Search academic texts

Information × Registration Number 0824U002865, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 02-10-2024 popup.evolution . Title The role of autophagy in the response of Arabidopsis thaliana to microgravity conditions and the participation of the microtubules in mediating this process Author Ruslana Y. Shadrina, popup.head Alla Yemets popup.opponent Galyna Shevchenko popup.opponent Natalia V. Zaimenko popup.review Alex Rayevsky popup.review Yaroslav Pirko Description Дослідження присвячене аналізу процесів аутофагії в рослинах Arabidopsis thaliana під впливом мікрогравітації з особливим акцентом на ролі мікротрубочок. Аутофагія як внутрішньоклітинний механізм деградації та рециркуляції макромолекул і органел виступає ключовим фактором в адаптації рослин до стресових умов. На сьогодні вивчення фізіологічної ролі аутофагії при стресі є однією з актуальних проблем біології, оскільки в залежності від ступеня пошкодження клітин цей процес може сприяти або виживанню, або загибелі клітин. Тому у даному дослідженні зосереджено увагу на вивченні розвитку процесів аутофагії, а також ролі цитоскелету, зокрема мікротрубочок, у рослин в умовах зміненої гравітації. Вивчення адаптації рослин до зміненої гравітації є ключовим для розвитку систем життєзабезпечення в космосі. Нещодавно було показано, що Arabidopsis thaliana та інші види рослин можуть розвиватися та давати урожай насіння у космічних умовах, проте за таких умов розвитку вони зазнають певних молекулярних змін [1, 2]. Дослідження адаптації рослин за участю аутофагії в змодельованих умовах є надзвичайно актуальним, оскільки дає змогу створити фундамент для подальших космічних досліджень із вирощуванням рослин, а далі – для отримання продуктів харчування в умовах зміненої гравітації. Як матеріал досліджень використовували рослини A. thaliana екотипу Columbia Col-0 та адві трансгенні лінії A. thaliana: GFP-ATG8a та GFP-MAP4. Стресові умови моделювали за допомогою кліностату, на якому вирощували рослини (режим обертання 4 об/хв). Використання кліностату дозволяє імітувати умови мікрогравітації, що є важливим для дослідження адаптаційних механізмів рослин. Візуалізацію аутофагосом здійснювали за допомогою лазерної конфокальної мікроскопії. Цей метод дозволяє отримати детальні зображення внутрішньоклітинних структур та процесів, що є ключовим для аналізу аутофагії. За допомогою молекулярно-генетичних методів оцінювали експресію генів білків ATG, α- і β-тубулінів в досліджуваних рослинах. Ці методи дозволяють кількісно оцінити рівні експресії генів та виявити зміни, які виникають під впливом мікрогравітації. Було проаналізовано вплив мікрогравітації на ріст та розвиток проростків A.thaliana. У результаті проведених досліджень нами було виявлено, що кліностатування не впливало на проростання насіння, а також не викликало суттєвих відхилень у морфології пагонів проростків. Затримка в розвитку пагонів спостерігали лише на 6-ту та 9-ту добу кліностатування, на 12-ту добу пагони практично морфологічно не відрізнялися від контрольних рослин. Також 12-денні проростки мали правильну листкову розетку, яка складалася з 4–6 овальних зелених листків. У той же час проростки, що зростали в експериментальних умовах, на відміну від контролю мали дезорієнтований ріст коренів, що було наслідком постійної зміни вектора сили тяжіння. При аналізі морфології та розвитку головних коренів проростків були виявлені відмінності в їх зонах росту. Зокрема, зони розтягу та перехідна були коротшими за умов кліностатування в порівнянні із контрольними рослинами. Кількісний аналіз середньої площі епідермальних клітин в перехідній зоні показав незначні відмінності (менше на 29 %) у розмірах досліджуваних рослин порівняно із контролем. Також було проаналізовано кут гравітропічного нахилу (GSA). Результати показали значне збільшення GSA у проростків A. thaliana в умовах кліностатування, що свідчить про відхилення від нормальної вертикальної орієнтації коренів, як, наприклад, у контролі. Методами флуоресцентної та конфокальної лазерної скануючої мікроскопії було проведено дослідження розвитку стрес-індукованої аутофагії на морфологічному рівні. Виявлено характерні ознаки розвитку аутофагії під впливом мікрогравітації, зокрема збільшення кількості аутофагосом у клітинах кореня. За допомогою флуоресцентного барвника MDC було виявлено появу структур розміром від 3 до 20 мкм, що свідчить про активний розвиток аутофагії під впливом стресових умов мікрогравітації. Отримані результати за використання барвника LTR та трансгенної лінії A. thaliana (GFP-ATG8a) в обох випадках показали індукцію аутофагії та максимальний рівень утворення аутофагосом у епідермальних клітинах кореня перехідної зони рослин A. thaliana після 6-ти діб культивування. Визначено кількість аутофагосом за допомогою трансгенної лінії A. thaliana GFP-ATG8a. Результати показали значне збільшення кількості аутофагосом у клітинах, що знаходилися під впливом мікрогравітації, що свідчить про активацію аутофагії як захисного механізму. На 6-ту добу вирощування спостерігалася найбільш суттєва зміна кількості аутофагосом (більше ніж у 2 раза) порівняно з контролем, хоча на 9-ту добу кількість аутофагосом зменшилася у клітинах перехідної зони кореня, їх було все одно більше, ніж у контрольних рослинах. На 12-ту добу вирощування кількість аутофагосом у клітинах коренів рослин в умовах кліностатування була подібною до контрольних рослин. Registration Date 2024-08-16 popup.nrat_date 2024-10-25 Close