WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
STEROLE METABOLISM МЕТАБОЛИЗМ СТЕРИНОВ AND PLANT PROTECTION И ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ S. G. INGE-VECHTOMOV.. Yeast serves as a source ‡-·„ „‰‡‚ ‚ of indispensable steroles for Drosophila. A simple ecologic-genetic system Пищевые цепи в природе представляют собой had been developed utiliсхемы потока вещества и энергии от одних организsing these two organisms:

мов к другим. При этом разнообразие источников питания каждого биологического вида обычно не mutational modification of позволяет представить взаимоотношения хищниsterole biosynthesis in ков и их жертв в простой форме. Правда, существуyeast permits one to reguют исключительные случаи, когда эти отношения можно выразить как последовательные этапы биоlate development and химических процессов, протекающих в различных fecundity of the fly. Substiвидах организмов. Один из таких примеров рассмотtution of the yeast for the рен в статье. Это метаболизм стеринов, необходимых насекомым, а также некоторым паразитическим plant cells in this system грибам и нематодам для их нормального развития.

may be used for the selection of plants (i.e. the pota toes) resistent to insects Насекомые как биологический класс (тип члеand to the parasitic fungus нистоногие) насчитывают около миллиона видов – больше, чем все остальные животные и растения, Phytophtora.

вместе взятые. При этом они населяют более разнообразные места обитания и питаются более разно ‡ - образной пищей, чем представители любого другого класса животных. Таким образом, насекомые – ‡ это наиболее процветающая биологическая группа ‚ ‰fl ‰.

на Земле. Закованные в латы наружного хитинового ‡ ‚ ‰‡‡ скелета, они вездесущи, часто оказываются вредителями сельского хозяйства и доставляют человеку ‡fl „-„массу неприятностей. Характерная особенность на‡fl ‡: секомых – наличие твердого наружного скелета на‡ кладывает определенные особенности на их развитие. По мере роста животного твердый панцирь ‡ ‚ ‰становится тесным, и его приходится сбрасывать.

‚fl „Насекомые линяют по нескольку раз в течение св ‡‚ - его развития.

Гормоны линьки – экдизоны относятся к стер. ‡‡ идным гормонам и представляют собой производ‰ ‡ ‚ное циклопентан-пергидрофенантрена, например ‡ ‚ ‡ -экдизон:

fl H3C OH ‰fl ‡ CHCH(‚ ‡ ‡H3C H HO fl), ‚ ‡H3C OH, ‡ ‡ ‡‡- OH HO „· O.

Насекомые не умеют синтезировать предшественников экдизонов. Так, например, плодовая мушка, ‹11, © „-‚.., Drosophila melanogaster (излюбленный объект гене- Nysr1 (erg 6) тиков) получает предшественник экдизона – эргоЗимостерин стерин или близкий к нему по структуре холестерин Nysrx (erg 5) с пищей. Источником этих соединений служат обычные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae, активно развивающиеся на гниющих плодах.

HO Дрожжи специально включают в рацион дрозофиЭргостерин лы. Они составляют неотъемлемый компонент ее лабораторной питательной среды.

HO Nysr3 (erg 3) В природных условиях источниками незаменимых для насекомых стеринов служат растения, грибы, животные и другие организмы, которые авNysr2 (erg 2) тономны в этом отношении, то есть умеют синтезировать незаменимые стерины, входящие в состав их клеточных мембран и служащие предшественниРис. 1. Схема заключительных этапов биосинтеза эргостерина у дрожжей. Показаны четыре вариками стероидных гормонов. Таким образом, могущеанта образования эргостерина. Блокирование ство насекомых находится в зависимости от окружалюбого из них сообщает дрожжам устойчивость к ющих их организмов, оно обусловлено надежным нистатину. Представлены наименования мутантов функционированием последовательных звеньев Nysr, полученных А.Б. Левченко в бытность его ступищевой цепи продуцент – потребитель стеринов. дентом кафедры генетики ЛГУ. В скобках даны аналогичные наименования, принятые в международной номенклатуре [3] - – жащий мутантные дрожжи Nysr1, добавить эргостеЭто обстоятельство послужило основой для раз- рин или близкий к нему по структуре холестерин, работки элементарной эколого-генетической модеразвитие и плодовитость дрозофилы восстанавлили дрожжи–дрозофила на кафедре генетики и севаются. При этом если добавлять стерины в конлекции Санкт-Петербургского государственного центрациях ниже оптимальной (оптимум 0,01 %) и университета [1]. Оба объекта хорошо изучены гетем самым влиять на экологические отношения двух нетически. Генетический контроль заключительвидов, то можно регулировать развитие и плодовиных этапов биосинтеза стеринов у дрожжей известость дрозофилы по желанию экспериментатора.

тен благодаря тому, что его можно блокировать мутациями устойчивости к полиеновому антибио- Эта модель позволила поставить вопрос: отратику нистатину или другим антибиотикам той же жается ли изменение экологических отношений на группы, которые обычно связываются со стерина- внутривидовой изменчивости вида-потребителя, явми клеточных мембран и препятствуют размноже- ляющейся важным фактором микроэволюционных нию клеток. Дрожжи дикого типа не растут на среде процессов Оказалось, что в условиях дефицита с нистатином. Если мутация блокирует синтез эргостеринов, когда мухи питались мутантными дрожстерина, дрожжи становятся устойчивыми к антижами Nysr1, у дрозофилы падала частота кроссингобиотику (Nysr) и растут на среде с ним, то есть сувера – рекомбинации гомологичных хромосом и ществует простой селективный метод получения повышалась частота потерь хромосом, индуцируемутантов дрожжей с измененным метаболизмом мых рентгеновыми лучами (рис. 2). При этом, так стеринов.



же как в случае изучения развития и плодовитости мух, добавление в корм холестерина нормализует Оказалось, что добавление некоторых мутантов Nysr, в частности Nysr1 (erg6 по международной но- ситуацию. Частота потерь хромосом снижается до менклатуре) в качестве единственного источника уровня, характерного для мух, питавшихся норстеринов в культуральную среду для дрозофилы, мальными, немутантными дрожжами.

блокирует развитие насекомого (рис. 1). Если мухи Таким образом, наследственная изменчивость, откладывают яйца на такую среду, вылупившиеся мощный фактор эволюционного процесса, зависит личинки погибают, а если такой средой питаются от характера экологических отношений между вивзрослые самки, то они становятся стерильными и дами, а сами эти отношения можно моделировать в не могут откладывать яйца даже на нормальную лабораторном эксперименте благодаря выявлению среду с дрожжами дикого типа, на которой обычно элементарного признака – определенного этапа в содержат дрозофилу, или же самки откладывают дефектные яйца, неспособные к развитию. Другие му- биосинтезе стеринов, обеспечивающего такие отношения. Эти эксперименты представляют несомтанты дрожжей, показанные на рис. 1, приводили к не столь четкому эффекту. Причиной наблюдаемых ненный интерес для разработки проблем экологианомалий служит именно дефицит стеринов в ра- ческой генетики и дальнейшего развития теории ционе мух. Это легко проверить. Если в корм, содер- эволюции.

-.. бактериями приводит к загрязнению окружающей 11 среды токсичными, мутагенными и канцерогенными веществами. Мощных доз химических пестицидов не выдерживают уже сами сельскохозяйственные растения. Предлагаемые некоторыми исследователями пути повышения устойчивости к ним возделываемых растений представляются по меньшей 6 мере недальновидными, так как никакие технологические регламенты не спасают человека от случайностей, в результате которых эти мощные ядохимикаты окажутся у нас на столе. Проблема устойчивости к ним людей в этих проектах не обсуждается.

Более перспективным, хотя и не столь быстрым представляется путь, разработанный на эколого-ге0,0 0,01 0,1 0,0 0,01 0,нетической модели дрожжи–дрозофила. Для его Nysr1 Nyss осуществления нужно получить мутанты растений с Добавление холестерина, % измененным метаболизмом стеринов, чтобы насекомые не могли использовать их в пищу. Скептики, Рис. 2. Влияние стеринов на частоту потерь хрокоторые полезны при обсуждении любой идеи, мосом, индуцированную рентгеновыми лучами (доза 1000 Р), в ооцитах дрозофилы, питавшейся обычно интересуются, будут ли такие мутантные дрожжами, устойчивыми к нистатину (Nysr1), в растения съедобны для человека. Предварительный сравнении с тем же показателем для дрозофилы, ответ на этот вопрос можно найти в природе и его питавшейся дрожжами, чувствительными к этому хорошо знают наши грибники. Единственный вид антибиотику (Nyss). Видно, что в вариантах с съедобных грибов, который не червивеет, то есть не дрожжами, устойчивыми к нистатину (c нарушениями метаболизма стеринов), добавление холестепоедается личинками насекомых, – это лисички.

рина снижает частоту потерь хромосом до конКак выяснилось, лисички не содержат стеринов в трольного уровня, то есть до уровня, характерного доступной для насекомых форме [3]. А о гастронодля дрозофилы, питавшейся дрожжами, чувствимических достоинствах этих грибов следует говотельными к антибиотику (с нормальным стериновым метаболизмом) рить отдельно. Итак, остается решить технические проблемы получения и проверки большого числа мутантов растений, что не так просто, как в случае, дрожжей, если опираться на традиционные методы растениеводства.

Напомним, что введение генетического контроля метаболизма стеринов в пищевой цепи позволило регулировать развитие и плодовитость дрозофилы, а следовательно, регулировать численность вида поРешение этой проблемы предложила профессор требителя. Нельзя ли использовать этот принцип Л.А. Лутова на кафедре генетики и селекции Санктдля регулирования численности популяций насекоПетербургского государственного университета. В мых-вредителей, поражающих сельскохозяйственруководимой ею группе генной и клеточной инженые растения Эта идея не нова [2]. Перспективнерии растений были разработаны методы селекность такого подхода как альтернативы химической ции растений с измененным метаболизмом стериборьбы с насекомыми и другими вредителями сельнов. Для этого были использованы возможности, ского хозяйства очевидна. Вряд ли стоит идти по пупредоставляемые культивированием растительных ти тотального уничтожения отдельных видов, с клеток на искусственных средах. В настоящее время жизненными интересами которых сталкиваются можно в пробирке или на чашке Петри с агаризохозяйственные интересы человека.

ванной питательной средой получить однородную Во-первых, уменьшение биологического разномассу недифференцированных растительных клеобразия планеты нецелесообразно, а в данном слуток, которые совсем не похожи на растение в причае и невозможно, как показывает многовековой вычном для нас понимании, а скорее напоминают опыт хозяйственной деятельности. Попытка лобоколонии микроорганизмов – дрожжей или бактевого решения проблемы с использованием мощных рий. Работают с ними так же, как с микробами. Тасредств химической защиты и современной техникие клетки можно получать в большом количестве, ки, включая сельскохозяйственную авиацию, приможно действовать на них мутагенами для индукводит к появлению все более агрессивных форм ции мутантов, отбирать мутантов на провокацивредных видов.





онном фоне, например на средах с полиеновыми Во-вторых, усиление тотальной химической антибиотиками или другими антиметаболитами, войны с насекомыми, паразитическими грибами и нарушающими стериновый биосинтез (рис. 3). При, ‹11, Потери X-хромосомы, % Во-первых, исследовали их пищевую ценность для дрозофилы. Перспективными считали те формы, которые обеспечивали пониженную плодовитость мухи и задержку ее развития по сравнению с вариантом опыта, в котором дрозофила питалась клетками исходного, чувствительного растения.

Как выяснила Л.В. Бондаренко, снижение плодовитости обычно сопровождалось нарушениями в развитии яичников у самок, как это показано на рис. 4 для мух, выращенных на клетках табака, усаб тойчивых к нистатину. Этот критерий доказывает, что отобранные мутанты обладают потенциальной Рис. 3. Фотографии чашек Петри, на которые высеяны клетки табака: а – мутантные, устойчивые к устойчивостью к насекомым.

нистатину; б – клетки исходной формы, чувствиВо-вторых, исследовали содержание различных тельной к антибиотику. В обе чашки добавлен антиметаболит стеринов – триадимефон. Очевидно, стеринов в перспективных формах с использованичто мутантные клетки проявляют устойчивость и к ем методов газожидкостной хроматографии. Этот этому соединению в отличие от клеток исходной метод позволяет видеть в виде пиков, характерных формы для каждого компонента, распределение и относительное содержание стеринов, синтезируемых необходимости можно искусственно вызвать дифрастением. В некоторых случаях было показано ференцировку культивируемых клеток, воздействуя на них растительными гормонами, и снова получить целые растения и вернуть их в поле.

а Оказалось, что гомогенаты растительных тканей или клеточная масса, выращенная в искусственных условиях, вполне удовлетворительно заменяют дрожжи в качестве источника стеринов для дрозофилы в описанной двувидовой системе. Так система дрожжи–дрозофила превратилась в систему растение–дрозофила [4]. Основные результаты были получены с использованием клеток табака, гороха и картофеля. Культуры недифференцированных растительных клеток (каллусы) обрабатывали ультрафиолетовым светом в качестве мутагена и переносили на среды, содержащие полиеновые антибиотики:

нистатин, филипин и др. или на среды с искусственными антиметаболитами, блокирующими биосинтез стеринов на определенных этапах: фенпроб пиморфом, фунгицидом байтаном и т.д. На этих средах не растут клетки, полученные от исходных растений, и появляются отдельные мутантные колонии – каллусы, вырастающие из мутантных клеток, устойчивых к использованным ингибиторам роста. Интересно, что мутанты, отобранные как устойчивые к одному ингибитору, например к антибиотику нистатину, часто оказываются устойчивыми к другому или другим ингибиторам стеринов. На рис. 3, где показаны колонии клеток табака, выделенные как устойчивые к нистатину и проявляющие одновременно устойчивость к антиметаболиту стеринов – триадимефону. Такие факты служили дополнительным, хотя и косвенным аргументом в пользу нарушений у мутантов именно метаболизма Рис. 4. Яичники дрозофилы, питавшейся гомогенатом растения табака: а – чувствительного и стеринов. В дальнейшем полученные мутанты исб – устойчивого к нистатину. Стрелка указывает на следовали тремя способами и только селекция музрелое яйцо дрозофилы, изолированное из варитантов, удовлетворяющих всем этим критериям, анта а и помещенное для сравнения рядом с дегепризнавалась успешной [5]. нерировавшим яичником из варианта б -.. изменение профиля стеринов (рис. 5). Это доказы- множение вегетативным или половым путем не вало, что именно данный путь биосинтеза изменен приведет к гетерогенности будущего сорта или попув результате мутации. ляции по устойчивости к насекомым. Таким способом были получены формы табака, гороха и картоВ-третьих, исследовали возможность получения феля, снижающие плодовитость и задерживающие целого растения в результате регенерации мутантных клеток. Это происходило далеко не всегда, по- развитие дрозофилы.

скольку заранее нельзя знать все побочные эффекты индуцируемых мутаций, а непосредственный интерес представляют только те мутанты, из которых можно получить целые растения. Необходимо Предоставим слово скептикам: ни табак, ни гоперенести их в поле и культивировать в естественрох, ни картофель не страдают от дрозофилы и сеных условиях. Регенеранты, растения, полученные лекция, проведенная Л.А. Лутовой и ее коллегами в из мутантных клеток, гомогенизировали и вновь системе Растение-дрозофила, представляет собой скармливали дрозофиле, убеждаясь, что важный не более чем лабораторные, модельные исследовадля селекции признак – способность подавлять ния, далекие от непосредственной практики сельразвитие насекомого, сохраняет и целостное растеского хозяйства. Замечание справедливо. Конечно, ние. Более того, из такого растения вновь получали это модельные исследования, однако биологическультуру клеток и из нее клоны, то есть потомство кие закономерности, положенные в их основу, униотдельных клеток. У них проверяли устойчивость к версальны и, пользуясь этим подходом, можно весселективному агенту, и вновь заставляли регенерити селекцию, объединяя в одной системе любое ровать в целые растения, которые затем проверяли возделываемое растение и насекомое, повреждаюна предмет пищевой ценности для дрозофилы.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.