Молекулярно-генетические механизмы ответа на абиотические стрессовые факторы у мутанта nfz24 Arabidopsis thaliana(L.) Heynh. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.15, кандидат биологических наук Новокрещенова, Мария Габриэловна

• Новокрещенова, Мария Габриэловна
• кандидат биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Новокрещенова, Мария Габриэловна

ВВЕДЕНИЕ 5 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разнообразие абиотических стрессовых факторов и универсальность явления окислительного стресса

2. Окислительный стресс, вызванный гербицидами

3. Антиоксидантные защитные системы растительных клеток

3.1 Ферментативные системы защиты от окислительного стресса.

4. Ответ растений на абиотические стрессовые факторы.

4.1 Взаимодействие систем ответа растений на действие разных абиотических стрессовых факторов.

4.2 Гипотермия и ее компоненты, генетический контроль устойчивости к холоду

3.2. Неферментативные системы защиты от окислительного стресса

5. Роль АБК в устойчивости к стрессовым факторам.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярно-генетические механизмы ответа на абиотические стрессовые факторы у мутанта nfz24 Arabidopsis thaliana(L.) Heynh.»

Растения, подвергающиеся постоянному воздействию стрессовых факторов окружающей среды, обладают способностью адаптироваться к ним за счет включения многообразных систем защиты. За последние годы значительный прогресс достигнут в понимании механизмов работы этих систем, идентификации и картировании генов, участвующих в защите растений от стрессовых воздействий. Одним из наиболее эффективных подходов, позволяющих выявлять эти гены адаптивного ответа, является выделение и изучение мутантов,, чувствительных и устойчивых к стрессовым воздействиям. Такие мутанты являются моделями для изучения механизмов регуляции адаптивного ответа на стрессовые воздействия.

Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. является модельным генетическим объектом. Короткий жизненный цикл (1,5 - 2 месяца), высокая плодовитость (до 1000 семян с одного растения), миниатюрность растений, позволяющая выращивать их в пробирках в лабораторных условиях, а также мелкий размер семян, дающий возможность анализировать на одной чашке Петри более 1000 проростков, позволяют считать A.thaliana наиболее удобным объектом для получения мутантов с изменённой чувствительностью к окислительному стрессу. Получение мутантов, резистентных к окислительному стрессу, представляет не только научный интерес, но имеет большое практическое значение: небольшой размер генома A.thaliana (около 120 000 т.п.н.) и малое количество повторяющихся последовательностей повышают эффективность экспериментов по клонированию генов, что позволяет использовать гены A.thaliana для создания устойчивых к окислительному стрессу форм хозяйственно ценных растений (Li et al., 1992). На кафедре генетики МГУ создана коллекция мутантов модельного растительного объекта A. thaliana, толерантных к индукторам окислительного стресса: норфлуразоны, ацифлуорфену и плюмбалину (Ежова и др., 2001).

В данной работе был исследован мутант nfz24 A.thaliana, выделенный с помощью химического мутагенеза по устойчивости к норфлуразону, который ингибирует биосинтез каротиноидов, вызывает фотодеструкцию хлорофилла и гибель растений (Солдатова и др., 1996). Мутант nfz24 проявляет также перекрестную устойчивость к другому индуктору окислительного стресса — параквату, что связано с повышенной активностью антиоксидантных ферментов — супероксиддисмутазы и пероксидазы. В то же время, при воздействии низких положительных температур мутант nfz24 показывал значительно большую чувствительность к холоду, чем растения дикого типа расы Dijon (Ежова и др., 2001; Волкова и др., 2004).

Целью работы является изучение молекулярно-генетических механизмов ответа мутанта nfz24 A.thaliana на разные абиотические стрессовые факторы (холод, высокие дозы гербицида норфлуразона, яркий свет) и локализация мутации на молекулярно-генетической и физической картах хромосом этого вида.

Задачами работы являлись:

1. Характеристика морфо-физиологических особенностей мутанта nfz24 (анализ структуры хлоропласта, содержания пигментов, токоферола, пролина).

2. Анализ влияния гербицида норфлуразона, холода и разных уровней освещенности на фенотипические и физиологические параметры мутанта nfz24.

3. Изучение экспрессии генов, контролирующих антиоксидантный, холодовой ответ и синтез хлорофилла и каротиноидов у мутанта nfz24 в условиях действия стрессовых факторов.

4. Локализация гена NFZ24 на молекулярно-генетической и физической картах генома A.thaliana и выявление генов кандидатов.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Заключение диссертации по теме «Генетика», Новокрещенова, Мария Габриэловна

ВЫВОДЫ.

1. Мутация nfz24 A.thaliana снижает содержание каротиноидов и хлорофилла и приводит к уменьшению числа ламелл в гранах хлоропластов. Снижение уровня зеленых пигментов не связано с нарушением экспрессии генов биосинтеза хлорофилла Chll, ChlH, ChlD и СЫ27.

2. Мутация nfz24 повышает устойчивость растений A.thaliana к яркому свету, что, по-видимому, связано с более активной экспрессией генов ферментативной антиоксидантной системы защиты - генов CSD2 (Cu/Zn супероксиддисмутазы) и PrxQ (пероксиредоксина Q).

3. Мутация nfz24 вызывает чувствительность к гипотермии, которая проявляется на всех стадиях онтогенеза и обусловлена снижением в 3 раза уровня каротиноидов и нарушением работы генов АБК-зависимого ответа на холод (гена ABA1/LOS6, контролирующего синтез АБК, и гена RAB18, кодирующего гидрофильный глицин-богатый белок из семейства дегидринов).

4. Повышение у мутанта nfz24 исходного уровня альфа- и гамма-токоферола может обусловливать толерантность к кратковременному воздействию индуктора окислительного стресса норфлуразона, но не обеспечивает толерантность к длительному воздействию гербицида.

5. Ген nfz24 сцеплен с ДНК- маркерами era и MSUCAPS-GGPS и локализован на физической карте в районе ВАС-клонов F27L4 и Т29Е15.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Куприянова Е.В., Новокрещенова М.Г. Молекулярно-генетическое картирование генов Arabidopsis thaliana, участвующих в защите от стрессовых факторов // Материалы Межд. Конф. «Молекулярная генетики, геномика и Биотехнология» Минск, Беларусь 2004, стр.79

2. Новокрещенова М.Г. Компьютерный анализ генов, контролирующих синтез терпенов у Arabidopsis thaliana // Тезисы докладов XII Межд. Конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2005», Москва, Россия 2005, стр.161

3. Новокрещенова М.Г., Солдатова О.П., Ежова ТА. Молекулярно-генетическое картирование и функциональный анализ гена NFZ24, контролирующего устойчивость растений Arabidopsis thaliana к стрессовым факторам // Бюллетень Московского общества испытателей природы, отдел биологический, 2007, Т 112, вып. 1 прил. 1, стр. 74-80

4. Новокрещенова М.Г. Влияние инсоляции и гипотермии на экспрессию генов антиоксидантных систем в растениях Arabidopsis thaliana расы Dijon и мутанта nfz24 II Материалы XV Межд. Конф. и Диск. Науч. Клуба Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии, Украина, Крым, Ялта-Гурзуф 2007, стр.43

5. Novokreshchenova M.G. Expression of Chlorophyll biosynthesis genes in Arabidopsis thaliana wild type {Dijon) and the nfz24 mutant plants. Biophysics of Photosynthesis // Intracellular signaling and gene regulation in plants, Minsk, Belarus, 2007, p. 38

6. Ezhova T.A., Soldatova O.P., Apchelimov A.A., Novokreshchenova M.G., Grim В., Shestakov S.V. Identification and analysis of A.thaliana genes involved in control of resistance to herbicides inhibiting biophysics of photosynthesis // Intracellular signaling and gene regulation in plants, Minsk, Belarus, 2007, p.35

7. Новокрещенова М.Г. Анализ генов-претендентов на роль гена NFZ24 с

116 помощью компьютерных баз данных // Тезисы докладов XV Межд. Конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2008», стр. 73-74

8. Новокрещенова М.Г., Солдатова О.П., Волкова JI.A., Бургутин А.Б., Ежова Т.А., Роль гена NFZ24 Arabidopsis thaliana в контроле ответа на холодовой стресс // Экологическая генетика 2008, Т VI, N 1, стр. 20-26

9. Novokreshchenova M.G. The Arabidopsis nfz24 Mutant Responses to Cold Treatment // Genetics - Understanding Living Systems, Berlin, Germany, 2008. Abstract Book, p. 187.

Заключение.

В данной работе проведен анализ чувствительности мутанта nfz24 к гипотермии на самых ранних этапах морфогенеза (прорастание семени) и исследована чувствительность мутанта к еще одному типу стресса — высокой интенсивности света. Молекулярно-генетический анализ ответа на эти стрессовые факторы подтвердил полученные ранее данные об активации у мутанта систем антиоксидантного ответа, которые обеспечивают повышенную устойчивость к яркому свету и кратковременному действию индукторов окислительного стресса.

Обнаруженный в данной работе феномен повышенной устойчивости к яркому свету у мутанта со сниженным до 30% содержанием каротиноидов является неожиданным, поскольку именно каротиноиды защищают хлоропласты от фотоокисления, забирая энергию с молекулы хлорофилла и выделяя тепло в окружающую среду. По-видимому, повышение активности антиоксидантных систем у мутанта является компенсацией снижения активности каротиноидной системы защиты, достаточной для защиты хлоропластов от фотоокисления.

В то же время активная работа антиоксидантных систем не способна компенсировать дефицит каротиноидов после воздействия на растения низких положительных температур. Очевидно, это связано с тем, что окислительный стресс не является главной причиной повреждения и гибели клеток при гипотермии. Из каротиноидов образуется стрессовый гормон - абсцизовая кислота, играющая ключевую роль в защите от гипотермии, заморозков и дегидратации (важнейшем компоненте низкотемпературных стрессов).

У мутантов со сниженным содержанием каротиноидов наблюдается пониженное содержание АБК. Хотя мы не проводили анализ содержания АБК в растениях, целый ряд экспериментальных данных свидетельствует о том, что наш мутант не является исключением из правила. Наиболее важными экспериментальными свидетельствами являются результаты анализа экспрессии гена АВА1, контролирующего синтез АБК, а также гена RAB18, экспрессия которого находится в филигранной зависимости от эндогенного и экзогенного уровня этого гормона (Lang et al., 1993, Parcy et al., 1997). Нарушение работы этих генов, которые участвуют в АБК-зависимом ответе на воздействие холода, позволяет сделать вывод о том, что каротиноиды и связанный с их содержанием полноценный АБК-зависимый холодовой ответ являются важнейшими молекулярно-генетическими механизмами защиты от гипотермии, действие которых другие пути (не связанные с АБК) восполнить не могут. Необходимо отметить также, что пониженный у мутанта исходный уровень пролина, который является важным компонентом защиты, от холода и дегидратации, также может быть связан со снижением содержания эндогенной АБК, поскольку гормон участвует в регуляции экспрессии генов биосинтеза этого осмопротектора (Savoure et al., 1997). Повышение в условиях гипотермии уровня пролина у мутанта предполагает включение холодом альтернативных путей метаболизма пролина, не зависящих от АБК (Hare et al., 1999; Verslues, Bray, 2006). Однако повышенный уровень пролина не может компенсировать недостаток каротиноидов и АБК, которые защищают хлоропласты и растения в условиях холодового стресса.

Проведенные исследования показывают многокомпонентность систем ответа на стрессовые факторы и серьезные различия функциональной роли компонентов стрессового ответа при защите растений от абиотических стрессовых воздействий разной природы. Неразрывная связь разных систем стрессового ответа свидетельствует о том, что полученные экспериментаторами изменения активности систем стрессового ответа в мутантных или трансгенных растениях должны сопровождаться комплексными исследованиями перекрестной устойчивости/чувствительности растений к разным стрессовым факторам. Решение о целесообразности использования измененных форм (и генов, вызывающих эти изменения) в практике должно приниматься в зависимости от конкретных условий произрастания и способов возделывания, с учетом удельного веса влияния разных факторов на конечную урожайность.

Изучение мутанта nfz24 позволило выявить новый ген, который играет важную роль в контроле устойчивости/чувствительности растений A.thaliana к абиотическим стрессовым факторам - холоду, яркому свету, гербицидам. Высокая чувствительность к холоду была продемонстрирована ранее для пигментных мутантов ячменя с фенотипом albina (alb-e16 и alb-f7) и xantha {xan-s46 и xan-b12), которые обладают низким (до 6% хлорофилла у мутанта хап-Ь12) или следовым уровнем содержания пигментов и аномальной структурой хлоропластов (Svensson et al., 2006). В отличие от мутантов ячменя, мутант nfz24 A. thaliana характеризуется нормальной жизнеспособностью и функционально способными (хотя и с изменениями структуры) хлоропластами. У мутанта не обнаружено нарушения транскрипции ключевых генов биосинтеза хлорофилла: СНЫ, CHLD, CHLH и CHL27. Некоторое изменение уровня транскрипции гена CHL27 у мутанта (понижение исходного уровня и повышение при воздействии НФ), по видимому, может быть не причиной, а следствием изменений в структуре хлоропластов, что согласуется с литературными данными (Bang et al., 2008). Очевидно, что мутанты подобные nfz24 являются более информативными для изучения роли разных компонентов клетки (например, каротиноидов) в функционировании систем защиты от холода.

По результатам проведенных исследований снижение содержания каротиноидов у мутанта не связано с нарушением их биосинтеза, о чем свидетельствует отсутствие качественных изменений спектра каротиноидов. Возможно, у мутанта снижен пул предшественников каротиноидов (например, нарушена работа генов, участвующих в синтезе ГГПФ) или затруднен процесс связывания каротиноидов с мембранами хлоропластов. Исследования не показали наличия мутаций в кодирующей части гена ГГПФ-синтазы GGPS2, который локализован в районе гена NFZ24, однако это не исключает наличие нарушений в его регуляции. Эти нарушения могут затрагивать регуляторные области гена (цис-элементы), которые в данной работе не исследовались, либо вышестоящие гены, регулирующие работу гена GGPS2 (о регуляторах экспрессии генов GGPS пока ничего не известно).

Молекулярно-генетическое картирование гена NFZ24 с использованием CAPS-маркеров позволило сузить район поиска гена и локализовать его в пределах ВАС-клонов F27L4 и Т29Е15. Полученные результаты позволяют определить точное положение гена NFZ24 на физической карте, но недостаточны для его позиционного клонирования. Тем не менее, эти результаты дали возможность найти несколько кандидатных генов.

Для двух кандидатных генов с неизвестной пока функцией выявлено нарушение экспрессии в растениях мутанта. Поскольку уровень их экспрессии в растениях мутанта снижен, можно предполагать, что эти гены являются мишенью гена NFZ24 (прямой или опосредованной другими генетическими компонентами). По результатам проведенных исследований генетическую схему ответа растений A.thaliana на холодовой стресс можно дополнить новыми компонентами - геном NFZ24 и двумя новыми генами с неисследованной функцией (рис. 45).

At2g24040 пролин каротиноиды

ABA J холодовой стресс. окислительный стресс антиоксидантные системы: PrxQ, CSD2

Рисунок 45. Гипотетическая схема развития ответа растений A.thaliana на холодовой стресс с учетом генов NFZ24, At2g24040 и At2g23670.

В ходе выполненной работы были получены сведения о нуклеотидных последовательностях нескольких участков ДНК расы Dijon-M, которые были отправлены в GenBank. Информация о CAPS маркерах MSUCAPS-COP и MSUCAPS-GGPS2, выявляющих полиморфизм между расами Dijon-M и Colambia-M, отправлена в базу данных TAIR.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Новокрещенова, Мария Габриэловна, 2008 год

1. Волкова Л. А., Бургутин А.Б., Солдатова О .П., Ежова Т.А., Лапшин П.В. Влияние параквата и гипотермии на устойчивые к норфлуразону мутанты Arabidopsis thaliana и полученные из них клеточные культуры // Физиология растений. 2005, 52 (3): 421-429.

2. Гольдфельд М.Г., Карапетян Н.В. Физико-химические основы действия гербицидов // Итоги науки и техники. Сер. биол. химия. М.: ВИНИТИ, 1989. Т. 30. 162.

3. Гриф В.Г. О возможности синтеза нуклеиновых кислот и белка при низких температурах // Цитология, 1966 Т.8, N5. С 659-661.

4. Ежова Т.А., Солдатова О.П., Маманова Л.Б., Мусин С.М., Гримм В., Шестаков С.В. Коллекция мутантов Arabidopsis thaliana с измененной чувствительностью к индукторам окислительного стресса // Известия РАН. 2001.№ 56: 533-543.

5. Ежова Т.А., Лебедева О.В., Огаркова О.А. и др. Arabidopsis thaliana — модельный объект генетики растений //М.: МАКС Пресс, 2003. 219 с.

6. Ежова Т.А., Ондар У.Н., Солдатова О.П., Маманова Л.Б. Генетическое и физиологическое изучение карликовых мутантов Arabidopsis thaliana (L) Heynh // Онтогенез. 1997a. T.28. № 5. С. 344-351.

7. Касперска-Палач А. Механизм закаливания травяных растений // Холодостойкость растений. М.: Колос, 1983 с 112-123.

8. Кузнецов В.В., Шевякова Н.И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиология растений. 1999. Т.46. С. 321-336.

9. Куценко С.А. Основы токсикологии // Санкт-Петербург, 2002.

10. Соросовский образовательный журнал, 1989 N9 стр. 20-26

11. Миронов А.А., Комиссарчик Я.Ю., Миронов В.А. Методы электронной микрскопии в биологии и медицине // С-Петербург «Наука» 1994, с.399.

12. Новокрещенова М.Г., Солдатова О.П., Ежова Т.А. Молекулярно-генетическое картирование и функциональный анализ гена NFZ24, контролирующего устойчивость растений Arabidopsis thaliana к стрессовым факторам // Бюллетень МОИП 2007, т.112, вып №1, с. 74 -80.

13. Пенин А.А. Анализ генетического контроля и моделирование развития структуры соцветия у Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. // Автореф. дисс. канд. биол. наук. М.: МАКС-Пресс, 2003. 24 с.

14. Пенин А. А., Будаев Р. А., Ежова Т. А. Взаимодействие гена BRACTEA с генами TERMINAL FLOWER1, LEAFY и APETALA1 при формировании соцветия и цветка у Arabidopsis thaliana II Генетика 2006, Т 43, № 3, с. 370376.

15. Родченко О.П. Адаптация корня к действию низких температур как показатель экологической устойчивости сорта // Условия среды и продуктивность растений. Иркутск 1985, с. 19-27.

16. Саляев Р.К., Кефели В.И. От редакторов // Пост и устойчивость растений. Новосибирск: Наука 1988, с. 144-154

17. Солдатова О.П., Ежова Т.А., Ондар У.Н., Гостимский С.А., Конрад У., Арцаенко О. Мутанты Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., толерантные к ингибитору биосинтеза каротиноидов норфлуразону // Генетика 1996, Т. 32. №7. с. 956-961.

18. Стржалка К., Костецка-Гугала А., Латовски Д. Каротиноиды растений и стрессовые воздействия окружающей среды: роль модуляции физических свойств мембран каротиноидами // Физиология растений 2003. Т. 50. №2, с.188-193.

19. Титов А.Ф., Акимова Т.В., Крупнова И.В. Формирование устойчивости в начальный период закаливания растений при действии ингибиторов белкового синтеза и цитокинина // Физиол. и биохим. культ, раст. 1992, Т 24, N 4, с. 367-372.

20. Юрина Н.П., Одинцова М.С. Сигнальные системы растений. Пластидные сигналы и их роль в экспрессии ядерных генов // Физиология растений 2007, Т 54, № 4, с. 485-498.

21. Янушкевич С.И. Использование арабидопсис в практических занятиях по общей генетике // М.: Издательство МГУ, 1985. с. 62.

22. Adams W.W., Demmig-Adams В., Rosintiel T.N., Brightwell А.К., Ebbert V. Photosinthesis and photoprotection in owerwintering plants // Planta Biology 2002, V. 4, pp. 545-557.

23. Allen G.J., Kuchitsu K., Chu S.P., Murata Y., Schroeder J.I. Arabidopsis abil-1 and abi2-l phosphatase mutations reduce abscisic acid-induced cytoplasmic calcium rises in guard cells // Plant Cell 1999 V. 11 (9) pp. 1785-98

24. Alscher R.G., Hess J.L. Antioxidants in Higher Plants // CRC Press 1993, Boca Raton, FL

25. Alscher R.G., Donahue J.L., Cramer C.L. Reactive oxygen species and antioxidants: relationships in green cells // Physiol Plant 1997, V. 100, pp. 224233.

26. Arango Y., Heise K.P. Localization of alpha-tocopherol synthesis in chromoplast envelope membranes of Capsicum annuum L. fruits // J Exp Bot 1998, V. 49, pp. 1259-1262.

27. Вакег S.S., Wilhelm K.S., Thomashow M.F. The 5'-region of Arabidopsis thaliana corl5a has cis-acting elements that confer cold-, drought- and ABA-regulated gene expression // Plant Mol Biol 1994, V. 24 (5) ,pp. 701-13.

28. Bates L.E., Waldren R.P., Teare J.D. Rapid determination of free proline for water stress studies // Plant and Soil. 1973, V. 39, p. 205-207.

29. Bartley C.E.,Scolnik P.A. Plant carotenoids: pigments for photoprotection, visual attraction, and human health // Plant Cell. 1995. V.7. P. 1027-1038

30. Bart J.B., Feys E.B., Penfold C.N., Turner J.G. Arabidopsis mutant selected for resist to the phutoxin coronative are male sterile, insensitive to metal jasmonate // Plant Cell 1994, V. 6, pp. 751-779.

31. Bartosz G. Oxidative stress in plants //Acta Physologiae Plantarum 1997, V. 19, pp. 47-64.

32. Bernier-Villamor L., Navarro E., Sevilla F., Lazaro J.-J. Cloning and characterization of a 2-Cys peroxiredoxin from Pisum sativum II J. Exp. Bot. 2004, V. 55, pp. 2191-2199.□

33. Bittner F., Oreb M., Mendel R.R. ABA3 is a molybdenum cofactor sulfurase required for activation of aldehyde oxidase and xanthine dehydrogenase in Arabidopsis thaliana IIJ Biol Chem 2001, V. 276 (44), pp. 40381-4.

34. В oyer J.S. Plant productivity and environment // Science 1982, V. 218, pp. 443448.

35. Bowler C., Van Montagu M., Inze' D. Superoxide dismutase and stress tolerance // Annu Rev Plant Physiol Mol Biol 1992, V. 43, pp. 83-116.

36. Bray E.A. Plant responses to water deficit // Trends Plant Sci. 1997, V. 2, pp. 4854.

37. Bunkelmann J.R., Trelease R.N. Ascorbate peroxidase. A prominent membrane protein in oilseed glyoxysomes // Plant Physiol. 1996, V. 110 (2), pp. 589-98.

38. Chamovits D., Pecker I., Sandmann G., Boger P., Hirschberg J. Cloning a gene coding for norplurason resistance in Cyanobacteria II Z. Naturforach. 1990, V. 45, pp.482-486.

39. Chen H.H., Li P.H., Brenner M.L. Involvment of abscisic acid in potato cold acclimation // Plant Physiol. 1983, V. 71, N2, P. 362-365.

40. Chinnusamy, V., Ohta, M., Kanrar, S., Lee, B.H., Hong, X., Agarwal, M., and Zhu, J.-K. (2003). ICE1: A regulator of cold-induced tran- scriptome and freezing tolerance in Arabidopsis. Genes Dev. 17: 1043-1054.

41. Cohen Z., Heimer Y. Delta6 Desaturase Inhibition: A Novel Mode of Action of Norflurazone // Plant Physiol 1990, V. 93 (1), pp. 347-349.

42. Dietz, K.-J. Plant peroxiredoxins. Annu. Rev. Plant Biol. (2003) 54, 93-107.

43. Dietz, K.-J., Jacob, S., Oelze, M.-L., Laxa, M., Tognetti, V., de Miranda, S. M., Baier, M. and Finkemeier, I. The function of peroxiredoxins in plant organelle redox metabolism. J. Exp. Bot. (2006) 57, 1697-1709.

44. Dixon R.A., Paiva N. Stress-inducted phenylpropanoid metabolism // Plant Cell. 1995. V. 7. P. 1085-1097.

45. Edge R., McGarvey D.J., Truscott T.G. The Carotenoids as Antioxidants a Review// Photochem. Photobiol. Ser. Biol. 1997 V. 41, pp. 189-200.

46. Ensminger I., Bucsh F., Huner N.P.A. Photosintasis and cold acclimation: sensing Low temperature through photosintesis // Physiologia Plantarum 2006, V. 126, pp. 28-44.

47. Finkelstein R., Rock C. Abscisic acid biosynthesis and response. In EM Meyerowitz, CR Somerville, eds, Arabidopsis, Ed 2 // Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY 2002, pp. 52.

48. Fowler S., Thomashow M.F. Arabidopsis transcriptome profiling indicates that multiple regulatory pathways are activated during cold acclimation in addition to the CBF cold response pathway // Plant Cell 2002, V. 14, pp. 1675-90.

49. Fraser P.D., Linden H., Sandmann G. Purification and reactivcation of recombinant Synechococcus phytoene desaturase from an overexpressing strain of Echerichia coli II Biochem J. 1993, V.l, № 291 (Pt 3). pp.687-692.

50. Giacomelli L., Rudella A., van Wijk K.J. High light response of the thylakoid proteome in Arabidopsis thaliana wild type and the ascorbate deficient mutant vtc2-2; a comparative proteomics study. Plant Physiology 2006, Vol. 14,1 pp. 685701.

51. Gilmour S.J., Lin C.T., Thomashow M.F. Purification and properties of Arabidopsis thaliana COR (cold-regulated) gene polypeptides COR15AM and COR6.6 expressed in Escherichia coli II Plant Physiology 1996, V 111, N 1, pp. 293-299.

52. Gilmor S.J., Thomashow M.F. Cold acclimation and cold-regulated gene expression in ABA mutants Arabidopsis thaliana II Plant and Mol.Biol. 1991, V. 17, N 1,P 1233-1240.

53. Gilmour SJ. Low temperature regulation of Arabidopsis CBF family of AP2 transcriptional activators as an early step in cold-induced COR gene expression // Plant J. 1998, 16, 433-442.

54. Goksoyr J. Evolution of eukaryotic cells //Nature 1967, V. 214, pp. 1161.

55. Goh C.H., Nam H.G., Park Y.S. Stress memory in plants: a negative regulation of stromatal response and transient induction of rd22 gene to light in abscisic acid-entrained Arabidopsis plants // Plant J. 2003, V. 36, pp. 240-55.

56. Grimm B. Novel insights in the control of tetrapyrrole metabolism of higer plants // Current opinion in Plant Biology 1998, V. 1, pp. 245-250.

57. Grenier G., Tremolieres A., Therrien H.P., Willemot C. Chengements dan les lipides de la luzerne en conditions menant a l'endurcissement au froid. // Can. J. Bot. 1972, V. 25, N4, p 741-756.

58. Grenier G., Willemot C. Lipid changes in roots of frost hardy and less hardy alfalfa varieties under hardening conditions // Cryobiology 1974, V 11, N 4, p 324-331.

59. Hasegawa P.M., Bressan R.A., Zhu J.-K., Bohnert HJ. Plant cellular and molecular responses to high salinity // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2000, V 51, pp. 463-499.

60. Havaux M., Eymery F., Porfirova S., Rey P., Dormann P. Vitamin E Protects against Photoinhibition and Photooxidative Stress in Arabidopsis thaliana II Plant Cell. 2005, V 17(12), pp. 3451-3469.

61. Heino P., Sandman G., Lang V. Abscisic acid deficiency prevents development of freezing tolerance in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. // Theor. and Appl. Genet. 1990, V. 79, pp. 801-806.

62. Hirai N., Yoshida R., Todoroki Y., Ohigashi H. Biosynthesis of abscisic acid by the non-mevalonate pathway in plants, and by the mevalonate pathway in fungi // Biosci Biotechnol Biochem 2000, V. 64 (7), pp. 1448-58.

63. Hofmann В., Hecht H. J., Flohe L. Peroxiredoxins // J. Biol. Chem. 2002 383, 347-364□

64. Huner N.P.A., OOquish G., Hurry V.M., Krol M., Falk S., Griffit M. Photosinthesis, photoinhibition and low temperature acclimation in cold tolerant plants // Photosinthetic Research 1993, V. 37, pp. 19-39.

65. Kasperska-Palacz A., Wcislinska B. Electrophoretic pattern of soluble proteins in the rape leaves in relation to frost hardiness // Physiol, veget., 1972a, V 10, N 1, p 19-25.

66. Kasperska-Palacz A., Wcislinska B. The effect of CCC on the nitrogen compounds content in rape plants and their frost hardiness. Relation to the conditions of day length and temperature // Biol, plant 19726, V 14, N 1, pp. 39 -47.

67. Kasuga M. Improving plant drought, salt, and freezing tolerance by gene transfer of a single stress- inducible transcription factor // Nat. Biotechnol. 1999, V. 17, pp. 287-291.

68. Kliebenstein D.J., Monde R.A., Last R.L. Superoxide dismutase in Arabidopsis: An eclectic enzyme family with disparate regulation and protein localization // Plant Physiol 1998, V 118, pp. 637-650.

69. Knight H., Veale E.L., Warren G.J., Knight M.R. The sfr6 mutation in Arabidopsis suppresses low-temperature induction of genes dependent on the CRT/DRE sequence motif// Plant Cell 1999, V. 11, pp. 875-886.

70. Koornneef M., Stam P. Procedure for mapping by using F2 and F3 population // Arabidopsis Inf. Serv. 1987, V. 25, pp. 35-40.

71. Konig J., Lotte K., Plessow R., Brockhinke A., Baier M., Dietz K.-J. Reaction mechanism of plant 2-Cys peroxiredoxin: role of the C-terminus and the quaternary structure // J. Biol. Chem. 2003, V. 278, pp. 24409-24420.□

72. Kreps J.A., Wu Y., Chang H.S., Zhu Т., Wang X., Harper J.F. Transcriptome changes for Arabidopsis in response to salt, osmotic, and cold stress // Plant Physiol. 2002, V 130, pp. 2129-2141.

73. Kruk J., Strzalka K. Occurrence and function of alpha-tocopherol quinone in plants // J Plant Physiol 1995, V. 145, pp.405-409.

74. Lang V., Palva E.T. The expression of a rab-related gene, rabl8, is induced by abscisic acid during the cold acclimation process of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. // Plant Mol. Biol. 1992, V. 20 (5), pp. 951-62.

75. Lang V., Palva E.T. The expression of a rab-related gene, rab 18, is induced by abscisic acid during the cold acclimation process of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh // Plant Mol. Biol. 1993, V. 21 (3), pp. 581-2.

76. Laxa M., Konig J., Dietz K.J., Kandlbinder A. Role of the cysteine residues in Arabidopsis thaliana cyclophilin CYP20-3 in peptidyl-prolyl cis-trans isomerase and redox-related functions // Biochem J. 2007, V 401(Pt 1), pp. 287-297.

77. Li Z., Hayashimoto A., Murai N. A sulfonylyrea herbicide resistance gene from Arabidopsis thaliana as a new selectable marker for production of fertil transgenic rice plants // Plant Phisiol. 1992, V 100, pp 662-668.

78. Lichtenthaler H., Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophyll a and b of leaf extracts in different solvents // Biochemical Society Transactions 1983, V. 603, pp. 591-592.

79. Marone M., Mozzetti S., De Ritis D., Pierelli L., Scambia G. Semiquantitative RT-PCR analysis to assess the expression levels of multiple transcripts from the same sample // Biological procedures online 2001, V. 3 (1), pp. 19-25.

80. McClung C.R. Regulation of catalases in Arabidopsis II Free Radi .Biol. Med. 1997, V 23, pp. 489-496.

81. Mehdy M.C. Active oxigen species in plant defense against pathogens // Plant Phisiol. 1994, V 105, pp. 467-472.

82. Miller E., Schreier P., Stadies on flavonol degradation by peroxidase (donor H202-oxidoreductase, EC 1.11.1.7) // Food Chem. 1985, V 17, pp 143-154.

83. Mittler R., Vanderauwera S., Gollery M., Van Breusegem F. Reactive oxygen gene network of plants // TRENDS in Plant Science 2004, Vol. 9, No. 10.

84. Muller P., Li X.P., Niyogi K.K. Non-photochemical quenching: a response to excess light energy // Plant Physiol. 2001, V. 125, pp. 1558-66.

85. Ndong C., Danyluk J., Huner N.P.A., Sarhan F. Survey of gene expression in winter rye during changes in growth temperature, irradiance or excitation pressure // Plant Mol. Biol. 2001, V. 45, pp. 691-703.

86. Nordin K., Heino P., Palva E.T. Separate signal pathways regulate the expression of a low-temperature-induced gene in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh // Plant Mol. Biol. 1991, V. 16 (6), pp. 1061-71.

87. Ostergaard L., Pedersen A.G., Jesperen H.M., Brunak S., Welinder K.G. Computation analyses and annotation of the Arabidopsis peroxidase gene family // FEBS Lett. 1998, V 14, N 433(1-2), pp 98-102.

88. Parcy F., Giraudat J. Interactions between the ABII and the ectopically expressed ABI3 genes in controlling abscisic acid responses in Arabidopsis vegetative tissues // Plant J 1997, V. 11 (4), pp. 693-702.

89. Pecker I., Chamovitz D., Mann V. Molecular characterization of carotinoid biosinthesis in plants the phytoene desaturase gene in tomato // Res. in photosynthesis 1992, V 3, p 11-18.

90. Rapacz M. The after-effects of temperature and irradiance during early growth of winter oilseed rape (Brassica napus L.) seedlings on the progress of their cold acclimation //Acta Physiologiae Plantarum 1998, V. 20, pp. 73-78.

91. Rey P., Cuine S., Eymery F, Garin J., Court M., Jacquot J.P., Rouhier N., Broin M. Analysis of the proteins targeted by CDSP32, a plastidic thioredoxin participating in oxidative stress responses // Plant J 2005, V. 41 (1), pp. 31-42.

92. Reyes-Diaz M., Ulloa N., Zuniga-Feest A., Gutierrez A., Gidekel M., Alberdi M., Corcuera L.J., Bravo L.A. Arabidopsis thaliana avoids freezing by supercooling // J. Exp. Bot. 2006, V. 57 (14), pp. 3687-96.

93. Rook F., Corke F., Card R., Munz G., Smith C., Bevan M.W. Impaired sucrose-induction mutants reveal the modulation of sugar-induced starch biosynthetic gene expression by abscisic acid signaling // Plant J 2001, V. 26, pp 421^433.

94. Rorat Т., Irzykowski W., Grygorowicz W.J. Identification and expression of novel cold induced genes in potato {Solanum sogarandinum) II Plant Sience 1997, V 124, N 1, pp. 69-78.

95. Savoure, Hua A., Bertauche X.J., van Montagu N., Verbruggen N. Abscisic acid-independent and abscisic aciddependent regulation of proline biosynthesis following cold and osmotic stresses. // Mol Gen Genet 1997, V. 254, pp. 104-109.

96. Scandalios J.G., Response of plant antioxidant defense genes to environmental stress //Adv. Genet.1990, V28, p 1-41.

97. Scheier P., Miller E. Studies on flavonol degradation by peroxidase (donor: H202-oxidoreductase, EC 1.11.1.7)//Food Chem. 1985, V 18, pp. 301-317.

98. Schwartz S.H., Leon-Kloosterziel K.M., Koornneef M., Zeevaart J.A.D. Biochemical characterization of the aba2 and aba3 mutants in Arabidopsis thaliana//Plant Physiol 1997, V. 114, pp. 161-166.

99. Shinozaki K., Yamaguchi-Shinozaki K. Gene Expression and Signal Transduction in Water-Stress Response // Plant Physiol. 1997, V. 115, 327-334.

100. Shirley B.W. Flavonoid biosynthesis: "new1 functions for an 'old' pathway // Trends Plant Sci. 1996, V. l,pp.377-82.

101. Smolenska G., Kuiper P.J. Effect of low temperature upon lipid and fatty acid composition of roots and leaves of winterrape plants // Phisiol. Plant. 1977, V. 41, N l,pp. 29-35.

102. Soil J., Kemmerling M., Schultz G. Tocopherol and plastoquinone synthesis in spinach chloroplasts subtractions //Arch Biochem Biophys 1980, V. 204, pp. 544550.

103. Soil J., Schultz G., Joyard J., Douce R., Block M.A. Localisation and synthesis of prenylquinones in isolated outer and inner envelope membranes from spinach chloroplasts //Arch Biochem Biophys 1985, V. 238, pp.290-9.

104. Tanaka K. Gene structures and expression control of active oxygen scavenging ensymes in rice // In: Stress responses of photosynthetic organisms. Eds.: Satoh K., Murata N., Elsevire science, Amsterdam, 1998, pp 53-68.

105. Thomashow M.F. Arabidopsis tbaliana as a model for studying mechanisms of plant cold tolerance // Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press 1994, pp. 807-834.

106. Thomashow M.F. Annu Rev Plant Physiol // Plant Mol Biol 1999, V. 50, pp. 571-599.

107. Verslues P.E., Bray E.A. Role of abscisic acid (ABA) and Arabidopsis thaliana ABA-insensitive loci in low water potential-induced ABA and proline accumulation // J. Exp. Bot. 2005, V. 57 (1), pp. 201-12.

108. Willekens H., Langebartels С., Tire С., Van Montagu M., Inze D., Van Camp W. Diffrential expression of catalase genes in Nicotiana plurnbaginifolia (L) // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994, V. 91, pp. 10450-10454.

109. Willemot C. Stimulation of phospholipid biosinthesis during frost hardening of winter wheat // Plant Phisiol. 1975, V 55, N 2, pp. 356-359.

110. Welinder K., Gajhede. Structure and evolution of peroxidase // In: Plant peroxidase: biochemistry and physiology, 3 intern, symp. 1993, pp. 227-228.

111. Xin Z., Browse J. Eskimo 1 mutants of Arabidopsis are constitutively freezing-tolerant // Proc Natl Acad Sci USA 1998, V. 95 (13), pp. 7799-804.

112. Zhanguo Xin, Ajin Mandaokar, Junping Chen, Robert L Last, John Browse Arabidopsis ESK1 encodes a novel regulator of freezing tolerance // Plant J 2007, V. 49 (5), pp. 786-99.

113. Xiong L., Zhu J.K. Regulation of abscisic acid biosynthesis // Plant Physiol 2003, V. 133 (1), pp. 29-36.

114. Xiong L., Lee H., Ishitani M., Zhu J.K. Regulation of osmotic stress-responsive gene expression by the LOS6/ABA1 locus in Arabidopsis // J Biol Chem. 2002, V. 277, pp. 8588-8596 .

115. Yamasaki H., Sakihama Y., Ikehara N. Flavonoid-Peroxidase Reaction as a Detoxification Mechanism of Plant Cells against H202 // Plant Physiol 1997, V. 115 (4), pp. 1405-1412.

116. Yogesh K., Sharma T. Ozon-induced expression of stress-related genes in Arabidopsis thaliana II Plant Physiol. 1994, V. 39, pp. 439-531.

117. Zhang, H. The ethylene-, jasmonate-, absci- sic acid- and NaCl-responsive tomato transcription factor JERF1 modulates expression of GCC box-containing genes and salt tolerance in tobacco I I Planta 2004, V 220, pp. 262- 270.1. БЛАГОДАРНОСТИ.

118. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю Т.А.Ежовой за неоценимую помощь и внимательное отношение на всех этапах выполнения работы.

119. Глубокую признательность заведующему кафедрой генетики МГУ академику РАН С.В. Шестакову за поддержку на всех этапах выполнения работы, В.М.Глазеру за помощь в работе над рукописью, а также всему коллективу кафедры генетики МГУ.

120. Искреннюю благодарность О.П.Солдатовой и другим сотрудникам лаборатории, от каждого из которых в любой момент можно было получить теоретическую и практическую помощь.

121. Профессору Б. Гримму (Humboldt University, Germany), а так же Л.А.Волковой и А.Б.Бургутину (ИФР) за помощь в выполнении биохимических и физиологических исследований.

122. Моей подруге, Куприяновой Евгении, за моральную поддержку и помощь на всех этапах выполнения работы. Моей маме и дочке Катеринке за предоставленную возможность учиться.