Конститутивная и индуцибельная экспрессия генов экспансинов в трансгенных растениях табака тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.07, кандидат наук Сафиуллина, Миляуша Галимьяновна

• Сафиуллина, Миляуша Галимьяновна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Сафиуллина, Миляуша Галимьяновна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Структура клеточной стенки растения

1.2. Рост клеток растяжением. Теория «кислого роста»

1.3. Участие фитогормонов в регуляции клеточного растяжения

1.4. Транскрипционные факторы и белки с 0811-доменом, 17 участвующие в регуляции клеточного растяжения

1.5. Роль эндоглюканаз в регуляции клеточного растяжения

1.6. Участие ксилоглюканэндотрансгликозолаз / гидролаз в 21 регуляции клеточного растяжения

1.7. Гидроксильный радикал и его роль в клеточном растяжении

1.8. Роль экспансинов в обеспечении роста клеток растяжением

1.8.1. Характеристика структурных особенностей экспансинов

1.8.2. Эволюция экспансинов

1.8.3. Механизм действия экспансинов на клеточные стенки

1.8.4. Влияние экспансинов на размеры органов растений

1.8.5. Роль экспансинов в развитии клеток древесного волокна

1.8.6. Влияние экспансинов на адаптацию растений к абиотическим 36 стрессам

Глава 2. Материалы и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.2. Выделение и очистка тотальной ДНК растений

2.3. Выделение и очистка плазмидной ДНК

2.4. Расщепление ДНК рестрикционными эндонуклеазами

2.5. Аналитический гель-электорофорез ДНК 45 2.6 Препаративный гель-электорофорез ДНК 45 2.7. Элюция ДНК из агарозных гелей

2.8. Полимеразная цепная реакция

2.9. Подготовка компетентных клеток Е.соП

2.10. Трансформация компетентных клеток Е.соП плазмидной ДНК

2.11. Автоматическое секвенирование ДНК ферментативным 51 методом

2.12. Подготовка электрокомпетентных клеток Е.соИ и 52 Agrobacteriwn Ште/аЫет

2.13. Электропорация компетентных клеток со//и ^гойас/егш/л 53 Ште/ааепз

2.14. Агробактериальная трансформация листовых дисков табака

2.15. Выделение РНК и построение кДНК

2.16. Количественная ОТ-ПЦР в режиме реального времени

2.17. Стерилизация и выращивание семян трансгенных растений 58 табака на селективной среде

2.18. Морфологический анализ трансгенных растений

2.19. Экзогенная обработка растений табака фитогормонами

2.20. Определение плоидности трансгенных растений

2.21. Компьютерный анализ нуклеотидных последовательностей

2.22. Статистическая обработка полученных результатов

2.23. Реактивы и материалы

2.24. Составы использованных стандартных растворов 63 Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Гены экспансинов табака (М совета 1аЪасигп)

3.1.1. Родство генов экспансинов табака с экспансинами других 64 растений

3.1.2. Роль генов экспансинов ШЕХРА1 и №ЕХРА4 в регуляции 66 клеточного растяжения при росте органов табака

3.1.2.1. Влияние экзогенных фитогормонов на изменение уровня 68 транскрипции генов экспансинов табака

3.1.2.2. Влияние индуцибельной экспрессии гена АЯСОБ-ЫКЕ на

изменение уровня транскрипции экспансинов табака 3.1.2.3. Конститутивная экспрессия гена NtEXPA 1

3.1.3. Конститутивная экспрессия гена NtEXPA5 в трансгенных 77 растениях табака

3.1.4. Конститутивная и индуцибельная экспрессия гена NtEXPA6 88 3.1.4.1. Создание трансгенных растений табака, с повышенной

экспрессией гена. NtEXPA6

3.2. Конститутивная экспрессия гена AtEXPA 10 A. thaliana в 101 трансгенных растениях табака

3.2.1. Амплификация и клонирование гена AtEXPA 10

3.2.2. Получение трансгенных растений табака с повышенной 103 экспрессией гена AtEXPA

3.2.3. Морфологический анализ трансгенных растений табака с 107 повышенной экспрессией гена AtEXPAlO

3.3. Клонирование и исследование генов экспансинов тополя 113 черного (Populus nigra L.)

3.3.1. Конститутивная экспрессия гена PnEXPAl

3.3.1.1. Амплификация и клонирование гена РпЕХРА 1

3.3.1.2. Получение трансгенных растений с конститутивной 115 экспрессией теш PnEXPAl

3.3.1.3. Морфологический анализ трансгенных растений с 118 конститутивной экспрессией гена PnEXPAl

3.3.2. Конститутивная экспрессия гена РпЕХРАЗ

3.3.2.1. Амплификация и клонирование гена РпЕХРАЗ

3.3.2.2. Получение трансгенных растений с конститутивной 126 экспрессией гена РпЕХРАЗ

3.3.2.3. Морфологический анализ трансгенных растений с 127 конститутивной экспрессией тепа. РпЕХРАЗ

Заключение

Выводы

Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АБК - абсцизовая кислота 6 - БАП - 6-бензиламинопурин БР - брассиностероиды ГКЗ - гибберелловая кислота ДДС натрия - додецилсульфат натрия ДМСО - диметилсульфоксид ИУК - индол-3-уксусная кислота НУК - нафтилуксусная кислота

ОТ-ПЦР - полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией

ПЦР - полимеразная цепная реакция

ЭБ - 24-эпибрассинолид

ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота

ARGOS-LIKE - ген-регулятор клеточного растяжения Arabidopsis thaliana AtEXPAlO- ген экспансина A. thaliana СКХ - цитокининоксидаза EGases - эндоглюканазы

ETR1, ETR2, ERS1, ERS2, EIN4 - рецепторы этилена GID1 - рецептор гиббереллинов

NtEXPAl - б- гены экспансинов табака (Nicotiana tabacum) PnEXPAl - 3 - гены экспансинов тополя черного (Populus nigra) TIR1 — рецептор ауксина

ХЕТ/ХТН - ксилоглюканэндотрансгликозилаза / гидролаза XVE - эстрадиол-индуцибельная система регуляции транскрипции

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конститутивная и индуцибельная экспрессия генов экспансинов в трансгенных растениях табака»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. К наиболее важным белкам, обеспечивающим рост клеток растяжением относятся экспансины, в связи с чем эта группа белков все чаще становится объектом исследования в области молекулярной генетики и физиологии растений. Экспансины - это белки, способствующие разрыву водородных связей между полимерами клеточной стенки, приводящему к ее релаксации, поступлению воды в центральную вакуоль и увеличению размера клетки (Lee et al., 2001). Данные о том, что экспансины играют важную роль в росте и развитии растений, подтолкнуло исследователей к поиску их генов в разных видах растений, определению их роли в регуляции клеточного растяжения и изучению влияния эктопической экспрессии данных генов на размеры органов растений.

В растительных организмах идентифицировано четыре класса белков экспансинов: а-экспансины, р-экспансины, экспансин-подобные белки А и экспансин-подобные белки В (Шарова, 2007). Количество генов экспансинов носит видоспецифический характер, например, в геноме Arabidopsis thaliana идентифицировано 38 генов экспансинов (Li et al., 2002), в рисе (Oryza sativa) обнаружено 28 а- и ¡3-экспансинов (Shin et al., 2005), а в томате (Lycopersicum esciilentum) найдено 12 генов экспансинов (Arru et al., 2008). На данный момент остается неясным функциональное значение наличия такого большого количества генов экспансинов в геномах растений. Путем использования трансгенных технологий выявлены корреляции между экспрессией генов экспансинов и ростом растительных органов (Cho et al., 2000; Choi et al., 2003; Pien et al., 2001; Lee et al., 2003). Эксперименты показали, что изменяя экспрессию отдельных генов экспансинов, можно получить трансгенные растения с измененными размерами вегетативных органов. Хотя исследования генов экспансинов ведутся довольно интенсивно, основные механизмы регуляции экспрессии отдельных генов до сих пор не раскрыты. Определение функций тех или иных генов экспансинов, а также

молекулярных механизмов регуляции их экспрессии открывает широкие возможности практического применения этих знаний в генной инженерии и биотехнологии растений.

Одним из наиболее удобных модельных объектов генетической инженерии при создании трансгенных растений является табак (Nicotiana tabacum L.). На данный момент геном табака не секвенирован, однако, у него идентифицировано шесть генов экспансинов, функции которых остаются до сих пор невыясненными. Определение функций данных генов экспансинов могло бы внести ясность в особенности регуляции клеточного растяжения. В практическом плане большой интерес представляет изучение экспансинов тополя, так как это пока единственное древесное растение, геном которого секвенирован, а функции большинства его генов до сих пор не раскрыты. К тому же различные виды тополя, в частности, тополь черный (Popiilus nigra L.), являются модельными объектами в лесной биотехнологии при создании трансгенных деревьев с измененным уровнем экспрессии различных генов.

В связи с этим, целью нашего исследования было изучение вклада отдельных генов экспансинов табака и тополя в регуляцию клеточного растяжения при росте органов растений и создание трансгенных растений табака с измененными размерами органов.

Задачи исследования:

1. Определить уровень транскрипции генов экспансинов NtEXPAl, NtEXPA4 и NtEXPA6 в различных органах табака и под влиянием экзогенных фитогормонов.

2. Создать трансгенные растения табака с индуцибельной экспрессией гена ARGOS-LIKE A. thaliana и оценить влияние сверхэкспрессии этого гена на уровень транскрипции генов экспансинов табака.

3. Клонировать в бинарных векторах pCambia 1301, pCambia 1305.1 и pER8 гены экспансинов AtEXPAlO A. thaliana, PnEXPAl и РпЕХРАЗ Populus nigra, NtEXPAl, NtEXPA5 и NtEXPA6 Nicotiana tabacum.

4. Получить трансгенные растения табака, экспрессирующие гены

экспансинов под контролем конститутивных промоторов каулимовирусов и эстрадиол-индуцибельной транскрипционной системы XVE.

5. Провести сравнительный морфологический анализ полученных трансгенных растений табака.

Научная новизна. Установлено, что гены экспансинов табака NtEXPA 1, NtEXPA4 и NtEXPA5 экспрессируготся, преимущественно, в листьях, а экспансина NtEXPA6 - в корнях. Цитокинины и ауксины стимулируют транскрипцию генов экспансинов NtEXPA 1, NtEXPA4 и NtEXPA6 табака в верхушке побега и в растущих растяжением молодых листьях, а брассиностероиды могут негативно и позитивно ее регулировать в зависимости от органа растения и стадии его онтогенеза. Показано, что ген-регулятор клеточного растяжения A. thaliana ARGOS-LIKE способен регулировать транскрипцию генов экспансинов NtEXPA 1, NtEXPA4 и NtEXPAS. Получены и проанализированы трансгенные растения табака со сверхэкспрессией генов NtEXPA 1, NtEXPA5 и NtEXPA6 N. tabacum и PnEXPAl, РпЕХРАЗ Populus nigra и с индуцибелыюй экспрессией гена NtEXPA6. Показано, что конститутивная экспрессия генов NtEXPA 1 и PnEXPAl способствует, в первую очередь, увеличению размеров листьев, а повышенная экспрессия генов NtEXPA5 и РпЕХРАЗ влияет, в основном, на длину стебля.

Практическая значимость работы. Знания о взаимодействии генов, белковые продукты которых участвуют в регуляции и осуществлении роста растительных организмов, а также данные об их рецепции, особенностях сигналинга и регуляции экспрессии могут способствовать разработке стратегии создания хозяйственно-ценных растений с измененными размерами органов. Полученные в ходе исследования генно-инженерные конструкции, содержащие гены экспансинов NtEXPA5 и РпЕХРАЗ, могут быть предложены для создания трансгенных растений с увеличенной длиной стебля, а гены NtEXPA 1 и PnEXPAl - для увеличения размеров листьев. Методы создания трансгенных растений с улучшенными ростовыми

характеристиками вносят вклад в развитие сельскохозяйственной и лесной биотехнологии.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Всероссийской молодежной конференции «Актуальные проблемы генетики и молекулярной биологии» (Уфа, 2012), Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Актуальные проблемы генетики человека, растений и микроорганизмов» (Уфа, 2012), II и III Всероссийской школе-конференции молодых ученых Волго-Уральского региона по физико-химической биологии и биотехнологии «Биомика - наука XX века» (Уфа, 2011; 2012), VI Всероссийской научной INTERNET-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и биотехнологии (Уфа, 2011), 11-й Международной междисциплинарной научно-практической конференции «Современные проблемы науки и образования» (Ялта, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в журналах из перечня ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах, содержит 8 таблиц и 44 рисунка. Включает в себя введение, обзор литературы (глава 1), описание методов исследования (глава 2), результаты исследования и их обсуждение (глава 3), заключение, выводы и список литературы (144 источника).

Работа выполнена частично на оборудовании ЦКП «Биомика» (Отделение биохимических методов исследований и нанобиотехнологии РЦКП «Агидель») и УНУ «КОДИНК».

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Структура клеточной стенки растения

Клеточная стенка - это неотъемлемая часть растительной клетки, расположенная снаружи от ее плазматической мембраны и выполняющая множество функций в процессе онтогенеза растения (Албертс и др., 1994). Первичная клеточная стенка состоит из микрофибрилл целлюлозы, связующих гликанов, пектина и структурных белков (НегесПа е1 а1., 1995). Более 2000 генов контролируют синтез и метаболизм компонентов клеточной стенки (МсСапп & а1., 2010).

Основная сеть, образующая каркас клеточной стенки, построена из линейных микрофибрилл целлюлозы и соединяющих их связующих гликанов. Вторая, или так называемая, пектиновая цепь клеточной стенки состоит из разветвленных и сильно гидратированных полисахаридов, преимущественно гомогалактоуронанов и рамногалактоуронанов. Третья сеть клеточной стенки представлена четырьмя основными классами структурных белков, а именно, гидроксипролинобогащенными гликопротеидами (НКХЗРб), пролинобогащенными белками (РЯРб), глицинобогащенными белками (ОИРб) и арабиногалактановыми белками (АСРб), участвующими в организации углеводного каркаса первичной клеточной стенки (Горшкова, 2009).

Существует два основных типа клеточных стенок — тип I и тип II. Они различаются по строению, химическому составу и принадлежат к растениям разных таксономических групп. Первый тип клеточных стенок характерен для большинства двудольных и «некоммелиноидных» однодольных растений. Клеточные стенки этого типа содержат относительно равные количества целлюлозы и ксилоглюканов. Глюкановые цепочки прочно связывают целлюлозные микрофибриллы и фиксируют их в нужном пространственном положении. Клеточные стенки второго типа характерны для

«коммелиноидных» однодольных, микрофибриллы целлюлозы которых соединены глюкуроноарабиноксиланами. Такие клетки, по сравнению с двудольными и другими однодольными растениями, имеют меньше структурных белков. В то же время в них часто формируются обширные сети фенилпропаноидных соединений, особенно после прекращения роста клетки (Алехина, 2005).

В зависимости от стадии роста клеточные стенки могут быть первичными и вторичными. Первичные клеточные стенки характерны для молодых клеток, которые способны к росту растяжением. Они более эластичны и имеют хаотично расположенные волокна целлюлозы. Первичную клеточную стенку сменяет более плотная вторичная, микрофибриллы целлюлозы в которой ориентированы параллельно и имеют определенный угол по отношению к оси клетки (Титок, 2007).

Рост клеток растяжением регулируется, в первую очередь, фитогормонами и всеми белковыми молекулами, вовлеченными в их рецепцию и передачу сигнала. В фитогормональный сигналинг регуляции клеточного растяжения вовлечены рецепторы фитогормонов (АНК, BRI, GID1, ETR и т.д.), вторичные мессенджеры, протеинкиназы, протеинфосфатазы, фофсотрансмиттеры, переносчики фитогормонов, кальциевые каналы, транскрипционные факторы, факторы ремоделлинга хроматина, метилазы, ферменты биосинтеза структурных компонентов клеточной стенки, эндоглюканазы, экспансины, ксилогликанэндотранс-гликозилазы и многие другие (Кулаева и др., 2010).

1.2. Рост клеток растяжением. Теория «кислого роста»

Рост растяжением является уникальной особенностью растительных клеток. В данном процессе, который также называют «кислым ростом», ключевую роль играет Н+-АТФаза плазмалеммы, которая, гидролизуя молекулу АТФ, переносит образовавшиеся ионы водорода через мембрану

клетки (Опритов, 2000). При увеличении скорости выделения протонов в плазмалемму экстрагируется доля белков, участвующих в регуляции активности Н+-АТФазы. Одним из них является фузикокцин, содержание которого увеличивается в растягивающихся клетках (Месенко, 2003). Другой активатор протонной помпы - индолилуксусная кислота - стимулирует растяжение чувствительных к ауксину тканей в стеблях, черешках листьев, корнях (в низких концентрациях) и колеоптилях (Обручева, 2008). При воздействии ауксина на клеточные стенки начинается быстрое понижение рН среды, и ускорение роста происходит через 10 - 20 минут (Обручева, 2008). Низкий рН активизирует локализованные в апопласте специфичные гидролазы, которые расщепляют поперечные водородные связи между полимерами клеточной стенки, в частности, между микрофибриллами целлюлозы и прилежащим к ним гемицеллюлозным матриксом, что позволяет им скользить относительно друг друга. Расщепление этих связей ослабляет клеточную стенку, снижение прочности которой ведет к нарушению равновесия водного потенциала клетки, поглощению воды клеточной вакуолью и увеличению размеров клетки. Таким образом, ослабление связей между компонентами клеточной стенки ведет к увеличению размеров клетки.

В то же время имеется предположение о том, что первичное действие ауксинов обусловлено не закислением матрикса клеточной стенки, а их взаимодействием с рецепторами и образованием гормон-рецепторного комплекса, который проникая в ядро, влияет на активность генов, кодирующих ферменты, определяющих разрыхление клеточной стенки (Хаблак и др., 2013).

Прекращение растяжения клеток связано, во-первых, с ослаблением подкисления клеточных стенок, т.е. с остановкой «кислого роста». При прекращении растяжения аминоциклопропанкарбоновой кислотой происходит частичная инактивация Н+-АТФазы в плазматической мембране, что приводит к подщелачиванию оболочек. Существенные изменения

происходят и в самих клеточных стенках: снижается степень разветвленности связующих гликанов, увеличивается количество поперечных водородных связей между ними и целлюлозой и диферулатных сшивок между молекулами связующих гликанов, а также снижается метоксилирование пектинов, в результате которого они превращаются в жесткий пектиновый гель, путем образования пектатов кальция. Одновременно происходит формирование вторичной клеточной стенки, что снижает способность клеток к растяжению (Обручева, 2008).

1.3. Участие фитогормонов в регуляции клеточного растяжения

Фитогормоны имеют очень большое значение в регуляции ростовых процессов в растительном организме. Они влияют на рост и деление клеток, на процессы адаптации и старения, на транспорт веществ, дыхание, синтез нуклеиновых кислот и белков и многие другие процессы. Однако у каждой группы этих соединений имеются свои специфические особенности (Чайлахян, 1982).

Ауксины участвуют в регуляции деления и роста клеток, дифференцировки корней, а также многих других процессов роста и развития растений. Рецептор ауксина Т1Ш обеспечивает разрушение АихЛАА белков-репрессоров ауксин-зависимых генов в убиквитин-протеасомной системе, и таким путем включает генетическую программу ответа клетки на ауксин (Кунаева, 2006). Также он индуцирует экспрессию ряда генов, которые принимают участие в регуляции клеточного растяжения, например гена АКвОБ-ЫКЕА. 1каИапа (Ни & а1, 2006).

Этилен вовлечен в регуляцию таких физиологических процессов, как прорастание семян, рост клеток растяжением, развитие корневых волосков, формирование генеративных органов. В А. ¡ИаИапа идентифицировано пять рецепторов этилена (ЕТШ, ЕТ112, ЕЯ81, ЕЯ82, ЕПЧ4), локализованные в эндоплазматическом ретикулуме и служащие негативными регуляторами

этиленового сигналинга (Шакирова, 2010). Этилен синтезируется в клетках плода и регулирует работу многих генов, направленных на его созревание и размягчение. Одним из таких хорошо изученных генов является ген экспансина горной папайи (УазсопсеИеа риЬезсет Ь.) УрЕХРА2. Экзогенный этилен увеличивал экспрессию данного гена в плодах горной папайи, в то время как 1-метилциклопропен, ингибитор этилена, подавлял его экспрессию (Оае1е-Еа51тап & а1., 2009).

Цитокининам отводится исключительно широкий спектр регуляторных действий, который включает регуляцию роста, дифференциацию листьев и корней, образование сосудистой системы, фотосинтез, старение, а также адаптацию растений к разнообразным стрессовым факторам (Шакирова, 2010). Цитокинины стимулируют переход клеток корня от деления к растяжению. Однако трансгенные растения, экспрессирующие цитокининоксидазу, и мутантные растения, дефицитные по цитокининам, имеют усиленный рост и ветвление корней, что говорит о негативной роли цитокининов в корнеобразовании. При изучении в культуре клеток сои в экспансивной фазе роста влияния цитокининов на экспрессию экспансинов наблюдалось накопление определенной формы белка экспансина СНт1. В стационарной фазе роста его уровень снижался, что не связано с общим снижением внеклеточных белков и свидетельствует о существовании СЛт1-специфичных протеаз (Оо\упез е1 а1., 1998).

Гиббереллины участвуют в прорастании семян, росте стебля и листьев, созревании пыльцы, переходе растения к цветению. Рецептором гибберелловой кислоты (ГК) является ядерный белок СГО1, имеющий структурное сходство с семейством гормон-чувствительных липаз. Активность ГК в растениях репрессируется белками ОЕЬЬА. Для проявления действия ГК необходимо индуцированное им разрушение БЕГХА-белков. Взаимодействие ГК и СШ1 с ОЕГХА-белком снимает репрессорное влияние БЕЬЬА на гиббереллин-зависимую генетическую регуляцию благодаря его разрушению и освобождению транскрипционных факторов Р1ЕЗ и РШ4, что

обеспечивает включение ГК-зависимых и, в ряде случаев, светозависимых генов (Кунаева, 2010). Анализ промоторных регионов генов а-экспансинов ОOsEXP4, OsEXP12, OsEXPIS, OsEXP20, OsEXP23) и ß-экспансина OsEXPB12 риса показал наличие гибберелин-зависимых элементов, а именно, Р-Ьох, 02S и GARE (Lee et al., 2001).

Стероидные гормоны, брассиностероиды (БР), проявляют свою физиологическую роль в крайне низких концентрациях, при этом они играют ключевую роль в регуляции прорастания семян, роста пыльцевых трубок, созревании плодов и т.д. Регуляция процессов роста растений этими гормонами осуществляется через БР-чувствительные гены (Шакирова, 2010). Недавний анализ показал, что экспрессия гена экспансина AtEXPA5 А. thaliana регулируется брассиностероидами. Она возрастала под влиянием экзогенных брассиностероидов и уменьшалась при их дефиците (Chan et al., 2010). При совместном воздействии брассиностероидов и ИУК на эпикотили нута (Cicer arietinum L.) наблюдалось увеличение содержания транскриптов генов экспансинов СаЕХРА (CaEXPAl, СаЕХРА2, СаЕХРАЗ, СаЕХРА4), и морфологически проявлялось в их растяжении (Sanchez et al., 2004).

Жасмоновая кислота тормозит прорастание семян, способствует старению листьев и формированию клубней, стимулирует синтез некоторых защитных ферментов, а также специфических белков при развитии семян. При изучении воздействия экзогенного метилжасмоната на экспрессию гена экспансина ТаЕХРВ23 пшеницы (Triticum aesíivum L.), соответственно, и на рост колеоптилей, выявлено значительное повышение его экспрессии, однако воздействие других фитогормонов таких, как гиббереллины, этилен, индол-3-уксусная кислота (ИУК) и нафтилуксусная кислота (НУК), приводили к снижению экспрессии этого гена (Han et al., 2012).

Щавелевая кислота также влияет на экспрессию генов экспансинов. При погружении плодов манго (Mangifera indica L. cv. Zill) в 5 мМ раствор щавелевой кислоты происходило снижение уровня экспрессии гена экспансина MiEXPAl в их кожуре и мякоти, что способствовало более

длительному сроку размягчения плодов (Zheng et al., 2006).

Для изучения влияния АБК на регуляцию деятельности экспансинов были использованы колеоптили засухоустойчивых и засухочувствительных сортов пшеницы. АБК индуцировал работу экспансинов, главным образом, за счет повышения их экспрессии и уменьшения содержания Н+-АТФазы в мембране клеточной стенки, что неблагоприятно сказывалось на активности экспансинов. Несмотря на то, что АБК индуцировал деятельность экспансинов и растяжение клеточных стенок, обработка экзогенным АБК и / или флуридоном (ингибитор АБК) тормозила рост колеоптилей при осмотическом стрессе. ИУК также стимулировал рост колеоптилей и экспрессию экспансинов, но в отличие от АБК это происходило за счет снижения рН клеточной стенки и накопления Н+-АТФазы в мембране клетки. По сравнению с засухочувствительными, засухоустойчивые сорта сохраняли более высокую активность экспансинов и повышали способность к растяжению (Han et al. 2012).

Таким образом, в регуляции процесса клеточного растяжения

растительного организма принимают участие множество факторов, которые

>

взаимодействуют и взаимно влияют друг на друга при жизнедеятельности растения. Интенсивное и неконтролируемое растяжение клеток снижает жизнеспособность растения, и может привести к его гибели (Гао и др., 2010). Поэтому существует система контроля роста и развития растения, в результате работы, которой происходит изменения в экспрессии генов, участвующих в регуляции клеточного растяжения, а также их метилирование в определенных тканях или в определенный период онтогенеза растения. В данной системе контроля активное участие принимают фитогормоны, а также другие факторы, которые вместе с генетической регуляцией направлены на создание благоприятных внутренних условий для роста и развития растения.

1.4. Транскрипционные факторы и белки с OSR-доменом, участвующие в регуляции роста клеток растяжением

В регуляции клеточного растяжения важную роль играют транскрипционные факторы типа спираль-петля-спираль (bHLH). Два bHLH белка PRE1 (Paclobtrazol resistancel) и IBH1 (Arabidopsis ILI1 binding bHLHl) антагонистически регулируют процессы клеточного растяжения в ответ на брассиностероидную и гиббереллиновую сигнализацию, но молекулярные механизмы данного процесса остаются неясными. Для выяснения схемы конкурентной регуляции клеточного растяжения было продемонстрировано взаимодействие системы PRE1, IBH1 и АСЕ (activator for cell elongation), активатора транскрипционных факторов bHLH. В этой системе АСЕ прямо активирует экспрессию генов ферментов клеточного растяжения путем взаимодействия с их промоторами. IBH1 негативно регулирует процесс клеточного растяжения, связываясь с АСЕ и, таким образом, вмешиваясь в их связь с ДНК. Белок PRE1, связываясь с IBH1, препятствует связи IBH1 и АСЕ и, таким образом, восстанавливает транскрипционную активность АСЕ в результате индукции клеточного растяжения. Баланс белков bHLH, PRE1, IBH1 и АСЕ, очень важен для определения размера клетки. Причем экспрессия генов PRE1 и IBH1 регулируется брассиностероидами, гиббереллинами и фазозависимыми факторами развития (Ikeda et al., 2012).

Помимо bHLH белков в регуляции клеточного растяжения принимают участие транскрипционные факторы GRF (Growth-regulating factor). В геноме риса (Otyza sativa L.) было идентифицировано и охарактеризовано одиннадцать гомологов гена OsGRFl. Все двенадцать белков OsGRF содержат два высоко консервативных домена, QLQ (Gin, Leu, Gin) и WRC (Trp, Arg, Cys), и последовательности, напоминающие транскрипционные факторы. Гены OsGRF экспрессируются преимущественно в молодых и растущих тканях, и регулируются гиббереллинами. In situ гибридизация показала высокий уровень содержания транскриптов OsGRF в апикальной

меристеме и в клетках, окружающих сосудистые вставочные меристемы. Предполагается, что гены OsGRF действуют, как активаторы транскрипции и участвуют в регуляции вегетативного роста в рисе (Choi et al., 2004). Повышенная экспрессия генов AtGRFl и AtGRF2 A. thaliana приводила к увеличению листьев и семядолей. Тройные инсерционные нулевые мутанты atGRFl-atgrfS имели меньше листьев и семядолей, в то время как одиночные мутанты не отображали изменений фенотипа, а двойные мутанты имели только мелкие изменения. Увеличение размеров листьев у тройных мутантов A. thaliana с повышенной экспрессии генов AtGRF свидетельствует о том, что AtGRF играют важную роль в регуляции клеточного растяжения (Kim et al., 2003).

Определенная роль в регуляции роста клеток растяжением и, особенно в координации процессов клеточного деления и растяжения, отводится белкам с OSR-доменом (Organ size related). На данный момент изучены только три гена, кодирующие белки данной группы, а именно OSR1, ARGOS и ARGOS-LIKE (ARL) A. thaliana (Feng et al., 2011). Индуцируемый ауксинами и цитокининами ген ARGOS A. thaliana (Auxin-regulated gene involved in organ size) кодирует трансмембранный белок, располагающийся на эндоплазматическом ретикулуме и, предположительно, участвующий в передаче сигналов от фитогормонов к транскрипционным факторам (Feng et al., 2011). Известно, что сигналы от белка ARGOS передаются на ген транскрипционного фактора AINTEGUMENTA, который в свою очередь контролирует клеточные деления в зачатках надземных органов и в семяпочках через регуляцию экспрессии циклина CYCD3;1 (Ни et al., 2003). В то же время ген ARGOS риса влияет одновременно как на клеточное деление, так и на рост клеток растяжением (Wang et al., 2009а). Повышение уровня транскрипции гена ARGOS увеличивает экспрессию белков, участвующих не только в делении клеток, но и в регуляции и обеспечении клеточного растяжения, например транскрипционного фактора AtGRFl и экспансина AtEXPAlO (Wang et al., 2009а).

Ген ARL гомологичен гену ARGOS, однако, кодирует белок, контролирующий только рост клеток растяжением (Hu et al., 2006). Экспрессия данного гена стимулируется брассиностероидами, и его белковый продукт также локализуется на эндоплазматическом ретикулуме (Feng et al., 2011). Конститутивная экспрессия гена ARL, в свою очередь, способствовала повышению содержания мРНК гена ТСН4, кодирующего одну из ХЕТ А. thaliana (Hu et al., 2006).

1.5. Роль эндоглюканаз в регуляции клеточного растяжения

Ферментативное расщепление ксилоглюканов растительными эндоглюканазами (EGases) является одним из важных молекулярных механизмов, обеспечивающих растяжение клеточной стенки. Эндоглюканазы (1,4-р-глюкан-4-глюканогидролазы, эндо-1,4-р-глюканазы) относятся к классу целлюлаз, катализирующих гидролиз 1,4-гликозидных связей в молекуле ксилоглюканов и некоторых ее растворимых производных (карбоксиметил-, гидроксиэтилцеллюлоза и др.), образуя набор поли - и олигомерных фрагментов различной длины (Sukno et al., 2006). В связи с этим происходит снижение прочности клеточной стенки, поступление воды в клетку и ее растяжение. Разрыхление клеточной стенки сменяется ее затвердеванием, причем эти процессы постоянно сменяют друг друга. Это осуществляется благодаря синтезу и наслаиванию новых микрофибрилл целлюлозы с внутренней поверхности клеточной стенки и сохранению ее толщины. Идентифицированные к настоящему времени гены эндоглюканаз экспрессируются на разных стадиях развития органов растений: удлинение, созревание и опадение (Sukno et al., 2006).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сафиуллина, Миляуша Галимьяновна, 2014 год

Список литературы

¡.Алехина, Н.Д. Физиология растений: Учебник для студ. вузов / Н.Д. Алехина, Ю.В. Балнокин, В.Ф. Гавриленко // М.: Изд. центр «Академия». -2005.-С. 345-347.

2. Албертс, Б. Молекулярная биология клетки / Б. Альберте, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Роберте, Дж. Уотсон // В 3-х т. 2-е изд., перераб. М75 и доп. Т. 1. Пер. с англ.-М.: Мир. -1994. - С. 146 - 147.

3. Веселов, Д.С. Изменения экспрессии гена экспансина, содержания ИУК и скорости растяжения клеток листа растений кукурузы при засолении / Д. С. Веселов, И. Б. Сабиржанова, Б. Е. Сабиржанов, А. В. Чемерис // Физиология растений. - 2008. - Т. 55. - №1. - С. 108 - 113.

4. Гао, К. Специфическая роль АТЕХР1 при росте и адаптации растений Arabidopsis к стрессу / К. Гао, К. Лю, И.Т. Лю // Физиология растений. -2010. - Т. 57. - № 2. - С. 245 - 253.

5. Гарифзянов, А.Р. Образование и физиологические реакции активных форм кислорода в клетках растений / А.Р. Гарифзянов, H.H. Жуков, В.В. Иванищев // Современные проблемы науки и образования (электронный журнал). - 2011. - Т. 2.

6. Горшкова, Т.А. Биогенез растительных волокон / Т.А. Горшкова // М.: Наука.-2009.-С. 53-57.

7. Кулаева, О.Н. Новый тип рецепторов фитогормонов, вызывающий включение гормон-зависимой генетической программы через разрушение ее репрессоров: Книга «Клеточная сигнализация» / О.Н. Кулаева, A.B. Демиденко // Казань: Изд. ФЭН Академия наук РТ. - 2010. - С. 132-138.

8. Кулуев, Б.Р. Амплификация и клонирование промоторов вируса мозаики георгина и вируса кольцевой гравировки гвоздики / Б.Р. Кулуев, A.B. Чемерис // Генетика. - 2007. - Т. 43. - №12. - С. 1682-1684.

9. Кулуев, Б.Р. Конститутивная экспрессия гена ARGOS в растениях табака под контролем промотора вируса мозаики георгина / Б.Р. Кулуев, A.B.

Князев, A.A. Ильясова // Физиология растений. - 2011. - Т. 58. - С. 443-452.

10. Малецкий, С.И. Гармонические пропорции числа хлоропластов в популяциях замыкающих клеток устьиц сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) / С.И. Малецкий, С.С. Юданов, Е.И. Малецкая // Вавиловский журнал генетики и селекции. -2013. -Т. 17. №1. - С. 72-79.

11. Месенко, М.М. Зависимость между выделением протонов клетками корня и ростом: Автореф. дис. ...канд. биол. наук / М.М. Месенко // Москва: Ин-т физ. раст.-2003.-С. 111-112.

12. Монахос, С.Г. Связь плоидности с числом хлоропластов в замыкающих клетках устьиц у диплоидных и амфиплоидных видов Brassica / С.Г. Монахос, МЛ. Нгуен, A.B. Безбожная, Г.Ф. Монахос // Сельскохозяйственная биология. - 2014. - №5. - С. 44-54.

13. Обручева, Н.В. Растяжение клеток как неотъемлемая составляющая роста наземных растений / Н.В. Обручева // Онтогенез. - 2008. - Т. 39. - №1. -С. 15-27.

14. Обручева Н.В. Поступление воды как фактор растяжения клеток / Н.В. Обручева // Украинский Ботанический журнал. - 2008. - Т. 65. - С. 596603.

15. Обручева, Н.В. Активация «кислого» роста в прорастающих се*менах конского каштана / Н. В. Обручева, И.А. Синькевич, C.B. Литягина, Г.В. Новикова // Физиология растений. - 2013. - Т. 60. - №3. - С. 452-456.

16. Опритов, В.А. Н+-АТФаза плазматической мембраны - основная электорогенная система высших растений / В.А. Опритов // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т. 6. -№3. - С. 28-32.

17. Пискурева, В.А. Динамика накопления пектиновых веществ в корнеплодах свёклы (Beta vulgaris L.) в онтогенезе: автореферат дис. ...канд. с/хнаук/В.А.Пискурева//Орел: ОрелГАУ.-2012.-С. 12-13.

18. Сорокина, И.К. Основы биотехнологии растений. Культура клеток и тканей: Учебное пособие / И.К. Сорокина, Н.И. Старичкова, Т.Б. Решетникова, H.A. Гринь // УМК: Биол. фак. СГУ. - 2002. - С. 64-66.

19. Стриж, И.Г. Участие активных форм кислорода в регуляции роста и развития корня / И.Г. Стриж // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2009. - № 4. - С. 40-43.

20. Титок, В.В. Биосинтез целлюлозы: современный взгляд и концепции / В.В. Титок, В.Н. Леонтьев, И.В. Федоренко, C.B. Кубрак, С.И. Юренкова, З.Е. Грушецкая // Труды Белорусского Государственного Университета. -2007. - Т. 2. - С. 54-64.

21.Хаблак, С. Г. Теория ферментативного роста клеток растяжением / С.Г. Хаблак, Я.А. Абдуллаева // Экосистемы, их оптимизация и охрана. -2013.-Выпуск 9.-С. 185-196.

22. Цыганкова, В. А. Генетический и эпигенетический контроль роста и развития растений. Гены биосинтеза ауксинов и ауксин-регулируемые гены, контролирующие деление и растяжение клеток растений / В. А. Цыганкова, JI. А. Галкина, JL И. Мусатенко, К. М. Сытник // Biopolym. Cell. - 2005. - T. 21.-С. 107-133.

23. Чайлахян, М.Х. Гормональная регуляция роста и развития высших растений / М.Х. Чайлахян // Успехи современной биологии. - 1982. - Т. 95. Вып. 1.-С. 23-34.

24. Чуб, В.В. Рост и развитие растений / В.В. Чуб // М., 2003.

25. Шакирова, Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция / Ф.М. Шакирова // Уфа: Гилем. - 2001. -С. 35-42.

26. Шарова, Е.И. Экспансины - белки, размягчающие клеточные стенки в процессе роста и морфогенеза растений / Е.И. Шарова // Физиология растений. - 2007. - Т. 54. - С. 805-819.

27. Якушкина, Н.И. Физиология растений: Учебник для вузов / Н.И. Якушкина // Изд. «Владос». - 2004. - С. 464.

28. Arru, L. Effect of sugars on auxin-mediated LeEXPA2 gene expression / L. Arru, S. Rognoni, A. Poggi // Plant Growth Regul. - 2008. - V. 55. - P. 11-20;

29. Ausubel, F.M. Current protocols in molecular biology / F.M Ausubel, R.

Brent, R.E. Kingston, D.D. Moore, J.G. Seidman, J.A. Smith, K. Struhl (eds.) // John Wiley & Sons, NY. - 1987. - P. 75.

30. Azeez, A. The gladiolus GgEXPAl is a GA-responsive alpha-expansin gene expressed ubiquitously during expansion of all floral tissues and leaves but repressed during organ senescence / A. Azeez, A.P. Sane, S.K. Tripathi, D. Bhatnagar, P. Nath // Postharvest biology and technology. - 2010. - V. 58. - P. 4856.

31.Bai, M.-Y. A triple helix-loop-helix/basic helix-loop-helix cascade controls cell elongation downstream of multiple hormonal and environmental signaling pathways in Arabidopsis / M.-Y. Bai M.-Y., M. Fan, E. Oh, Z.Y. Wang // Plant Cell. - 2012. - V. 24. - P. 4917-4929.

32. Barrero, R.A. Over-expression of Arabidopsis CAP causes decreased cell expansion leading to organ size reduction in transgenic tobacco plant / R.A. Barrero, M. Umeda, S. Yamamura, H. Uchimiya // Annals of Botany. - 2003. - V. 91.-P. 599-603.

33. Bernstein, N. Root growth under salinity stress / N. Bernstein, Y. Waisel, A. Eshel, U. Kafkafi // Plant roots: the hidden half, 3 rd. edn., eds. - 2002.

34. Cavalier, D.M. Disrupting two Arabidopsis thaliana xylosyltransferase genes results in plants deficient in xyloglucan, a major primary cell wall component / D.M. Cavalier, O. Lerouxel, L. Neumetzler, K. Yamauchi, A. Reinecke, G. Freshour, O.A. Zabotina,M.G. Hahn, I. Burgert, M. Pauly, N.V. Raikhel, K. Keegstra // The Plant Cell. - 2008. - V.20. - P. 1519-1537.

35. Catala, C. Auxin-regulated genes encoding cell wall-modifying proteins are expressed during early tomato fruit growth / C. Catala, J.K. Rose, A.B. Bennett // Plant Physiology. - 2000. - V. 122. - P. 527-534.

36. Catala, C. Characterization of a tomato xyloglucan endotransglycosylase gene that is down-regulated by auxin in etiolated hypocotyls / C. Catala, J.K. Rose, W.S. York, P. Albersheim, A.G. Darvill, A.B. Bennett // Plant Physiol. - 2001. -V. 127.-P. 1180-1192.

37. Chen, F. A gibberellin-regulated xyloglucan endotransglycosylase gene is

expressed in the endosperm cap during tomato seed germination / F. Chen, H. Nonogaki, KJ. Bradford // Experimental Botany. - 2002. - V. 53. - P. 215-223.

38. Cheniclet, C. Cell expansion and endoreduplication show a large genetic variability in pericarp and contribute strongly to tomato fruit growth / C. Cheniclet, W.Y. Rong, M. Causse, N. Frangne, L. Boiling, J.-P. Carde, J.-P. Renaudin // Plant Physiology.-2005.-V. 139.-P. 1984-1994.

39. Chevalier, C. Elucidating the functional role of endoreduplication in tomato fruit development / C. Chevalier, M. Nafat, M. Hemould // Annals of Botany. - 2011. - V. 107. - P. 1159-1169.

40. Cho, H.-T. Altered expression of expansin modulates leaf growth and pedicel abscission in Arabidopsis thaliana / H.-T. Cho, D. Cosgrove // Proc Natl Acad Sci USA. - 2000. - V. 97. - P. 9783-9788.

41. Choi, D.S. Regulation of expansin gene expression affects growth and development in transgenic rice plants / D.S. Choi, Y. Lee, H.T. Cho, H. Kende // Plant Cell.-2003.-V. 15.-P. 1386-1398.

42. Choi, D. Whole genome analysis of the OsGRF gene family encoding plant-specific putative transcription activators in rice (Oryza sativa L.) / D. Choi, J.H. Kim, H. Kende // Plant Cell Physiol. - 2004. - V. 45. - P. 897-904.

43. Chomczynski, P. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction / P. Chomczynski, N. Sacchi // Anal Biochem. - 1987.- V. 162.-P. 156-159.

44. Clewell, D.B. Supercoiled circular DNA-protein complex in Escherichia coli: purification and induced conversion to an open circular DNA form / D.B. Clewell, D.R. Helinski // Proc. Nat. Acad. Sci. US. - 1969. - V. 62. - P. 11591166.

45. Cohen, S.N. Transformation of Escherichia coli by recombinant plasmid replicons constructed in vitro / S. N. Cohen // Mechanisms in Recombination.-1974.-P. 155-165.

46. Colmer, T.D. Expression of alpha-expansin genes during root acclimations to 02 deficiency in Rumex palustris / T.D. Colmer, A.J. Peeters, C.A.

Wagemaker, W.H. Vriezen, A. Ammerlaan, L.A. Voesenek // Plant molecular biology. - 2004. - V. 56. - P. 423-437;

47. Cosgrove, D. J. Cell wall loosening by Expansins / D. J. Cosgrove // Plant Physiol. - 1998. - V. 118. - P. 333-339.

48. Dal Santo, S. PhEXPAl, a Petunia hybrid expansin, is involved in cell wall metabolism and in plant architecture specification, S. Dal Santo, M. Fasoli, E. Cavallini, G.B. Tornielli, M. Pezzotti, S. Zenoni // Plant Signal Behav. — 2011. — V. 6.-P. 2031-2034.

49. Da Silva, E.A. ABA inhibits embryo cell expansion and early cell division events during coffee (coffea arabica «Rubi») seed germination / E.A. Da Silva, P.E. Toorop, H.W. Hilhorst // Annals of Botany. - 2008. - V. 102. - P. 425-433.

50. Dick-Perez, M. Structure and interactions of plant cell-wall polysaccharides by two- and three-dimensional magic-angle-spinning solid-state NMR / M. Dick-Perez, Y. Zhang, J. Hayes, A. Salazar, O.A. Zabotina, M. Hong // Biochemistry. - 2011. - V. 50. - P. 989-1000.

51.Downes, B.P. Cytokinin regulates the expression of a soybean beta-expansin gene by a post-transcriptional mechanism / B.P. Downes, D.N. Crowell // Molecular Biology. - 1998. - V. 37. - P. 437-444.

52. Earley, J.J. Robotic automation of dideoxyribonucleotide sequencing reactions / J J. Earley, H. Kuivaniemi, D .J. Prockop, G. Tromp // Biotechniques. -1994.-V. 17.-P. 156-158, 160, 162-165.

53. Endler A. Cellulose synthases and synthesis in Arabidopsis / A. EndlerS. Persson // Mol. Plant. - 2011. - V. 4. - P. 199-211.

54. Feng, G. Arabidopsis organ size related 1 regulates organ growth and final organ size in orchestration with ARGOS and ARL / G. Feng, Z. Qin, J. Yan // New Phytologist. - 2011. - V. 191. - P. 635-646.

55. Gaete-Eastman, C. Expression of an ethylene-related expansin gene during softening of mountain papaya fruit (Vasconcellea pubescens) / C. Gaete-Eastman, C. R. Figueroa, C. Balbontin, M. Moya, R. G. Atkinson, R. Herrera, M.

t

r t

I

A. Moya-Leon // Postharvest Biology and Technology. - 2009. - V. 53. - P. 5865.

56. Gamborg, O.L. Tissue culture, protoplasts, and morphogenesis in flax / O.L. Gamborg, J.P. Shyluk // Botanical Gazette. - 1976. - V. 137. - P. 441 - 454.

57. Gonzalez, N. Leaf size control: complex coordination of cell division and expansion / N. Gonzalez, H. Vanhaeren, D. Inze // Trends and science. - 2012. -V. 17.-P. 332-340.

58. Graham, D.E. The isolation of high molecular weight DNA from whole organisms or large tissue masses / D.E. Graham // Anal. Biochem. - 1978. - V. 85. -P. 609-613.

59. Gray-Mitsumune, M. Expansins abundant in secondary xylem belong to subgroup a of the a-expansin gene family / M. Gray-Mitsumune, E J. Mellerowicz, H. Abe, J. Schrader, A. Winzell, F. Sterky, K. Blomqvist, S. McQueen-Mason, T.T. Teeri, B. Sundberg // Plant Physiology. - 2004. - V. 135. - P. 1552-1564.

60. Gray-Mitsumune, M. Ectopic expression of a wood-abundant expansin PttEXPAl promotes cell expansion in primary and secondary tissues in aspen / M. Gray-Mitsumune, K. Blomquist, S. McQueen-Mason, T. Teeri, B. Sundberg, E. Mellerowicz // Plant Biotechnol J. - 2008. - V. 6. - P. 62-72.

61. Han, Y. Characterization of a wheat (Triticum aestivum L.) expansin gene, TaEXPB23, involved in the abiotic stress response and phytohormone regulation / Y. Han, A. Li, F. Li., M. Zhao, W. Wang // Plant Physiol Biochem. -2012.-V. 54.-P. 49-58.

62. He, J.X. BZR1 is a transcriptional repressor with dual roles in brassinosteroid homeostasis and growth responses / J.X. He, Y. Sun, C. Qing Sun, Z.Y. Wang // Science. - 2005. - V. 307. - P. 1634-1638.

63. Heredia, A. Composition of plant cell walls / A. Heredia, A. Jimenez, R. Guillen // Z Lebensm Unters Forsch. - 1995. - V. 200. - P. 24-31.

64. Horsch, R.B. A simple and general method for transferring genes into plants / R.B. Horsch, J.E. Fry, N. Hoffmann, D. Eicholz, S.G. Rogers, R.T. Fraley //Science.- 1985.-V. 227.-P. 1229-1231.

65. Horvath, B.M. EBP1 regulates organ size through cell growth and proliferation in plants / B.M. Horvath, Z. Magyar, Y. Zhang // EMBO. - 2006. -V. 25. - P. 4909-4920.

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

67. Ikeda, M. A triantagonistic basic helix-loop-helix system regulates cell elongation in Arabidopsis / M. Ikeda, S. Fujiwara, N. Mitsuda, M. Ohme-Takagi // Plant Cell. - 2012. - V. 24. - P. 4483-4497.

68. Ishimaru, M. Expression of three expansin genes during development and maturation of Kyoho grape berries / M. Ishimaru, D.L. Smith, K.C. Gross, S. Kobayashi//Plant Physiology.-2007.-V. 164.-P. 1675-1682.

69. Jansson, S. Genetics and genomics of populus / S. Jansson, R. Bhalerao, A. Groover.-2010.-V. 8.-P. 6-7.

70. Jung J. Expression of multiple expansin genes is associated with cell expansion in potato organs / J. Jung, E.M. O'Donoghue., P.P. Dijkwel // Plant Science. - 2010. - V. 179. - P. 77-85.

71. Kalamaki, M.S., Transgenic overexpression of expansin influence particle size distribution and improves viscosity of tomato juice and paste / M.S. Kalamaki, A.L. Powell, K. Struijs, J.M. Labavitch, D.S. Reid, A.B. Bennett // J Agric Food Chem. - 2003. - V. 51. - P. 7465-7471.

72. Kim, J.H. The AtGRF family of putative transcription factors is involved in leaf and cotyledon growth in Arabidopsis / J.H. Kim, D. Choi, H. Kende // Plant J.-2003.-V. 36.-P. 94-104.

73. Knox, J.P. Revealing the structural and functional diversity of plant cell walls / Curr. Opin. Plant Biol. / J.P. Knox. - 2008. - V. 11. - P. 308-313.

74. Ku, S.J. Overexpression of IAA1 with domain II mutation impairs cell elongation and cell division in inflorescences and leaves of Arabidopsis / S.J. Ku , J.Y. Park, S.B. Ha, J. Kim // Plant Physiology. - 2009. - V. 166. - P. 548-553.

75. Kudo, N. Nuclear DNA endoreduplication during petal development in

cabbage: relationship between ploidy levels and cell size / N. Kudo, Y. Kimura // Experimental botany. - 2002. - V. 53. - P. 1017-1023.

76. Larson, P.R.The vascular cambium. Berlin: Springer Verlag. - 1994.

77. Lee, D.-K. Expression of an expansin gene is correlated with root elongation in soybean / D.-K. Lee, J. H. Ahn // The Plant Cell. - 1997. - V. 9. P. 1661-1671.

78. Lee, Y. Expansins: ever-expanding numbers and functions / Y. Lee, D. Cho, H. Kende // Current Opinion in Plant Biology. - 2001. - V. 4. - P. 527-532.

79. Lee, Y. Expression of a-expansin and expansin-like genes in deepwater rice / Y. Lee, H. Kende // Plant Physiol. - 2002. - V. 130. - P. 1396-405.

80. Li, L.-C. Grass group I pollen allergens (b-expansins) lack proteinase activity and do not cause wall loosening via proteolysis / L.-C. Li, D.J. Cosgrove // Eur. J. Biochem. - 2001. - V. 268. - P. 4217-4226.

81. Li, Y. Plant expansins are a complex multigene family with an ancient evolutionary origin / Y. Li, C.P. Darley // Plant Physiology March. - 2002. - V. 128.-P. 854-864.

82. Li, Y. Expansins and cell growth / Y. Li, L. Jones, S. McQueen-Mason // Current Opinion in Plant Biology. - 2003. - V. 6. - P. 603-610.

83. Li, S. Functional analysis of complexes with mixed primary and secondary cellulose synthases, S. Li, L. Lei, Y. Gu // Plant Signal Behav. — 2013. — V. 8. - P. 244-249.

84. Lin, C. Root hair-specific EXPANSIN A7 is required for root hair elongation in Arabidopsis / C. Lin, H.S. Choi, H.T. Cho // Mol Cells. - 2011. - V. 31.-P. 393-397.

85. Link, B.M. Acid-growth response and a-expansins in suspension cultures of bright yellow 2 tobacco / B.M. Link, D.J. Cosgrove // Plant Physiol. - 1998. -V. 118.-P. 907-916.

86. Liszkay, A. Production of reactive oxygen intermediates (O2 H2O2, and OH") by maize roots and their role in wall loosening and elongation growth / A. Liszkay, E. Zalm, P. Schopfer // Plant Physiology. - 2004. - V. 136. - P. 3114-

1i *

87. Liu, X. Four novel cellulose synthase (CESA) genes from birch (Betula platyphylla Suk.) involved in primary and secondary cell wall biosynthesis / X. Liu, Q. Wang, P. Chen, F. Song, M. Guan, L. Jin, Y. Wang, C. Yang // International Journal of Molecular Sciences .-2012,-V. 13.-P. 12195.

88. Livak, K.J. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2'MCT method / K.J. Livak, T.D. Schmittgen // Methods. - 2001. - V. 25. - P. 402-408.

89. Liwanag, A.J. Pectin biosynthesis: GALS1 in Arabidopsis thaliana is a p~ 1,4-galactan P-l,4-galactosyltransferase / A.J. Liwanag, B. Ebert, Y. Verhertbruggen, E.A. Rennie, C. Rautengarten, A. Oikawa, M.C. Andersen, M.H. Clausen, H.V. Scheller // Plant Cell. - 2012. - V. 24. - V. 5024-5036.

90. Lu, P. RhEXPA4, a rose expansin gene, modulates leaf growth and confers drought and salt tolerance to Arabidopsis / P. Lu, M. Kang, X. Jiang, F. Dai, J. Gao, C. Zhang // Planta. - 2013. - V. 237. - P. 1547-1559.

91. McCuistion, F. Identifying polyploids of various cucurbits by stomatal guard cell chloroplasts number / F. McCuistion, G.W. Elmstrom // Proc. Fla. State Hort. Soc. - 1993.-V. 106.-155-157.

92. McQueen-Mason, SJ. Disruption of hydrogen-bonding between plant-cell wall polymers by proteins that induce wall extension / S.J. McQueen-Mason, D.J. Cosgrove // Proc Natl Acad Sci USA.- 1994. - V. 91. - P. 6574-6578.

93. McQueen-Mason, S.J. Expansin mode of action on cell walls. Analysis of wall hydrolysis, stress relaxation, and binding / S.J. McQueen-Mason, D.J. Cosgrove // Plant Physiol. - 1995. - V. 107. - P. 87-100.

94. McCann, M. Blueprints for building plant cell walls / M. McCann, J. Rose // Plant Physiol. - 2010. - V. 153. - P. 365.

95. Mellerowicz, E.J. Unravelling cell wall formation in the woody dicot stem / E.J. Mellerowicz, M. Baucher, B. Sundberg, W. Boerjan // Plant Mol. Biol. -2001.-V. 47. -P.239-274.

96. Mellerowicz, E J. Xylem cell expansion - lessons from poplar. In: the

science and lore of the plant cell wall / E.J. Mellerowicz // Boca Raton, FL: Universal Publishers Brown Walker Press. - 2006. - P. 267-275.

97. Miedes, E. Xyloglucan endotransglucosylase and cell wall extensibility / E. Miedes, I. Zarra, T. Hoson, K. Herbers, U. Sonnewald, E.P. Lorences // J Plant Physiol.-201 l.-V. 168.-P. 196-203.

98. Myers, T.W. Reverse transcription and DNA amplification by a Thermus thermophilus DNA polymerase / T.W. Myers, D.H. Gelfand // Biochemistry. -1991.-V. 30.-P. 7661-7666.

99. Muller, B. Association of specific expansins with growth in maize leaves is maintained under environmental, genetic, and developmental sources of variation / B. Muller, G. Bourdais, B. Reidy, C. Bencivenni, A. Massonneau, P. Condamine, G. Rolland, G. Conejero, P. Rogowsky, F. Tardieu // Plant Physiology. - 2007. - V. 143. - P. 278-290.

100. Muller, K. In vivo cell wall loosening by hydroxyl radicals during cress seed germination and elongation growth, K. Muller, A. Linkies, R. A. M. Vreeburg, S. C. Fry, A. K. Metzger // Plant Physiology. - 2009. - V. 150. - P. 1855-1865.

101. Mullis, K.B. Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction / K.B. Mullis, F.A. Faloona // Methods Enzymol. - 1987. -V. 155.-P. 335-350.

102. Murashige, T. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures / T. Murashige, F. Skoog // Physiol. Plant. - 1962. - V. 15. - P. 473-497.

103. Nakatsuka, A. Expression of genes encoding xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase in 'Saijo' persimmon fruit during softening after deastringency treatment / A. Nakatsuka, T. Maruo, C. Ishibashi, Y. Ueda, N. Kobayashi, M. Yamagishi, H. Itamura // Postharvest Biology and Technology. -201 l.-V. 62.-P. 89-92.

104.Nicol, F. Plant cell expansion: scaling the wall / F. Nicol, H. Hofte // Curr Opin Plant Biol. - 1998. - V. 1. - P. 12-7.

105. Nicol, F. A plasma membrane-bound putative endo-l,4-P-D-glucanase is required for normal wall assembly and cell elongation in Arabidopsis / F. Nicol, I. His, A. Jauneau, S. Vernhettes, H. Canut, H. Hofte // The EMBO journal. - 1998. -V. 17.-P. 5563-5576.

106. Nieuwland, J. Lipid transfer proteins enhance cell wall extension in tobacco / J. Nieuwland, R. Feron, B. Huisman // Plant Cell. - 2005. - V.17. - P. 2009-2019.

107. Nolan, T. Quantification of mRNA using real-time RT-PCR / T. Nolan, R.E. Hands, S.A. Bustin // Nat. Protoc. - 2006. - V. 1. - P. 1559-1582.

108. Ookawara, R. Expression of alpha-expansin and xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase genes associated with shoot elongation enhanced by anoxia, ethylene and carbon dioxide in arrowhead (Sagittaria pigmaea Miq.) tubers / R. Ookawara, S. Satoh, K. Ishizawa // Ann. Bot. (Lond). - 2005. - V. 96. -P. 693-702.

109. Park, C.H. Brassinosteroids control AtEXPA5 gene expression in Arabidopsis thaliana / C.H. Park, T.W. Kim, S.H. Son // Phytochemistry. - 2010. -V. 71.-P. 380-387.

110. Park, Y.B. Changes in cell wall biomechanical properties in the xyloglucan-deficient xxtl/xxt2 mutant of Arabidopsis / YB. Park, D. J. Cosgrove // Plant Physiol. - 2012. - V. 158. - P. 465-475.

111. Park, Y.B. A revised architecture of primary cell walls based on biomechanical changes induced by substrate-specific endoglucanases / Y.B. Park, D.J. Cosgrove//Plant Physiology.-2012.-V. 158.-P. 1933-1943.

112. Pien, S. Local expression of expansin induces the entire process of leaf development and modifies leaf shape / S. Pien, J. Wyrzykowska, S. Cheryl Smart, A. Fleming // Proc Natl Acad Sci USA. - 2001. - 98. - P. 11812-11817.

113. Powell, A.E. Control of organ size in plants / A.E. Powell, M. Lenhard // Current biology. - 2012. - V. 22. - P. 360-367.

114. Robert, S. Arabidopsis endo-l,4-p-d-glucanase involved in cellulose synthesis undergoes regulated intracellular cycling / S. Robert, A. Bichet, O.

Grandjean, D. Kierzkowski, B. Satiat-Jeunemaitre, S. Pelletier, M.-T. Hauser, H. Hofte, S. Vernhettes. Plant Cell. - 2005. - V. 17. - P. 3378-3389.

115. Sambrook, J. Molecular cloning: A laboratory manual: 2nd ed. / J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis // Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. - 1989.-425 P.

116. Sanchez, MA. Brassinolides and IAA induce the transcription of four a-expansin genes related to development in Cicer arietinum / MA. Sanchez, I. Mateos, E. Labrador, B. Dopico // Plant Physiol Biochem. - 2004. - V. 42. - P. 709-716.

117. Satoshi, K. Relationship between fruit cracking and expression of the expansin gene MdEXPA in «Fuji» apples (Malus domestica Borkh.) / K. Satoshi, H. Hiroko, K. Yoshiki // Planta. - 2008. - V. 54. - P. 865-871.

118. Schopfer, P. Hydroxyl radical-induced cell-wall loosening in vitro and in vivo: implications for the control of elongation growth / P. Schopfer // Plant J. -2001.-V. 28.-P. 679-88.

119. Sealey, P. G. Gel electrophoresis of nucleic acids / P.G. Sealey, E.M. Southern (Rickwood, D., & Hames, B. D., Eds.) / IRL, Oxford. - 1982. - P. 39-76.

120. Shi, H. The Arabidopsis SOS5 locus encodes a putative cell surface adhesion protein and is required for normal sell expansion / H. Shi, Y. Kim, Y. Guo, B. Stevenson, J.-K. Zhu // Plant Cell. - 2003. - V. 15. - P. 19-32.

121. Shin, J.H. Characterization and transcriptional expression of the alpha-expansin gene family in rice / J.H. Shin, D.H. Jeong, M.C. Park, G. An // Mol Cells. - 2005. - V. 20. - P. 210-218.

122. Singh, A.P. Petal abscission in rose is associated with the differential expression of two ethylene-responsive xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase genes, RbXTHl and RbXTH2 / A.P. Singh, S.K. Tripathi, P. Nath, A.P. Sane // J Exp Bot. - 2011. - V. 62. - P. 5091 -5103.

123. Sloan, J. Phased control of expansin activity during leaf development identifies a sensitivity window for expansin-mediated induction of leaf growth / J. Sloan, A. Backhaus, R. Malinowski, S. McQueen-Mason, A.J. Fleming // Plant

Physiology. - 2009. - V. 151. - P. 1844-1854.

124. Son, S.H. Ethylene negatively regulates EXPA5 expression in Arabidopsis thaliana / S.H. Son, S.C. Chang, C.H. Park, S.K. Kim // Physiologia Plantarum. - 2012. - V. 144. - P. 254-262.

125. Smart, L.B. Genes involved in osmoregulation during turgor-driven cell expansion of developing cotton fibers are differentially regulated / L.B. Smart, F. Vojdani, M. Maeshima, T.A. Wilkins // Plant Physiology. - 1998. - V. 116. - P. 1539-1549.

126. Sukno, S. Expression and regulation of the Arabidopsis thaliana cell endo 1,4-beta glucanase gene during compatible plant-nematode interactions / S. Sukno, O. Shimerling, J. McCuiston, G. Tsabary, Z. Shani, O. Shoseyov, E. Davis // J Nematol. - 2006. - V. 38. - P. 354-361.

127. Trivedi, P.K. MaEXPl, an ethylene-induced expansin from ripening banana fruit / P.K. Trivedi, P. Nath // Plant Science. - 2004. - V. 167. - P. 13511358.

128. Tuskan, G.A. The genome of black cottonwood, Populus trichocarpa (Torr. & Gray) / G.A. Tuskan, S. Difazio, S. Jansson, J. Bohlmann et al. // Science. - 2006. - V. 313. - P. 1596-604.

129. Tyree, M.T. Xylem structure and the ascent of sap / M.T. Tyree, M.H. Zimmermann // 2nd edn. Berlin: Springer Verlag. - 2002.

130. Wang, G. Overexpression of two cambium-abundant Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) a-expansin genes C1EXPA1 and C1EXPA2 affect growth and development in transgenic tobacco and increase the amount of cellulose in stem cell walls / G. Wang, Y. Gao, J. Wang, L. Yang, R. Song, X. Li, J. Shi // Plant Biotechnology. - 2011. - V. 9. - P. 486-502.

131. Wisniewska, M. Immunolocalization of a-expansin protein (NtEXPA5) in tobacco roots in the presence of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus Mosseae Nicol. & Gerd / M. Wisniewska, W. Golinowski // Acta biologica cracoviensia series botanica. - 2012. - V. 53. - P. 113-123.

132. Wu, Y. Analysis and expression of the a-expansin and p-expansin gene

families in maize / Y. Wu, R. B. Meeley, DJ. Cosgrove // Plant Physiology. -2001.-V. 126.-P. 222-232.

133. Wu, Y. Modification of expansin transcript levels in the maize primary root at low water potentials / Y. Wu, E.T. Thorne, R.E. Sharp, D.J. Cosgrove// Plant Physiol.-2001.-V. 126.-P. 1471-1479.

134. Xu, W. The arabidopsis XET-related gene family: environmental and hormonal regulation of expression / W. Xu, P. Campbell, A.K. Vargheese, J. Braam // Plant J. - 1996. - V. 9. - P. 879-889.

135. Xu, J. Identification and characterization of an expansin gene AsEXPl associated with heat tolerance in C3 Agrostis grass species / J. Xu, J. Tian, F.C. Belanger, B. Huang // J Exp Bot. - 2007. - V. 58. - P. 3789-3796.

136. Yang, S.H. Characterization of genes encoding ABA 8'-hydroxylase in ethylene-induced stem growth of deepwater rice (Oryza sativa L.) / S.H. Yang, D. Choi // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2006. - V. 350. -P. 685-690.

137. Yennawar, N. H. Crystal structure and activities of EXPB1 (Zea m 1), a P-expansin and group-1 pollen allergen from maize / N. H. Yennawar, L.-C. Li // ProcNatl AcadSci USA.-2006.-V. 103.-P. 14664-14671.

138. Zenoni, S. Overexpression of PhEXPAl increases cell size, modifies cell wall polymer composition and affects the timing of axillary meristem development in Petunia hybrid / S. Zenoni, M. Fasoli, G.B. Tornielli, S. Dal Santo, A. Sanson, P. de Groot P, S. Sordo, S. Citterio, P. Monti, M. Pezzotti // New Phytol. - 2011. -V. 191.-P. 662-77.

139. Zheng, X. Expression of expansin gene, MiEXPAl, and activity of galactosidase and polygalacturonase in mango fruit as affected by oxalic acid during storage at room temperature / X. Zheng, G. Jing, Y. Liu, T. Jiang, Y. Jiang, J. Li //Food Chemistry. - 2006.-V. 313.-P. 1596-1604.

140. ZhiMing, Y. Root hair-specific expansins modulate root hair elongation in rice / Y. ZhiMing, K. Bo, H. Xiao Wei, L. ShaoLei, B. YouHuang, D. WoNa, C. Ming, C. Hyung-Taeg, W. Ping // Plant J. - 2011. - V. 66. - P. 725-34.

141. Zhu, Q. Identification of xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase genes (XTHs) and their expression in persimmon fruit as influenced by 1-methylcyclopropene and gibberellic acid during storage at ambient temperature / Q. Zhu, Z. Zhang, J. Rao, D.J. Huber, J. Lv, Y. Hou, K. Song // Food Chemistry. -2013.-V. 138.-P. 471-477.

142. Zorb, C. The influence of salt stress on ABA and auxin concentrations in two maize cultivars differing in salt resistance / C. Zorb, C.M. Geilfus, K.H. Muhling, J. Ludwig-Muller // J Plant Physiol. - 2013. - V. 170. - P. 220-224.

143. Zuo, J. Technical advance: an estrogen receptor-based transactivator XVE mediates highly inducible gene expression in transgenic plants / J. Zuo, Q.W. Niu, N.H. Chua // Plant J. - 2000. - V. 24. - P. 265-273.

144. Zykwinska, A. Organization of pectic arabinan and galactan side chains in association with cellulose microfibrils in primary cell walls and related models envisaged / A. Zykwinska, J.-F.t Thibaul, M.-C. Rale // Experimental Botany. -2007.-V. 58.-P. 1795-1802.

\

\

\