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.

Хромопластная ДНК

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. 10-14 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».

Возраст корнеплода, дни после посева Диаметр корнеплода, мм ДНК Количество копий ДНК на одну пластиду
% к сухому веществу пластид % к массе белка пластид на одну огранеллу, 10-14 г
Хромопласты
72 3-5 0,038 0,09 0,11 6-7
84 5-7 0,034 0,07 0,10 5-6
100 7-10 0,101 0,17 0,31 17-18
112 9-12 0,118 0,21 0,41 23-24
128 13-18 0,069 0,17 0,24 13-14
150 18-22 0,055 0,15 0,19 10-11
Амилопласты
72 3-5 0,027 0,07 0,09 5-6
84 5-8 0,054 0,12 0,21 12-13
100 8-10 0,039 0,11 0,20 11-12
112 12-16 0,032 0,30 0,18 10-11
128 18-24 0,033 0,81 0,18 10-11
140 25-30 0,028 0,75 0,15 8-9

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 хромопластах при 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.

Хромопласт Амилопласт
Возраст корнеплода, дни после посева Диаметр корнеплода, мм Содержание белка, 10-12 г Возраст корнеплода, дни после посева Диаметр корнеплода, мм Содержание белка, 10-12 г
72
3-5 1,28 72 3-5 1,22
84
5-7 1,54 84 5-8 1,73
100
7-10 1,88 100 8-10 1,14
112
9-12 2,00 112 12-16 0,60
128
13-18 1,44 128 18-24 0,22
150
18-22 1,30 140 25-30 0,20

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 •10-14 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•106Д (1Д — 1,67-10-14г). 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».

 

Получать интересное на почту

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *