Исследование полиморфизма фитохрома А и его эволюционных предшественниковНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 13 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование полиморфизма фитохрома А и его эволюционных предшественников
Результаты этапа: Ключевым компонентом фитохромной системы растений является фитохром А (рhyA), отличающийся от других фитохромов своей полифункциональностью. Нами ранее был обнаружен полиморфизм этого фоторецептора, что объясняет широкий спектр его фотореакций и ряд других свойств. В отчетный период мы продолжили исследование природы и функций двух его нативных пулов – phyA’ и phyA’’. C использованием экспрессированного в трансгенном Arabidopsis мутантного phyА (риса), в котором серины заменены на аланины в N-концевом субдомене, совместно с C. Bolle (Munchen Univ., FRG) установлено, что такая замена препятствует образованию пула phyA’’. Этот факт свидетельствует в пользу того, что механизм его образования может быть связан с фосфорилированием пигмента по этим сериновым остаткам. Прослежено влияние оверэкспрессии мутантного и нормального phyA риса на прорастание семян Arabidopsis; показано, что phyA’’ ингибирует стимулирующее действие phyA’. В экспериментах (совместно с M. Zeidler, Giessen Univ., FRG) на гомогенатах из корней и колеоптилей кукурузы подтверждены наши данные о том, что phyA’’ является мембрано-(протеин-) связанной формой. Обнаружена специфика распределения двух типов пигмента в осадке и в супернатанте из корней и колеоптилей, свидетельствующая о разном состоянии phyA в них. Завершены публикацией сравнительные исследования (совместно с E. Schafer, Freiburg Univ., FRG и A.Vicziaen, Szeged Univ., Hungary) нативного фитохрома А (phyA) и его химерной формы, связанной с флуоресцирующим белком (phyA-GFP), с помощью которой был открыт светоиндуцированный перенос phyA из цитоплазмы в ядро. Установлено близкое сходство спектральных и фотохимических свойств обоих пигментов. Их анализ показывает, что оба пула phyA являются потенциальными участниками этого процесса и что их существование объясняет образование в его ходе двух типов сгустков пигмента. В контексте изучения функциональных свойств пулов phyA исследовали влияние ультрафиолетового и дальнего красного освещения на накопление протохлорофиллида в этиолированных листьях и стеблях проростков (гороха и фасоли). Прослежен эффект стимулирования накопления пигмента при кратковременном УФ предосвещении эпикотелей, а также при их длительном освещении ДКС (реакция типа HIR). Обнаружена органоспецифичность эффекта УФ: он отсутствовал в случае этиолированных листьев. Совместно с J. Hughes (Giessen Univ., FRG) завершены публикацией структурные и фотохимические исследованиях фоторецепторного модуля цианобактериального фитохрома, Cph1d2. Было установлено присутствие в нем двух популяций пигмента, резко различающихся по выходу флуоресценции и по спектрам поглощения, но близких по квантовому выходу фотореакции. На основании совпадения спектров возбуждения флуоресценции и спектров действия фотореакции флуоресцирующей популяции показана собственная фотоактивность этой формы, свидетельствующая о независимых процессах фотопревращения в обеих популяциях. Сопоставление дикого типа Cph1d2 с его точечными мутантами показало, что тирозин 263 в хромофорном кармане является ключевым элементом, определяющим эффективность первичной фотореакции.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование полиморфизма фитохрома А и его эволюционных предшественников
Результаты этапа:
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование полиморфизма фитохрома А и его эволюционных предшественников
Результаты этапа: Предметом исследований был основной фоторецептор растений -- фитохром А (phyA). От других фитохромов его отличает более высокое содержание в этиолированных тканях, фотолабильность, негативная регуляция собственного синтеза и способность осуществлять все типы фотоответов -- сверхнизко-, низко- и высокоэнергетические фотореакции (VLFR, LFR, HIR). Такая универсальность может быть связана с существованием обнаруженных нами двух его пулов -- phyA’ и phyA” -- пост-трансляционно модифицированных продуктов гена PHYA. По нашим данным, полиморфизм также свойственен фитохромам тайнобрачных и цианобактерий. Мы продолжили исследование этого явления по нескольким взаимосвязанным направлениям (с применением оригинального флуоресцентного и фотохимического метода и в сотрудничестве с зарубежными специалистами в области молекулярной биологии, генетики и фотофизиологии -- группы C. Bolle ФРГ; E. Schäfer, ФРГ; É. Ádám и A. Viczián, Венгрия). Во-первых, с использованием трансгенного Arabidopsis, экспрессирующего мутантный фитохром А риса с заменой 10 N-концевых серинов на аланины, были получены доказательства того, что phyA’ и phyA’’ различаются по степени фосфорилирования серина в этом сегменте молекулы: phyA’ фосфорилирован и phyA’’ дефосфорилирован. Вторым направлением явилось дальнейшее выяснение факторов, влияющих на указанную дифференциацию фитохрома А и на установление и поддержание естественного баланса двух его пулов в клетке. С использованием ингибиторного анализа была обнаружена связь этих процессов с фосфатазно-киназным равновесием и с энергетическим обменом клетки. Наконец, третьим направлением явилось выяснение возможных функциональных различий двух нативных популяций фитохрома А. С использованием трансгенного Arabidopsis, экспрессирующего мутантный phyA риса, установлено,что phyA” опосредует фоторегуляторные реакции высококоэнергетического типа (HIR), включая индукцию прорастания семян и ряд реакций де-этиоляции,тогда как phyA’ активен в сверхнизкоэнергетических фотоответах (VLFR). Установлено также, что функциональные свойства разных пулов phyA -- тип ответа или его знак -- зависят от системы, в которой был экспрессирован фоторецептор.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".