселова Т.В., Веселовский В.А., Усманов П.Д. Функционирование фотосинтетическоно аппарата у аллельных мутантов АгаЬ1йорз18 ШаНапа (Ь.) НеупЬ. // Физиология растений 1991. Т. 38. Вып. 4. С. 649-654.

135. Усманова О.В., Ткаченко Л.В., Усманов П.Д. Фотосинтез у аллельных мутантов арабидопсиса. // Тр. Первой науч. конф. биохим. о-ва Респ. Таджикистан. 1993. С. 43.

136. Фадеева Т.С., Соснихина С.П., Иркаева Н.М. Сравнительная генетика растений. JL: ЛГУ, 1980. 248с.

137. Федулов Ю.П., Загорулько А Н., Фатькина С.Ю., Котова В.А. Влияние агротехнических приёмов на физиологические параметры растений озимой пшеницы, связанные с продуктивностью.// Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. 1. С. 285.

138. Хавкин Э.Е. Роль генов, контролирующих развитие, в регуляции продуктивности и устойчивости растений к неблагоприятным внешним условиям. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 783-784.

139. Хаитова З.Р., Миляева Э.Л., Ракитина Т.Я., Власов П.В. Влияние ультрафиолетовой радиации на дифференциацию апексов мутантов

140. Arabidopsis thaliana. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. II. С. 723.

141. Хвостова В.В., Першина JI.A. Мутанты растений и проблемы гормональной регуляции роста.// Рост и гормональная регуляция жизнедеятельности растений. Иркутск, 1974. С. 169-186

142. Хурматов Х.Х. Изучение радиочувствительности и структуры природных популяций некоторых видов растений, различающихся по способам размножения. // Дис. . канд. биол. наук. М. 1983. 23 с.

143. Чайлахян М.Х., Ложникова В.Н., Хлопенкова Л.П., Сидорова К.К., Кефели В.И. Реакция карликовых мутантов гороха на действие гиббереллина и природных ингибиторов.// Изв. АН СССР. Сер. биол. 1977. №4. С. 485-494.

144. Шевякова Н.И., Садамов Н.Г. Мутант арабидопсиса МТО 1 как модельный объект для изучения регуляторного взаимовлияния полиаминов и этилена. // Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. I. С. 497.

145. Шукла З.А. Структурные и функциональные особенности фотосинтетического аппарата мутантов Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.ll Автореф. дис. канд. биол. наук. Ташкент. 1982. 20с.

146. Шумный В.К., Белова Л.И., Шарова A.A. Исследование случаев моногибридного гетерозиса у гороха.// Генетика. 1971. Т. 7. №9. С.Зб-41.

147. Шумный В.К. Исследование действия генов в связи с проблемой гетерозиса у растений. // Автореф. дис. . докт. биол. наук. Новосибирск. 1973. 51с.

148. Юнусов С.Ю., Касьяненко А.Г., Усманов П.Д. Генетико-морфологическое и эколого-систематическое исследование рода Arabidopsis Heynh Памиро-Алая // Изв. АН Тадж. ССР. Отд. биол. наук. №2 (35). 1969. С.3-14.

149. Яковлева JI.A, Кулаева О.Н. Сравнительный анализ содержания цитокининов у растений Arabidopsis thaliana дикого типа и мутантов нечувствительных к этилену.// Тез. докл. IV съезда ОФР. 1999. Т. И. С. 788.

150. Якубова М.М. Функциональные особенности и структурная организация фотосинтетического аппарата с высокой активностью.// Автореф. дис. докт. биол. наук. Москва. 1984. 46с.

151. Якубова М.М, усманов П.Д., Бикасиян Г.Р., Храмова Г.А., Щербакова И. Содержание пластидных пигментов у мутантных форм Arabidopsis thaliana и Gossypium hirsutum (L.).// Сб. раб. аспирантов (Серия биол. наук). Душанбе: ТГУ, 1972. № 4. С. 36-43.

152. Якубова М.М, Кренделёва Т.Е. Изучение мутантов Arabidopsis thaliana в связи с фотосинтетической продуктивностью. // Тез. докл. конф., посвященной 100-летию со дня рождения С.С. Четверикова. Душанбе. 1980. С.29-30.

153. Bogorad L. Genetic and evolutionary relationships between plastids and nuclear-cytoplasmic system ;// Genetic aspects of photosynthesis. / Ed. Yu.S.Nasyrov, Z.Sestak. The Hauge. Dr. York W. 1975. P. 51-62.

154. Bogusket et al.// Nature. 200. V.1409. P. 922-927.

155. Breadbeer J.W,. Gyldenholm A.O., Smith J.W., Rest J, Edge H.J. Plastid development in primary leaves of Phaseolus vulgaris . IX. The effects of scort light treatment on plastid development.// New Phyt. 1974. V.73. №2. P. 281-290.

156. Curkova V., Avratavscukova N. Photosynthetic activity, chlorophyll types of Datura stramoium L. //Photosynthetica. 1968. V.2. P. 227-237.

157. Gibbs M. Carbohydrate metabolism by chloroplasts. // Structure and function of chloroplasts. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, 1971. P .169-214.

158. Gichner T., Badayev S.A., Demchenko S.I., Usmanov P.D., Usmanova O.V. Arabidopsis as say for mutagenicity // Mutation Research. Molecular mechanism of mutagenesis. 1994. V. 310. P. 249-256.

159. Gottschalk W. Die Wirkung mutierter gene auf die Morphologie und Runktion pflanzlicher Organe. // Botanische Student. 1964. Bd 14. S. 1-359.

160. Gottschalk W. The yield capacity of useful mutants. A critical review of a collection of mutant tupas of Pisum.// Mutations in Plant Breeding. Vienna: IAEA, 1966. P. 85-101.

161. Gottschalk W. The productivity of some mutants of the pea ( P. sativum L.) and their hybrids. A contribution to the heterosis problem in self -fertilizing species.//Euphytica. 1970. V. 19. P. 91-97.

162. Gottschalk W. Monogenic heterosis.// Induced Mutattions in CrossBreeding. Vienna: IAEA, 1976. P. 189-197.

163. Gottschalk W. Gene mutation and evolution. // Experimental mutagenesis in plants. 1978. P. 46-64.

164. Gottschalk W., Muller F. Quantitative Pigmentuntersuchungen an strahleninduzierten chlorophyllmutanten von Pisum S. // Planta. 1964. B. 61. Hefl 3.S. 259-282.

165. Gustasson A. The mutation system of the chlorophyll apparatus. Lunds.: Univ. Arsskr. N.E., 1940. 40 p.

166. Gustafsson A., Nybom N., Wettstein V. Chlorophyll factors and heterosis in barley.//1 bid. 1950. V. 36. P. 383-392.

167. Hadorn E. Letalfaktoren in ihrer Bedeutung fur Erbpathologie und Genphysiologie der Entwicklung. Stuttgard, 1955.48 p.

168. Hagemann R., Herrman F., Borner T. The use of plastid and gene mutants of higher plants in studying the genetic control of plastid functions // Genetic aspects of photosynthesis / Eds. Yu. Nasyrov, Z. Sestak. The Hague: Dr. Yunk W. 1975. P. 115-119.

169. Hagemann R., Piechocki R. Revolutionerende Erkenntnisse über die Evolution der eukaryotischen Zelle durch den Vergleich homologer Gensequensen.// Nova acta Leopoldina. 1982. N.F. 56. № 251. S. 59-72.

170. Kirk J.T.O. Nature and function of chloroplast DNA.// Biochemistry of chloroplasts J Ed. Goodwin T.W. London, N-Y.: Acad. Press, 1966. V.l.P. 319-340.

171. Kirk J.T.O. Chloroplast structure and biogenesis.// Ann. Rev. Biochem. 1971. V. 40. P. 161-196.

172. Kranz A.R. Theoret. And Appl. Genetics. 1971. P.41 45.

173. Laibach F. Arabidopsis thaliana (l.) Heynh, als Objekt fur genetische und ontwioklungaphysiclogische Unteresuohungen.// Bot. Arch. 1943. B. 44. S. 439-455.

174. Levine R.P. A screening technique for photosynthetic mutants in unicellular algae.//Nature. 1960. V. 4747. P. 339-341.

175. Levine R.P. Genetic dessection of photosynthesis.// Scense. 1968. V. 162. P. 768-771.

176. Levine R.P. Interactions between nuclear and organelle genetic systems.// Brookhaven symposia in biology. 1971. № 23. P. 503-532.

177. Levine R.P. Chlamydomonas reinhardi. // Handbook of Genetics. N-Y.: Plenum Press, 1975. V.2. P. 417-426.

178. Loginov M.A., Usmanov P.D. On the physiological adaptation species and ecotypes of Arabidopsis in Pamir-Alay //Arabidopsis information service. Gottingen. 1972. №9. P. 5-6.

179. Margulis Linn. Symbiosis in cell evolution.// Life and its environment on the early Earth. / Ed. W.H. Freeman and Comp. San Francisco, New York, 1981.419 p.

180. Nasyrov Yu.S. Sectak E. Genetic aspects of photosynthesis.// Selected papers from the Symposium, Oktober 17-24, 1972, Dushanbe, 1972. P. 48-54

181. Nasyrov YV.S. Genetic control of photosynthesis and improving of crop productivity.// Ann. Rev. Plant Physiol. Palo Alto, Calif., 1978. V. 29. P. 215-237.

182. Parthier B. Evolutionary aspects of gene expression organization in macrocompartments. // Cell Compartmentat. and Metab. Channeling. Int. Symp. Dtsch. Akad. Natuforsch. Leolpold. Tiiringia. 1979. Jena e.a. 1980. P. 107-121.

183. Redei G.P., Hirono Y. Linkage studies.// Arab. Inf. Serv. 1964. №1.P. 9-10.

184. Redei G.P. Business Session. I I Arabidopsis Research. / Ed. G. Robbelen ed. Gerd. Wasmud. Co., Gelsenkirchen, 1965. P. 207-210.

185. Redei G.P. Arabidopsis thaliana (I) Heynh. A review of the genetics and biology.//Bibl., genet. 1969. V.21.№1.P. 1-151.

186. Redei G.P. Arabidopsis thaliana. Handbook of genetics. / Ed. Robert C. King (Plenum press.), 1975. V.2 № 8. P. 151-180.

187. Robbelen G. The effects of two endogenous factors on artificial mutagenesis and Nutation processes. Prague, 1963. P. 42-45.

188. Robbelen G. Genetic analyses of 11 chlorina mutants by diallel crosses.// Arab. Inf. Serv. 1972. №9. P. 21-25.

189. Sagromsky H. Untersuchungen zur physiologischen Bedeutung von Chlorophyll b, eine Literaturubersicht.// Kulturpflanze. 1977. B.25. S. 279-296.

190. Shiff J.A. Epstein H.T. The replicative aspect of chloroplast continuity in Euglena.// Biochemistry of Chloroplast / Ed. T.W. Godwin, N.-Y. London: Acad. Press, 1966. V.l. P. 341-353.

191. Schiff J.A. Interaction among cellular compartments in Euglena during chloroplast developments // Genetic aspects of photosynthesis / Ed. Nasyrov Yu.S., Sestak Z., The Hauge: Dr. Yunk W., 1975. P. 63-69.

192. Stoy V., Hagberg A. Effect of growth regulators on ear density mutants in barley.// Hereditas. 1967. V. 58. № 3. P. 179-188.

193. Suge H. Murakami Y. Occurrence of a rice mutant deficient in gibberellin. like substances.// Plant and cell Physiol. 1968. V. 9. № 2. P. 411-414.

194. Tsuzuki E., Nagamatsu T. Genetical and physiological studies on dwarf rice. II. The effects of auxin on dwarf rice.// Bull. Fac. Gr. Kyushu Univ. 1971. V. 25. № 2. P.129-135.

195. Usmanov P.D. 1970 A spontaneous mutant of Arabidopsis thaliana wiyh an altered type of inflorescence.// Arabid. Inf. Serv. 1970. № 7. P. 32.

196. Usmanov P.D. The genetic basis of photosynthesis Genera, definitions // Arabid. Inf. Serv. Frankfurt/Main. 1976. № 13. P. 141-143.

197. Usmanov P.D. Die genetische Kontrole der Chloroplasttenfunktionen // Archiv fur Zuchtungsforschung. 1979. № 1. S. 3-14.

198. Usnanov P.D., Loginov M.A., Isrofilova etc. // Arabid. Inf. Serv. Gottingen. 1970. № 7. P. 34.

199. Usmanov P.D., Usmanova 0,V. On the genetic control of the chloroplast size and number in mezophill cell of species Arabidopsis . II Arabid. Inf. Serv. Gottyngen. 1973. № 10. P. 20-21.

200. Usmanov P.D., Abdullaev H.A., Tulakin V.G. The induction and analysis of fertile plants of lethal mutants Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.ll Arabid. Inf. Serv. Frankfurt/Main. 1974. №11. P. 11-12.

201. Usmanov P.D., Usmanova O.V. On the genetic control of chloroplast number. // Arabid. Inf. Serv. 1978. № 15. P. 47-50.

202. Usmanov P.D., Abdullaev H.A., Tageewa S.V. Die Variabilitat des photosynthetischen Membransystem und die Chloroplasten-evolution.// Wissenschaftliche Zeitschrift der Humboldt-Univers, su Berlin, Math. Nat. R. 1978. B. 27. S. 509-515.

203. Usmanov P. D., Abdullaev H.A., Usmanova O.V., Cahibnazarov Sh. Mutation variability of chloroplasts in Arabidposis thaliana (L.) Heynh.ll Genetic Aspects of Photosynthesis. / Ed. Nasyrov Yu, S., Sestak Z., The Hague: Dr. Yunk W., 1975. P. 189-201.

204. Usmanov P.D., Startsev G.A. The appearance of stem fasciation in Arabidopsis thaliana F2 by crossing the mutant 90 with luco. II Arabid. Inf. Serv. 1979. № 16. P. 99-102.

205. Usmanova O.V., Usmanov P.D. Allelic mutations of Arabidopsis thaliana (I) Heynh. II Arabid. Inf. Serv. Frankfurt/Main. 1983. № 20. P.35-40.

206. Usmanov P.D., B.I. Lipkind, L.Y. Scherbakova, Y.E. Giller. The genotypic variability of characteristics of the photosynthetic apparatus Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. H Arabid. Inf. Serv. Frankfurt/Main. 1983. №20. P. 41-48.

207. Yunusov S.Yu., Kasyanenko A.G., P.D. Usmanov. Distribution and fruiting time of Arabidopsis speciec. // Arabid. Inf. Serv. Gottengen. 1969. №6. P.3.

208. Yakubova M.M., Shukla Z.A., Krendeleva T.E., Usmanov P.D. Characteristics of the photosyntrtic apparatus of the mutant triplex. // Arabid. Inf. Serv. Frankfort/Main. 1980. № 17. p. 115-119.

209. Wettstein D. Von. Nuclear and cytoplasmic factors in development of chloroplast structure and function // Can. J. Bot. 1961. V. 39. P. 1537-1545.

210. Wettstein D. von. , Henningsen K.W., Boynton J.E., Kannangara G.C., Niesen O.P. The genetic control of chloroplast development in barley.// Autonomy and biogenesis of mitochondria and chloroplasts. North Holland, 1971. P. 205-223.