Хромопластная ДНК

Исследования, в которых изучались ДНК-содержащие электронно-прозрачные участки в хромопластах, немногочисленны. K.Kawallik, R.Herrmann исследовали структуру пластид лепестков нарцисса желтого. В хромопластах они обнаружили фибриллы толщиной 25-30 А, расположенные в электронно-прозрачных местах пластид. Содержащие фибриллы электронно-прозрачные участки встречались в хромопластах нарцисса желтого реже, чем в хлоропластах, и были локализованы в центре пластиды. С возрастом цветка идентифицировать такие участки в хромопластах становилось труднее. Авторы предположили, что фибриллы, видимые в электронно-прозрачных местах, представляют собой молекулы ДНК.

Для выяснения этого срезы ткани венца обрабатывали ДНКазой с целью разрушения фибрилл и доказательства их дезоксирибонуклеинового происхождения. Однако фибриллы после воздействия фермента не разрушались.

Обработка протеазами (трипсин и проназа), обычно улучшающая видимость нитей ДНК в таких районах, также оказалась безуспешной. Однако, принимая во внимание большое сходство между электронно-прозрачными участками и фибриллами хромопластов с аналогичными структурами хлоропластов, митохондрий и бактерий, авторы предположили, что хромопласты содержат ДНК, которая локализована в электронно-прозрачных участках в виде фибрилл.

Считают, что в опытах с применением ферментов положительные результаты не достигались вследствие стерических препятствий, вызванных глютаральдегидной фиксацией материала. E.Mikulska и др., изучая ультраструктуру хромопластов семядолей огурца, обработанных ретардантом роста 2-хлорэтил-триметилам-монием хлористым, также обнаружили электронно-прозрачные участки с фибриллами.

При больших увеличениях было показано, что они состоят из центрального тела различной формы и размеров с отходящими во все стороны тонкими фибриллами. Самые маленькие из них составляли 15-10 А в диаметре. После ДНКазной обработки эти структуры полностью исчезали или едва просматривались отдельные их фрагменты. Опыты с использованием фермента подтвердили, что наблюдаемые структуры содержат ДНК.

ДНК-содержащие электронно-прозрачные участки в хромопластах семядолей огурца немногочисленны, а их структура не отличается от аналогичных районов у лейко- и хлоропластов. С морфологической точки зрения эти районы более схожи с таковыми в матриксе лейкопластов. Они не окружаются мембранами тилакоидов и не проявляют четкого отграничения от окружающей стромы.

Электронно-прозрачные участки, в которых отмечались структуры, сходные с фибриллярными образованиями ДНК, и которые контрастировались уранилацетатом, наблюдали и другие исследователи, в том числе Б.Т.Матиенко и Е.М.Чебану при изучении ультраструктуры хромопластов тыквенных и пасленовых.

Содержание ДНК

B.Liedvogel впервые оценивал содержание ДНК в чистой фракции хромопластов из лепестков нарцисса, а количество ДНК в ней определял дифениламиновым методом после подсчета органелл. Хромопласты содержали 0,13. 10^-14

г ДНК на одну органеллу (среднее значение трех независимых измерений). В то же время хлоропласты этого растения при аналогичных условиях определения содержали 0,8. 10

г ДНК на хлоропласт, что в 6 раз превышает содержание ДНК в одном хромопласте.

При этом соотношение объемов хлоро- и хромопластов также было 6:1. Учитывая определенное автором содержание ДНК в хромо- и хлоропластах, а также установленный при помощи физических методов размер генома этих органелл, B.Liedvogel подсчитал, что хлоропласты листьев нарцисса в среднем содержали 50, а хромопласты цветков - 8 копий ДНК на одну органеллу.

Хромопласты настурции большой содержали 0,6. 10^-14

г ДНК на одну пластиду, или 36 копий ДНК на одну органеллу. Это согласуется с количеством ДНК в хлоропластах высших растений, которое составляет 20-60 копий ДНК на хлоропласт. Проводилось определение содержания ДНК в хромопластах корнеплодов моркови сорта Харьковская Нантская, а также в амилопластах белой моркови сорта Белая зеленоголовая.

Данные рассчитывали на сухое вещество пластид, одну органеллу и на единицу массы белка. Содержание ДНК в обоих типах пластид не постоянно, а изменяется в процессе онтогенеза корнеплодов (табл. 1).

Таблица 1 - Содержание ДНК в хромопластах корнеплодов красной моркови сорта Харьковская Нантская и амилопластах корнеплодов белой моркови сорта "Белая зеленоголовая".

На первых этапах формирования корнеплодов красной моркови содержание ДНК в хромопластах постепенно увеличивалось и достигало максимума в середине вегетации с последующим снижением. Несмотря на общий характер изменений содержания ДНК в хромопластахпри расчете на сухое вещество пластид, белок пластид и на одну органеллу (во всех случаях количество ДНК вначале возрастало, а к концу вегетации несколько снижалось), степень их изменений была различна.

Так, в варианте с максимальным содержанием ДНК (диаметр корнеплодов 9-12 мм) количество его в хромопластах возрастало по сравнению с исходным: при расчете на сухое вещество пластид в 3, на белок несколько больше, чем в 2 раза, на одну органеллу ~ почти в 4 раза. Эти различия с большей выраженностью проявлялись при определении содержания ДНК в амилопластах белой моркови.

При расчете на сухое вещество пластид оно на первых этапах развития корнеплодов возрастало в 1,5-2 раза и достигало максимума при диаметре корнеплодов 5-10 мм, после чего постепенно снижалось до исходного уровня.

При расчете на одну органеллу оно также достигало максимума при диаметре корнеплодов 5-10 мм, однако после этого снижалось лишь незначительно. При расчете на белок пластид оно постоянно увеличивалось, превышая в конце вегетации в 10-12 раз исходный уровень. Наблюдаемые различия объясняются изменением содержания белка и сухих веществ пластид в онтогенезе корнеплодов белой и красной моркови.

Наши исследования показали, что содержание белка в амило- и хромопластах существенно изменяется в течение вегетации моркови, причем если для хромопластов изменения в содержании белка не столь существенны, то для амилопластов к концу вегетационного периода отмечается 6-8-кратное уменьшение количества белка в расчете на одну органеллу (табл. 2).

Таблица 2 - Содержание белка в хромопластах корнеплодов красной моркови сорта Харьковская Нантская и амилопластах корнеплодов белой моркови сорта Белая зеленоголовая.

Проведенный сравнительный анализ содержания ДНК в хромопластах и амилопластах моркови показал, что наиболее объективные результаты могут быть получены при расчете на одну органеллу. При этом содержание ДНК в хромопластах красной моркови изменялось от 0,10-0,11 • 10^-14

г на начальных этапах формирования корнеплодов до 0,41 •10

г при максимальном значении в середине вегетации.

Содержание ДНК в амилопластах было несколько ниже и составляло 0,09-0,21 • 10^-14

г на одну органеллу. Размер генома пластид моркови, установленный с помощью кинетики реассоциации, составляет 103,5-105,7•10

Д (1Д - 1,67-10

г).

Можно рассчитать, что количество копий ДНК на амилопласт изменялось от 5-6 на начальных этапах развития корнеплодов до 12-13 при максимальном значении, а для хромопластов - от 6-7 до 23-24 копий соответственно. Это несколько ниже по сравнению с количеством копий ДНК, представленных в хлоропластах фотосинтезирующих тканей высших растений и хромопластах настурции и близко к количеству копий ДНК в хромопластах нарцисса желтого.

Изменение содержания нуклеиновых кислот в амило- и хромопластах корнеплодов моркови при расчете на одну органеллу имеет сходный характер. В обоих типах пластид увеличивалось содержание ДНК в середине и снижалось в конце вегетации. Различие между ними носило только количественный характер.

Источник: В. П. Лобов, И. А. Петров, "Хромопласты".