Хромопластная ДНК
libre 3403
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. 
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. 10-14г 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 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.
| 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 |
| 3-5 | 1,28 | 72 | 3-5 | 1,22 | |
| 5-7 | 1,54 | 84 | 5-8 | 1,73 | |
| 7-10 | 1,88 | 100 | 8-10 | 1,14 | |
| 9-12 | 2,00 | 112 | 12-16 | 0,60 | |
| 13-18 | 1,44 | 128 | 18-24 | 0,22 | |
| 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".
