Роль аквапоринов в регуляции осмотической водной проницаемости мембран растительных клеток тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.12, кандидат биологических наук Божко, Кира Николаевна

• Божко, Кира Николаевна
• кандидат биологических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Божко, Кира Николаевна

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Цель работы.

Задачи.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Структура аквапоринов, механизм функционирования и разнообразие.

Открытие аквапоринов.

Структура аквапоринов.

Механизм функционирования.

Олигомеризация.

Генетическое разнообразие изоформ аквапоринов, классификация.

Локализация аквапоринов в растении.

1.2 Функциональная активность аквапоринов.

Особенности трансмембранного транспорта воды.

Оценка функциональной активности аквапоринов.

Осмотическая водная проницаемость плазмалеммы.

Осмотическая водная проницаемость тонопласта.

1.3 Регуляция функциональной активности аквапоринов растений.

Транскрипционная регуляция.

Посттрансляционная регуляция.

1.4 Роль аквапоринов в ответе растения на водный стресс.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

Глава 3. Результаты и обсуждение.

3.1. Осмотическая водная проницаемость мембран, изолированных из этиолированных проростков кукурузы.

3.2. Ингибирование водной проницаемости мембран соединениями ртути.

3.3. Содержание аквапоринов в плазматических мембранах с различной водной проницаемостью.

3.4. Функциональная роль аквапоринов в регуляции осмотической водной проницаемости клеточных мембран МеьетЪгуаЫЪетит сгу$1аШпит при переходе с Сз-типа фотосинтеза на САМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль аквапоринов в регуляции осмотической водной проницаемости мембран растительных клеток»

Выяснение факторов, контролирующих перенос воды через клеточные мембраны растений, представляет собой важное направление исследований в рамках общей проблемы, касающейся механизмов транспорта воды в клетках и тканях высших растений и их водного обмена в целом. Хотя в физиологии растений это направление исследований давно стало классическим, оно в сильной степени было стимулировано в последние годы после обнаружения в мембранах животных и растительных клеток аквапоринов - интегральных белков, облегчающих пассивный трансмембранный перенос молекул воды. Водная проницаемость мембран может изменяться либо в результате изменения активности таких белков, то есть вероятности нахождения их водной поры в открытом состоянии, либо за счет вариации количества аквапоринов на единицу площади мембраны. Имеющиеся в настоящее время данные показывают, что исследования, связанные с идентификацией, выяснением особенностей функционирования и способов регуляции активности аквапоринов, весьма актуальны для понимания механизмов, определяющих динамику транспорта воды в растениях в нормальных и стрессовых условиях их окружения. Вместе с тем, несмотря на интенсивно ведущиеся в настоящее время работы по идентификации аквапоринов в растениях, мало известно о функциональной активности этих белков в их нативном окружении в растительных мембранах. Основные доказательства в пользу постулируемой функции аквапоринов как водных каналов получены с использованием модельной системы, представленной ооцитами Xenopus, обладающими низкой водной проницаемостью их плазматической мембраны, способными к экспрессии растительных аквапоринов и обнаруживающими в этом случае гораздо более высокие скорости осмотического набухания. Однако, несмотря на широкое применение этого подхода, его использование далеко не всегда позволяет выявить функциональную активность этих белков, причем в особенности это касается аквапоринов плазматических мембран растений. В то же время, имеющиеся в литературе данные показывают, что функциональная идентификация растительных аквапоринов в их нативном окружении в растительных мембранах сильно осложняется явной ограниченностью традиционных методических подходов для изучения их водной проницаемости in vivo, необходимостью использования в этой связи изолированных мембранных везикул и методов быстрой кинетики для регистрации осмотических изменений их объема, а также тем фактом, что далекими от ясности остаются механизмы эндогенной регуляции функциональной активности таких белков.

Цель работы

Исследовать участие аквапоринов в регуляции осмотической водной проницаемости клеточных мембран растений.

Задачи

1. Получить препараты микросомальных, плазматических и вакуолярных мембран из растений с различной эффективностью использования воды.

2. Оценить величину осмотической водной проницаемости этих мембран.

3. Определить содержание аквапоринов Р1Р-типа в мембранных препаратах с различной водной проницаемостью.

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Божко, Кира Николаевна

Выводы

1. Осмотическая водная проницаемость плазматических мембран, изолированных из разных тканей этиолированных проростков кукурузы увеличивается в ряду: корень < мезокотиль < колеоптиль.

2. В той же последовательности возрастает интенсивность взаимодействия антител к консервативной последовательности аквапоринов Р1Р-типа с мембранным белком с молекулярной массой, характерной для аквапоринов. Сопоставление скорости осмотического сжатия везикул с результатами иммуноанализа выявляет положительную корреляцию между водной проницаемостью мембран и их обогащенностью аквапоринами.

3. Ртутьсодержащие соединения обратимо и с различной степенью эффективности снижают осмотическую водную проницаемость мембран. Степень подавления трансмембранного переноса воды ингибиторами этого типа может служить показателем вклада аквапорин-опосредованной компоненты в общий поток воды через мембраны.

4. У растений Ме$етЪгуап1Ъетит сгу$1аШпит, способных в процессе своего жизненного цикла переходить на водосберегающую стратегию фотосинтеза (САМ), такой переход сопряжен с уменьшением осмотической водной проницаемости клеточных мембран.

5. Такой характер изменений не зависит от фактора, индуцирующего переход на САМ - стадии онтогенетического развития или солевого стресса. Предполагается, что снижение водной проницаемости мембран имеет адаптивное значение, состоящее в необходимости минимизации общих потерь воды растением.

6. В плазматических мембранах, изолированных из корней и листьев МезетЪгуаЫкетит сгу$1аШпит, выявлен ряд изоформ аквапоринов Р1Р-типа: М1Р А, М1Р В и М1Р С. Обнаружена заметная гетерогенность содержания этих изоформ в зависимости от органа, из которого изолированы мембраны.

7. С переходом на САМ в плазмалемме листьев, но не корней, снижается содержание всех трех изоформ аквапоринов. При этом снижение обогащенности мембран изоформой М1Р С минимально. Осмотическая водная проницаемость мембран из растений, полностью перешедших на САМ, снижается как в корнях, так и в листьях. Согласно этим фактам, регулирование активности одних и тех же изоформ аквапоринов в различных органах и тканях осуществляется разными путями.

Заключение

Проведенное исследование включало три основных этапа: 1) на основе определения коэффициента осмотической водной проницаемости мембран и его сопоставления со значением, характерным для липидного бислоя (меньше 1 мкм/с) получить доказательства активности аквапоринов в исследуемых мембранах; 2) с применением иммунологических методов непосредственно идентифицировать присутствие этих белков в исследуемых мембранах; 3) экспериментально подтвердить, что изменение водного статуса влечет за собой изменение водной проводимости мембран и, в конечном счете, уменьшение или увеличение вклада трансмембранного пути транспорта воды в растениях. Экспериментальный подход, используемый для функциональной идентификации аквапоринов, основан на определении коэффициента осмотической водной проницаемости мембран, величина которого зависит как от активности аквапоринов, так и от обогащенности мембран этими белками.

Расчет коэффициентов осмотической водной проницаемости мембран, сделанный на основе данных оценки констант скоростей процесса сжатия показал, что водная проницаемость внутриклеточных мембран из корней кукурузы примерно в 20 раз превышает соответствующую величину для плазмалеммы. В противоположность этому плазмалемма и внутриклеточные мембраны из листьев М. сгуьгаЩгшт мало различались по величине осмотической водной проницаемости. Как на том, так и на другом объекте коэффициенты осмотической водной проницаемости мембран на 1-2 порядка превышали значения, характерные для липидного бислоя.

Для выяснения причин, лежащих в основе различий в проницаемости плазмалеммы и внутриклеточных мембран, были предприняты исследования по определению содержания аквапоринов в плазмалемме. С этой целью использовался метод вестерн-блот анализа. Антитела были получены против пептида, в котором состав аминокислот и их последовательность соответствовали консервативной области в аквапоринах, принадлежащих Р1Р-семейству растений. Показана высокая специфичность антител по отношению к плазмалемме и полное отсутствие какого-либо их взаимодействия с белками тонопласта. Интенсивность окрашивания при иммунологической идентификации аквапоринов свидетельствует о достаточно высокой степени обогащенности ими плазмалеммы. Это предполагает, что низкая величина осмотической водной проницаемости плазмалеммы обусловлена не отсутствием аквапоринов в мембране, а их слабой функциональной активностью.

В качестве экспериментального подхода для решения задач третьего этапа проводилось сравнение водной проводимости клеточных мембран Сз- и САМ-растений, а также вестерн-блот анализ содержания в них трех изоформ аквапоринов М. сгузШШпит. Установлено, что содержание изоформ М1Р А, М1Р В и М1Р С в клеточных мембранах, изолированных из тканей этого растения, существенно снижается в листьях при переходе на САМ, но остается практически неизменным в корнях. Вместе с тем, осмотическая водная проницаемость тех же мембран из корней и листьев М. сгу$1аШпит снижалась в 2-3 раза в САМ-растениях по сравнению с соответствующей величиной этого параметра в Сз-растениях. Это было свойственно растениям, перешедшим на САМ как в результате естественного старения, так и в ответ на солевой стресс. Совокупность изложенных данных свидетельствует о том, что регуляция активности аквапоринов в разных органах и тканях растения осуществляется разными путями. В одном месте она реализуется через изменение уровня экспрессии генов аквапоринов. Это позволяет изменить их содержание в мембране. В другом - за счет механизмов посттрансляционной модификации. Результатом действия таких механизмов будет смещение равновесия между пулами молекул с открытой (активной) и закрытой (неактивной) формами молекул. Принцип зависимости способа регулирования от тканевой и органной принадлежности клетки может действовать по отношению ко всем изоформам аквапоринов, по-крайней мере, отличных от исследованных нами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Божко, Кира Николаевна, 2005 год

1. Adams P., Nelson D.E., Yamada S., Chmara W., Jensen R.G., Bohnert H.J. and Griffits H. (1998) Growth and development of Mesembryanthemum crystallinum (Aizocacea). New Phytol. V. 138. P. 171-190.

2. Agre P., Bonhivers M. and Borgina M.J. (1998) The aquaporins, blueprints for cellular plumbing systems. J. Biol. Chem. V. 273. P. 14659-14662.

3. Agre P., Sasaki S. and Chrispeels M.J. (1993) Aquaporins: a family of water channel proteins. Am. J. Physiol. V. 265. P. F461.

4. Amodeo G., Dorr R., Vallejo A., Stuka M. and Parisi M. (1999) Radial and axial water transport in the sugar beet storage root. J. Exp. Bot. V50. P. 509-516.

5. Amodeo G., Stuka M., Dorr R. and Parisi M. (2002) Protoplasmic pH modifites water and solute transfer in Beta vulgaris root vacuoles. J. Membr. Biol. V. 187. P. 175-184.

6. Azad A.K., Sawa Y., Ishikawa T. and Shibata H. (2004) Phosphorylation of plasma membrane aquaporin regulates temperature-dependent opening of tulip petals. Plant Cell Physiol. V. 45. P. 608-617.

7. Azaizeh H. and Steudle E. (1991) Effects of salinity on water transport of excised maize (Zea mays L.) roots. Plant Physiol. V. 97. P. 1136-1145.

8. Azaizeh H., Gunse B. and Steudle E. (1992) Effects of NaCl and CaCh on water transport across root cells of maize (Zea mays L.) seedlings. Plant Physiol. V.99. P. 886-894.

9. Barkla B.J., Vera-Estrella R., Pantoja O., Kirch H.H. and Bohnert H.J. (1999) Aquaporin localization How valid are the TIP and PIP labeles? Trends Plant Sci. V. 4. P. 86-88.

10. Barrieu F., Chaumont F. and Chrispeels M.J. (1998) High expression of the tonoplast aquaporin z/nTIPl in epidermal and conducting tissues of maize. Plant Physiol., V.l 17. P. 1153-1163.

11. Barrieu F., Marty-Mazars D., Thomas D., Chaumont F. Charbonnier M. and Marty F. (1999) Desiccation and osmotic stress increase the abundance of mRNA of the tonoplast aquaporin BobTIP26-l in cauliflower cecils. Planta. V. 209. P. 77-86.

12. Biela A., Grote K., Otto B., Hoth S., Hedrich R. and Kaldenhoff R. (1999) The Nicotiana tabacum plasma membrane aquaporin MAQP1 is mercury-insensitive and permeable for glycerol. Plant J. V. 18. P. 565-570.

13. Birner T.P. and Steudle E. (1993) Effects of anaerobic conditions on water and solute relations, and on active transport in roots of maize (Zea mays L.). Planta. V. 190. P. 474-483.

14. Blumwald E. (2000) Sodium transport and salt tolerance in plants. Curr. Opin. Cell Biol. V. 12. P. 431-434.

15. Bohnert H.J., Nelson D.E. and Jensen R.G. (1995) Adaptation to environment stress. Plant Cell. V. 7. P. 1099-1111.

16. Borgina M.J. and Agre P. (2001) Reconstitution and functional comparison of purified GlpF and AqpZ, the glycerol and water channels from Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 98. P. 2888-2893.

17. Bradford M.M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilizing the principles of protein-dye binding. Anal. Biochem. V. 72. P. 248-254.

18. Braun T., Philippsen A., Wirtz S., Borgina M.J., Agre P., Kuhlbrandt W., Engel A. and Stahlberg H. (2000) The 3.7 A projection map of the glycerol facilitator GlpF: a variant of the aquaporin tetramer. ENBO Rep. V. 1. P. 183-189.

19. Bray E.A. (1993) Molecular responses to water deficit. Plant Physiol. V. 103. P. 1035- 1040.

20. Brinckmann E., Tyerman S.D., Steudle E. and Schulze E.D. (1984) The effect of different growing conditions on water relations parameters of leaf epidermis cells of Tradescantia virginiana L. Oecologia. V. 62. P. 110-117.

21. Briskin D.P. Leonard R.T. and Hodges T.K. (1987) Isolation of the plasma membrane: membrane markers and general principles. Methods Enzymol. V. 148. P. 542-558.

22. Cantrill L.C., Overall R.L. and Goodwin P.B. (1999) Cell-to-cell communication via plant endomembranes. Cell Biol. Int. V. 23. P. 653-661.

23. Carter S.G. and Karl D.W. (1982) Inorganic phosphate assay with malachite green: an improvement and evaluation. J. Biochem. Biophys. Meth. V. 7. P. 7-13.

24. Carvajal M., Cooke D.T. and Clarkson D.T. (1996) Response of wheat plants to nutrient deprivation may involve the regulation of water-channel function. Planta. V. 199. P. 372-381.

25. Carvajal M., Martinez V. and Alcaraz C.F. (1999) Physiological function of water channels is affected by salinity in roots of paprika pepper. Physiol. Plant. V. 105. P. 95-101.

26. Carvajal M., Cerda A. and Martinez V. (2000) Does calcium ameliorate the negative effect of NaCl on melon root water transport by regulating aquaporin activity? New Phytol. V. 145. P. 439-447.

27. Chaumont F., Loomis W.F. and Chrispeels M.J. (1997) Expression of an Arabidopsis plasma membrane aquaporin in Dictyostelium results in hypoosmotic sensitivity and developmental abnormalities. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. V. 94. P. 6202-6209.

28. Chaumont F., Barrieu F., Herman E.M. and Chrispeels M.J. (1998) Characterization of a maize tonoplast aquaporin expressed in zones of cell division and elongation. Plant Physiol. V. 117. P.1143-1152.

29. Chaumont F., Barrieu F., Jung R. and Chrispeels M.J. (2000) Plasma membrane intrinsic proteins from maize cluster in two sequence subgroups with differential aquaporin activity. Plant Physiol. V. 122. P. 1025-1034.

30. Chaumont F., Barrieu F., Wojcik E., Chrispeels M.J. and Jung R. (2001) Aquaporins constitute a large and highly divergent protein family in maize. Plant Physiol. V. 125. P. 1206-1215.

31. Cheeseman J.M. (1988) Mechanisms of salinity tolerance in plants. Plant Physiol. V. 87. P. 547-550.

32. Cheng A., van Hoek A.N., Yager M., Verkman A.S. and Mitra A.K. (1997) Three -dimentional organization of a human water channel. Nature. V. 387. P. 627-630.

33. Chrispeels M.J., Crawford N.M. and Schroeder J.I. (1999) Proteins for transport of water and mineral nutrients across the membranes of plant cells. Plant Cell. V. 11. P. 661-675.

34. Clarkson D.T., Carvajal M., Henzler T., Waterhouse R.N., Smyth A.J., Cooke D.T. and Steudle E. (2000) Root hydraulic conductance: diurnal aquaporin expression and the effects of nutrient stress. J. Exp. Bot. V. 51. P. 61-70.

35. Cosgrove D.J. and Steudle E. (1981) Water relations of growing pea epicotyl segments. Planta. V. 153. P. 343-350.

36. Daniels M.J., Mirkov T.E. and Chrispeels M.J. (1994) The plasma membrane of Arabidopsis thaliana contains a mercury-insensitive aquaporin that is homolog of the tonoplast water channel protein TIP. Plant Physiol. V. 106. P. 1325-1333.

37. Daniels M.J., Chrispeels M.J. and Yeager M. (1999) Projection structure of a plant vacuole membrane aquaporin by electron cryo-crystallography. J. Mol. Biol. V. 294. P. 1337-1349.

38. Dean R.M., Rivers R.L., Zeidel M.L. and Roberts D.M. (1999) Purificatin and functional reconstitution of soybean nodulin 26. An aquaporin with water and glycerol transport properties. Biochemistry. V. 38. P. 347-353.

39. Denker B.M., Smith B.L., Kuhajada F.P. and Agre P. (1988) Identification, purification and partial characterization of a novel Mr 28,000 integral membrane protein from erythrocytes and renal tubules. J. Biol. Chem. V. 263. P. 15634-15642.

40. Dordas C., Chrispeels M.J. and Brown P.H. (2000) Permeability and channel-mediated transport of boric acid across membrane vesicles isolated from squash roots. Plant Physiol. V. 124. P. 1349-1361.

41. Engel A., Fijiyoshi Y. and Agre P. (2000) The importance of aquaporin water channel protein structures. EMBO J. V. 19. P. 800-806.

42. Everard J.D. and Drew M.C. (1987) Mechanisms of inhibition of water movement in anaerobically treated roots of Zea mays L. J. Exp. Bot. V. 38. P.l 154-1165.

43. Fetter K., van Wilder V., Moshelion M. and Chaumont F. (2004) Interactions between plasma membrane aquaporins modulate their water channel activity. Plant Cell. V. 16. P. 215-228.

44. Fleuratlessard P., Frangne N., Maeshima M., Ratajczak R., Bonnemain J.L. and Martinoia E. (1997) Increased expression of vacuolar aquaporin and H+-ATPase related to motor cell function in Mimosa pudica. Physiol. Plant. V. 114. P. 827-834.

45. Fotiadis D., Jeno P., Mini Т., Wirtz S., Muller S.A., Fraysse L., Kjellbom P. and Engel A. (2001) Structural characterization of two aquaporins isolated from native spinach leaf plasma membranes. J. Biol. Chem. V. 276. P. 1707-1714.

46. Frangne N., Maeshima M., Schaffner A.R., Mandel T., Martinoia E. and Bonnemain J.L. (2001) Expression and distribution of a vacuolar aquaporin in young and mature leaf tissues of Brassica napus in relations to water fluxes. Planta. V. 212. P. 270-278.

47. Fray R.G., Wallace A., Grierson D. and Lycett G.W. (1994) Nucleotide sequence and expression of a ripening and water-stress related cDNA from tomato with homology to the MIP class of membrane channel proteins. Plant Mol. Biol. V. 24. P. 539-543.

48. Fu D., Libson A., Miercke L.J.W., Weitzman C., Nollert P., Krucinski J. and Stroud R.M. (2000) Structure of a glycerol conducting channel and the basis for its selectivity. Science. V. 290. P. 481-486.

49. Fujiyoshi Y., Mitsuoka K., de Groot B.L., Philippsen A., Grubmuller H., Agre P. and Engel A. (2002) Structure and function of water channels. Curr. Opin. Cell. Biol. V. 12. P. 509-515.

50. Gerbeau P., Giiclu J., Ripoche P. and Maurel C. (1999) Aquaporin Nt-TIPa can account for the high permeability of tobacco cell vacuolar membrane to small neutral solutes. Plant J. V. 18. P. 577-587.

51. Gerbeau P., Amodeo G., Henzler T., Santoni V., Ripoche P. and Maurel C. (2002) The water permeability of Arabidopsis plasma membrane is regulated by divalent cations and pH. Plant J. V.30. P. 71-81.

52. Grote K., Trzebiatovski P. and Kaldenhoff R. (1998) RNA levels of plasma membrane aquaporins in Arabidopsis thaliana. Protoplasma. V. 204. P. 139-144.

53. Guenter J.F. and Roberts D.M. (2000) Water-selective and multifunctional aquaporins from Lotus japonicus nodules. Planta. V. 210. P. 741-748.

54. Guerrero F.D. and Crossland L. (1993) Tissue-specific expression of a plant turgor-responsive gene with amino acid sequence homology to transport-facilitating proteins. Plant Mol. Biol. V.21.P. 929-935.

55. Guerrero F.D., Jones J.T. and Mullet J.T. (1990) Turgor responsive gene transcription and RNA levels increase rapidly when pea shoots are wilted. Sequence and expression of three inducible genes. Plant Mol. Biol. V. 15. P. 11-26.

56. Harvent P., Vlerick A., Fuks B., Wattiez R., Ruysschaert J.-M. and Homble F. (2000) Lentil seed aquaporins form a hetero-oligomer which is phosphorylated by a Mg -dependent and Ca2+-regulated kinase. J. Biochem. V. 352. P. 183-190.

57. Hazama A., Kozono D., Guggino W.B., Agre P. and Yasui M. (2002) Ion permeation of AQP6 water channel protein. Single-channel recordings after Hg 2+ activation. J. Biol. Chem. V277. P. 29224- 29230.

58. Van Heeswijk M.P.E. and van Os C.H. (1986) Osmotic water permeabilities of brush border and basolateral membrane vesicles from rat renal cortex and small intestine. J. Membr. Biol. V. 92. P.193-193.

59. Heitman J. and Agre P. (2000) A new face of the Rhesus antigen. Nat. Genet. V.26. P. 258259.

60. Heymann J.B. and Engel A. (2000) Structural clues in the sequences of the aquaporins. J. Mol. Biol. V. 295. P. 1039-1053.

61. Jauh G.Y., Fischer A.M., Grimes H.D., Ryan C.A. and Rogers J.C. (1998) Delta-tonoplast intrinsic protein defines unique plant vacuole functions. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. V. 95. P. 12995-12999.

62. Jauh G.Y., Phillips T.E. and Rogers J.C. (1999) Tonoplast intrinsic protein isoforms as markers for vacuolar functions. Plant Cell. V. 11. P. 1867-1882.

63. Javot H. and Maurel C. (2002) The role of aquaporins in root water uptake. Ann.Bot. V. 90. P. 301-313.

64. Javot H., Lauvergeat V., Santoni V., Martin-Laurent F., Giiclu J., Vinh J., Heyes J., Frank K.I., Schaffner A.R., Bouchez D. and Maurel C. (2003) Role of a single aquaporin isoform in root water uptake. Plant Cell. V. 15. P. 509-522.

65. Johanson U. and Gustavsson S. (2002) A new subfamily of major intrinsic proteins in plants. Mol. Biol. Evol. V. 19. P. 456-461.

66. Johansson I., Larsson С., Ek B. and Kjellbomm P. (1996) The major integral proteins of spinach leaf plasma membranes are putative aquaporins and are phosphorylated in response to Ca2+ and apoplastic water potential. Plant Cell. V. 8. P. 1181-1191.

67. Johansson I., Karlsson M., Shukla V.K., Chrispeels M.J., Larsson C. and Kjellbomm P. (1998) Water transport activity of the plasma membrane aquaporin PM28A is regulated by phosphorylation. Plant Cell. V. 10. P. 451-459.

68. Johansson I., Karlsson M., Johanson U., Larsson C. and Kjellbom P. (2000) The role of aquaporins in cellular and whole plant water balance. Biochim. Biophys. Acta. V. 1465. P. 324-342.

69. Joly R.J. (1989) Effects of sodium chloride on the hydraulic conductivity of soybean root systems. Plant. Physiol. V. 91. P. 1262-1265.

70. Jung J.S., Preston G.M., Smith B. L., Guggino W.B. and Agre P. (1994) Molecular structure of the water channels through aquaporin CHIP: the hourglass model. J. Biol. Chem. V. 269. P. 14648-14654.

71. Каравайко H.H., Земляченко Я.В., Селиванкина С.Ю. и Кулаева О.Н. (1995) Выделение из цитозоля листьев ячменя зеатин-связывающего белка, участвующего в активации транс-зеатином синтеза РНК in vitro. Физиология растений. Т. 42. С. 547-554.

72. Kaldenhoff R., Grote К., Zhu J.J. and Zimmerman U. (1998) Significance of plasmalemma aquaporins for water-transport in Arabidopsis thaliana. Plant J. V. 14. P. 121-128.

73. Karlsson M., Johansson I., Bush M., McCann M.C., Maurel C., Larsson C. and Kjellbom P. (2000) An abundant TIP expressed in mature highly vacuolated cells. Plant J. V. 21. P. 83-90.

74. Karlsson M., Fotiadis D., Sjovall S., Johansson I., Hedfalk K., Engel A. and Kjellbom P. (2003) Reconstitution of water channel function of an aquaporin overexpressed and purified from Pichiapastoris. FEBS Lett. V. 537. P. 68-72.

75. Kirch H.H., Vera-Estrellla R., Golldack D., Quigley F., Michlowski C.B., Barkla B.J.and Bohnert H.J. (2000) Expression of water channel proteins in Mesembryanthemum crystallinum. Plant Physiol. V. 123. P. 111-124.

76. Knepper M.A. and Inou T. (1997) Regulation of aquaporin -2 water channel trafficking by vasopressin. Curr. Opin. Cell. Biol. V. 9. P. 560-564.

77. Koefoed-Johnsen V. and Ussing H.H. (1953) The contributions of diffusion and flow to the passage of D2O through living membranes. Acta Physol. Scand. V. 28. P. 60-76.

78. Kong Y. and Ma J.( 2001) Dynamic mechanisms of the membrane water channel aquaporin-1 (AQP1). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 98. P. 14345-14349.

79. Macey R. I. (1984) Transport of water and urea in blood cells. Am. J. Physiol. V. 246. P. C195-C203.

80. Maeshima M. and Yoshida S. (1989) Purification and properties of vacuolar membrane proton-translocating inorganic pyrophosphatase from mung bean J. Biol. Chem. V. 264. P. 20068-20073.

81. Malz S. and Sauter M. (1999) Expression of two PIP genes in rapidly growing internodes of rice is not primarily controlled by meristem activity or cell expansion. Plant Mol. Biol. V. 40. P. 985-995.

82. Mariaux J.B., Bockel C., Salamini F. and Bartels D. (1998) Desiccation- and abscisic acid-responsive genes encoding major intrinsic proteins (MIPs) from the resurrection plant Craterostigmaplantagineum. Plant Mol. Biol. V. 38. P. 1089-1099.

83. Martinez-Ballesta M.D.C., Martinez V. and Carvajal M. (2000) Regulation of water channel activity in whole roots of melon plants grown under saline conditions. Aust. J. Plant Physiol. V. 27. P. 685-691.

84. Maurel C., Kado R.T., Guern J. and Chrispeels M.J. (1995) Phosphorylation regulates the water channel activity of the seed-specific aquaporin a-TIP. EMBO J. V. 14. P. 3028-3035.

85. Maurel C. (1997) Aquaporins and water permeability of plant membranes. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. V. 48. P. 399-429.

86. Maurel C., Tacnet F., Gu^lii J., Guern J. and Ripoche P. (1997) Purified vesicles of tobacco cell vacuolar and plasma membranes exhibit dramatically different water permeability and water channel activity. Plant Biol. V. 94. P. 7103-7108.

87. Morillon R. and Lassalles J.P. (1999) Osmotic water permeability of isolated vacuoles. Planta. V. 210. P. 80-84.

88. Morillon R., Catterou M., Sangwan R.S., Sangwan B.S. and Lassales J. -P. (2001) Brassinolide may control aquaporin activities in Arabidopsis thaliana. Planta. V. 212. P. 199204.

89. Morillon R. and Chrispeels M.J. (2001) The role of ABA and the transpiration stream in the regulation of the osmotic water permeability of leaf cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 98. P. 14138-14143.

90. Munns R. (1993). Physiological processes limiting plant growth in saline soils: Some dogmas and hypotheses. Plant Cell Environ. V. 16. P. 15-24.

91. MurataK., Mitsuoka K., Hirai T., Walz T., Agre P., Heymann J.B., Engel A. and Fijiyoshi Y. (2000) Structural determinants of water permeation through aquaporin-1. Nature. V. 407. P. 599-605.

92. Nielsen S. and Agre P. (1995) The aquaporin family of water channels in kidney. Kidney Int. V. 48. P. 1057-1068.

93. Niemietz C.M. and Tyerman S.D. (1997) Characterization of water channels in wheat root membrane vesicles. Plant Physiol. V. 115. P. 561-567.

94. Niemietz C.M. and Tyerman S.D. (2002) New potent inhibitors of aquaporins: silver and gold compounds inhibit aquaporins of plant and human origin. FEBS Lett. V. 531. P. 443-447.

95. North G.B. and Nobel P.S. (2000) Heterogeneity in water availability alters cellular development and hydraulic conductivity along roots of a desert succulent. Ann.Bot. V. 85. P. 247-255.

96. Olbrich K., Rawicz W., Needman D. and Evans E. (2000) Water permeability and mechanical strength of polyunsaturated lipid bilayers. Biophys. J. V. 79. P. 321-327.

97. Otto B. and Kaldenhoff R. (2000) Cell-specific expression of the mercury-insensitive plasma membrane aquaporin NtAQPl from Nicotiana tabacum. Planta. V. 211. P. 167-172.

98. Park J.H. and Saier M.N. (1996) Phylogenetic characterization of the MIP family of transmembrane channel proteins. J. Membr. Biol. V. 153. P. 171-180.

99. Passioura J.B. and Tanner C.B. (1985) Oscillations in apparent hydraulic conductance of cotton plants. Australian J. Plant Physiol. V. 12. P. 455-461.

100. Passioura J.B. (1988) Water transport in and to roots. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. V. 39. P. 245-265.

101. Preston G.M., Carroll T.P., Guggino W.B. and Agre P. (1992) Appearance of water channels in Xenopus oocytes expressing red cell CHIP28 protein. Science. V. 256. P. 385-387.

102. Preston G.M., Jung J.S., Guggino W.B. and Agre P. (1994) Membrane topology of aquaporin CHIP-analysis of functional epitope-scanning mutants by vectorial proteolysis. J. Biol. Chem. V. 269. P. 1668-1673.

103. Quigley F., Rosenberg J.M. Shahar-Hill Y. and Bonhert H.J. (2002). From genome to function: The Arabidopsis aquaporins. Genome Biol. V. 3. P. 1-17.

104. Radin J.W. and Mathews M.A. (1989) Water transport properties of cortical cells in roots of nitrogen- and phosphorus deficient cotton seedlings. Plant Physiol. V. 89. P. 264-268.

105. Ramahaleo T., Morillon R., Alexandre J. and Lassalles J.P. (1999) Osmotic water permeability of isolated protoplasts. Modifications during development. Plant Physiol. V. 119. P. 885-896.

106. Ren G., Reddy V.S., Cheng A., Melnyk P. and Mitra A.K. (2001) Visualization of a water-selective pore by electron crystallography in vitreous ice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 98. P. 1398-1403.

107. Rivers R.L., Dean R.M., Chnady G., Hall J.E., Roberts D.M. and Zeidel M.L. (1997) Functional analysis of nodium 26, an aquaporin in soybean root nodule symbiosomes. J. Biol. Chem. V. 272. P. 16256-16261.

108. Robinson D.G., Haschke H.P., Hinz G., Hoh B., Maeshima M. and Marty F. (1996a) Immunological detection of tonoplast polypeptides in the plasma membrane of pea cotyledons. Planta. V. 198. P. 95-103.

109. Robinson D.G., Sieber H., Kammerloher W. and Schaffner A.R. (1996b) PIP1 aqaporins are concentrated in plasmalemmasomes of Arabidopsis thaliana mesosophyll. Plant Physiol. V. 111. P. 645-649.

110. Ruiter R.K., Vaneldik G.J., Vanherpen M.M.A., Schrauwen J.A.M. and Wullems G.J. (1997) Expression in anthers of two genes encoding Brassica oleracea transmembrane channel proteins. Plant Mol. Biol. V. 34. P. 163-168.

111. Rygol J., Zimmerman U. and Balling A. (1989) Water relations of individual leaf cells of Mesembryanthemum crystallinum plants grown at low and high salinity. J. Membr. Biol. V. 107. P. 203-212.

112. Sarda X., Tousch D., Ferrare K., Legrand E., Dupuis J.M., Casse F. and Lamaze T. (1997) Two TIP-like genes encoding aquaporins are expressed in sunflower guard cells. Plant J. V. 12. P.1103-1111.

113. Schaffner A.R. (1998) Aquaporin function, structure, and expression: are there more surprises to surface in water relations? Planta. V. 204. P. 131-139.

114. Scheuring S., Ringler P., Borgina M., Stahlberg H., Muller D.J., Agre P. and Engel A. (1999) High resolution AFM topographs of the Escherichia coli water channel aquaporin Z. EMBO J. V. 18. P. 4981-4987.

115. Shi L.B., Skach W.R. and Verkman A.S. (1994) Functional independence of monomeric CHIP28 water channels revealed by expression of wild type-mutant heterodimers. J. Biol. Chem. V. 269. P. 10417-10422.

116. Sidel V.W. and Solomon A.K. (1957) Entrance of water into human red cells under an osmotic pressure gradient. J. Gen. Physiol. V. 41. P. 243-257.

117. Siefritz F., Tyree M.T., Lovisolo C., Schubert A. and Kaldenhoff R. (2002). PIP1 plasma membrane aquaporins in tobacco: From cellular effects to function in plants. Plant Cell V. 14. P. 869-876.

118. Spencer R.H. and Rees D.C. (2002) The alpha-helix and the organization and gating of channels. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. V. 31. P. 207-233.

119. Steudle E. and Frensch J. (1996). Water transport in plants: Role of the apoplast. Plant Soil V. 187. P. 67-79.

120. Steudle E. and Peterson C.A. (1998) How does water get through roots? J. Exp. Bot. V. 49. P. 775-788.

121. Steudle E. (2000a) Water uptake by roots: an integration of views. Plant and Soil. V. 226. P. 45-56.

122. Steudle E. (2000b) Water uptake by roots: effects of water deficite. J. Exp. Bot. V. 51. P. 847875.

123. Steudle E. (2001) The cohesion-tension mechanism and the acquisition of water by plant roots. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. V. 52. P. 847-875.

124. Suga S., Imagawa S. and Maeshima M. (2001) Specificity of the accumulation of mRNAs and proteins of the plasma membrane and tonoplast aquaporins in radish organs. Planta. V. 212. P. 294-304.

125. Sun T.-X., van Hoek A., Huang Y„ Bouley R., McLaughlin M. and Brown D. (2002) Aquaporin-2 localization in clatrin-coated pits: inhibition of endocytosis by dominantnegative dynamin. Am. J. Physiol. Renal Physiol. V. 282. P. F998-F1011.

126. Трофимова М.С., Жесткова И.М., Андреев И.М., Свинов М.М., Бобылев Ю.С. и Сорокин Е.М. (2001) Осмотическая водная проницаемость вакуолярных и плазматических мембран, изолированных из корней кукурузы. Физиология растений. Т. 48. С. 341-348.

127. Thomas D., Bron P., Ranchy G., Duchesne L., Cavalier A., Rolland J.P., Raguenes-Nicol C., Hubert J.F., Haase W. and Delamarche C. (2002) Aquaglyceroporins, one channel for two molecules. Biochim. Biophys. Acta. V. 1555. P. 181-186.

128. Tournaire-Roux C., Sutka M., Javot H., Gout E., Gerbau P., Luu D.T., Bligny R. and Maurel C. (2003) Cytosolic pH regulates root water transport during anoxic strssthrough gating of aquaporins. Nature. V. 425. P. 393-397.

129. Tyerman S.D., Bohnert H.J., Maurel C., Steule E. and Smith J.A.C. (1999) Plant aquaporins: their molecular biology, biophysics and significance for plant water relations. J. Exp. Bot. V. 50. P. 1055-1071.

130. Tyerman S.D., Niemietz C.M. and Bramley H. (2002) Plant aquaporins: multifunctional water and solute channels with expanding roles. Plant Cell Environ. V. 25. P. 173-194.

131. Vera-Estrella R., Barkla B.J., Bohnert H.J. and Pantoja O. (2004) Novel regulation of aquaporin during osmotic stress. Plant Physiol. V. 135. P. 2318-2329.

132. Verbavatz J.M., Brown D., Sabolic I., Valenti G., Ausiello D.A., Van Hoek A.N., Ma T. and Verkman A.S. (1993) Tetrameric assembly of CHIP28 water channels in liposomes and cell membranes: a freeze-fracture study. J. Cell Biol. V. 123. P. 605-618.

133. Verkman A.S. (1995) Optical metods to mesure membrane transport processes. J. Membr. Biol. V.148.P. 99-110.

134. Verkmann A.S., Van Hoek A.N. Ma T., Frigeri A., Skach W.R., Mitra A., Tamaropoo B.K. and Farinas A. (1996) Water transport across mammalian cell membranes. Am. J. Physiol. V 270. P. C12-C30.

135. Verkmann A.S. and Mitra A.K. (2000) Structure and function of aquaporin water channels. Am. J. Physiol. Renal. Physiol. V. 278. P. F13-F28.

136. Veenholf L.M., Heuberger E.H.L.M. and Poolman B. (2002) Quanternary structure and function of transport proteins. Trends Biochem. Sci. V. 27. P. 242-249.

137. Walz T., Smith B.L., Zeidel M.L., Engel A. and Agre P. (1994) Biologically active two-dimensional crystals of aquaporin CHIP. J. Biol. Chem. V. 269. P. 1583-1586.

138. Wan X., Steudle E. and Hartung W. (2004) Gating of water channels (aquaporins) in cortical cells of young corn roots by mechanical stimuli (pressure pulses): effect of ABA and of HgCl2. J. Exp. Bot. V. 396. P. 411-422.

139. Weaver C.D., Shomer N.H., Louis C.F. and Roberts D.M. (1994) Nodulin 26, a nodule specific symbiosome membrane protein from soybean, is an ion channel. J. Biol. Chem. V. 268. P. 17858-17862.

140. Weig A., Deswarte C. and Chrispeels M.J. (1997) The Major Intrinsic Protein family of Arabidopsis has 23 members that form three distinct groups with functional aqiaporins in each group. Plant Physiol. V. 117. P. 1347-1357.

141. Weig A.R. and Eisenbarth D.A. (2000) Role of aquaporins during elongation growth of castor bean seedlings. Molecular Biology and Physioligy of Water and Solute Transport. Eds S. Hohmann and S. Nielsen. N.Y.: Kluwer/Plenum. P. 357-364.

142. Weig A.R. and Jakob C. (2000) Functional identification of the glycerol permease activity of Arabidopsis thaliana NLM1 and NLM2 proteins by heterologous expression in Sachharomyces cerevisiae. FEBS Lett. V.481. P. 293-298.

143. Winter K. (1973) CO2 Fixirungsreaktionen bei der Salzpflanze Mesembryanthemum crystallinum unter variirten Aussenbedingungen. Planta. V. 114. P. 75-85.

144. Yamada S., Katsuhara M., Kelly W.B., Michalowski C.B. and Bohnert H.J. (1995) A familiy of transcripts encoding water channels proteins: tissue-specific expression in the common ice plant. Plant Cell. V. 7. P. 1129-1142.

145. Yamada S., Komori T., Myers P.N., Kuwata S., Kubo T. and Imaseki H. (1997) Expression of plasma membrane water channel genes under water stress in Nicotiana excelsior. Plant Cell Physiol. V.38.P. 1226-1231.

146. Yamamoto Y.T., Taylor C.G., Acedo G.N., Cheng C.-L. and Concling M.A. (1991) Characterisation of c «--acting sequences regulating root-specific gene expression in tobacco. Plant Cell. V. 3. P. 371-382.

147. Yasui M., Hasama A., Kwon T.H., Nielsen S., Guggino Wm.B. and Agre P. (1999) Rapid gating and anion permeability of an intracellular aquaporin. Nature. V. 402. P. 184-187.

148. Ye Q., Wiera B. and Steudle E. (2004) A cohesion|tension mechanism explaines the gating of water channel (aquaporins) in Chara internodes by high concentration. J. Exp. Bot. V. 55. P. 449-461.

149. Zardoya R. and Villalba S. (2001) A Phylogenetic framework for the aquaporin family in eukaryotes. J. Mol. Evol. V. 52. P. 391-404.

150. Zeidel M.L., Ambudkar S.V., Smith B. L. and Agre P. (1992) Reconstitution of functional water channels in liposomes containing purified red cell CHIP28 protein. Biochemistry. V. 25. P. 7436-7440.

151. Zeidel M.L., Nielsen S., Smith B. L., Maunsbach A.B. and Agre P. (1994) Ultrastructure, pharmacologic inhibition, and transport selectivity of aquaporin channel-forming integral protein in proteoliposomes. Biochemistry. V. 33. P. 1606-1615.

152. Zhang W.H. and Tyerman S.D. (1999) Inhibition of water channels by HgCh in intact wheat root cells. Plant Physiol. V. 120. P. 849-857.

153. Выражаю искренную глубокую благодарность своему научному руководителю доктору биологических наук М.С. Трофимовой за неоценимую поддержку, участие и руководство работой.

154. Приношу большую благодарность О.И. Клычникову за помощь в освоении метода вестерн-блот анализа.

155. Приношу искренную благодарность В.П. Холодовой за поддержку в выполнении работы.

156. Выражаю искренную глубокую признательность И.Е. Мошкову и Г.В. Новиковой за интерес к работе, советы и помощь при проведении иммунодетекции аквапоринов.