WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

Компьютерное исследование роли ауксина в молекулярно-генетической регуляции развития корня растений

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Миронова Виктория Владимировна

КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ АУКСИНА В

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ РАЗВИТИЯ

КОРНЯ РАСТЕНИЙ

03.01.09 – математическая биология, биоинформатика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 2010 1

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте цитологии и генетики СО РАН в лаборатории теоретической генетики, г. Новосибирск

Научный руководитель: Доктор биологических наук, доцент В.А. Лихошвай Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Официальные оппоненты: Кандидат биологических наук А. В. Кочетов Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск Доктор биологических наук С.И. Бажан ФГУН ГНЦВБ «Вектор», пгт. Кольцово Ведущее учреждение: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится “ ” мая 2010 г.

на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (Д 003.011.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г.

Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 10.

Тел/факс: (383) 3331278, (383)-363-49-06*1321, e-mail: dissov@bionet.nsc.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН

Автореферат разослан “”2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Т. М. Хлебодарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Изучение механизмов поддержания стволовых клеток в развитии является одной из актуальнейших проблем современной биологии. У растений стволовые клетки локализованы в специальных органах – меристемах, которые, по сути, являются нишами стволовых клеток. В отличие от животных, у растений ниши стволовых клеток, и, как следствие, новые органы, формируются не только в эмбриогенезе, но и во взрослом растении: в апикальных меристемах боковых побегов, боковых и придаточных корней, меристемах цветка. Несомненно, механизмы формирования меристем и поддержания в них ниш стволовых клеток определяют как архитектуру растения в целом, так и его семенную продуктивность, мощность корневой системы, величину зеленой массы и множество других агрономически важных признаков.

В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных данных, в которых показана ключевая роль гормона ауксина (индолилуксусная кислота, ИУК) в формировании и сохранении меристем в развитии. Максимумы концентрации ауксина формируются в апикальных меристемах растений и обеспечивают как поддержание ниши стволовых клеток в них, так и формирование по определенному паттерну новых меристем и новых органов. В апикальной меристеме корня (АМК) максимум концентрации ауксина формируется в результате его активного перераспределения из побега. Белкитранспортеры ауксина ассиметрично локализованы на мембране клеток и определяют направленные потоки ауксина: акропетальный поток из побега в корень и базипетальный поток из корня в побег. Показано, что экспрессия белков-транспортеров регулируется ауксином на молекулярно-генетическом уровне, однако роль этих механизмов в развитии корневой системы до сих пор неизвестна.

В настоящий момент закономерности распределения ауксина в ткани растений интенсивно изучаются в совместных экспериментально-теоретических исследованиях. Методами математического моделирования проверены выявленные на основе экспериментальных данных гипотезы о роли распределения ауксина в формировании филлотаксиса [de Reuille et al., 2006;

Smith et al., 2006; Jonsson et al., 2006; Sahlin et al., 2009], жилковании листа [Rolland-Lagan et al., 2004], поддержании ниши стволовых клеток в АМК [Grieneisen et al., 2007], формирования боковых корней [Laskowski et al., 2008].

В работе Grieneisen et al. (2007) численно показано, что максимум концентрации ауксина в АМК зрелого корня формируется по так называемому механизму «обратного фонтана». Согласно этой концепции, в анатомической структуре АМК направленные потоки ауксина взаимодействуют так, что ауксин циркулирует по замкнутому контуру внутри АМК. В кончике корня ауксин из акропетального потока попадает в базипетальный, а в меристематической зоне АМК ауксин из базипетального снова возвращается в акропетальный. Эти процессы обеспечивают формирование распределения ауксина в уже сформированной нише стволовых клеток АМК. Однако до сих пор остается актуальным вопрос о механизмах формирования ниши стволовых клеток апикальной меристемы на ранних стадиях развития главного корня, при инициации меристем боковых и придаточных корней, а также при регенерации АМК после повреждений. В данной диссертационной работе исследуются молекулярно-генетические механизмы распределения ауксина в развивающихся корнях растений и их роль в формировании анатомической структуры АМК.

Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование роли ауксина в контроле ранних этапов морфогенеза корня растений с помощью методов биоинформатики и математического моделирования.



Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка онтологии развития корневой системы и базы данных по генетической регуляции морфогенеза корня разных видов растений, интегрирующих опубликованные экспериментальные данные о функциях ауксина в корне;

2. Разработка математических моделей, описывающих транспорт ауксина в корне растения с различной детализацией;

формирования и сохранения в развитии максимума концентрации ауксина в кончике корня;

формирования максимумов концентрации ауксина в базальной меристеме и гипокотиле, предетерминирующих развитие боковых и придаточных корней, соответственно.

Научная новизна и практическая ценность. Впервые разработаны онтология процессов развития корневой системы и база данных PGNS-root по экспрессии генов различных видов растений в корне. Оба этих ресурса доступны через Интернет, и уже в настоящее время используются как источник информации по этим вопросам. Автоматические запросы, реализованные в PGNS-root, позволяют проводить системный анализ данных о паттернах экспрессии генов в развитии корневой системы растений, их изменения в мутантах, трансгенах и при обработке активными веществами и факторами, а также о фенотипических аномалиях развития корня.

В диссертационной работе выявлены новые механизмы регуляции развития корневой системы растения под действием ауксина, которые обобщают экспериментальным данные о распределении ауксина в корне растений. Так, предложены и проверены в математических моделях гипотезы о механизмах (1) самоорганизации паттерна распределения ауксина в АМК; (2) формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения; (3) о ключевой роли механизмов автоингибирования транспорта ауксина в формировании разных типов корневой системы (стержневой и мочковатой). Эти гипотезы, теоретически подтвержденные экспериментами in silico, представляют собой задел для последующей проверки в экспериментах in vivo.

Впервые разработана математическая модель, использующая гипотезу о механизме самоорганизации паттерна распределения ауксина вдоль корня.

Модель учитывает молекулярно-генетические механизмы активации и ингибирования ауксином экспрессии его белков-транспортеров PIN1. В численных экспериментах показано формирование и сохранение паттерна распределения ауксина в развивающемся корне в соответствии с экспериментальными данными. Практическая ценность разработанной математической модели транспорта ауксина заключается в том, что она не только обобщает полученные ранее экспериментальные данные о роли ауксина в корнеобразовании, но и представляет их системно, в виде компьютерной программы. Эта программа может быть использована в дальнейшем при решении практических задач, таких как изучение действия активных веществ в различных комбинациях и концентрациях на развитие корневой системы.

Численные эксперименты могут быть использованы для проверки различных гипотез о механизмах регуляции развития корня с учетом процессов, происходящих на разных уровнях организации: молекулярно-генетическом, клеточном и тканевом. Разработанная модель также может быть использована для исследования развития корневых систем различных видов растений, выявления общих и специфических механизмов регуляции процесса развития корня, их изменчивости в эволюции.

Полученные в диссертации результаты используются при чтении лекционного курса «Системная биология: математическое моделирование генных сетей».

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная онтология процессов развития корневой системы растений и база данных PGNS-root по экспрессии генов и фенотипическим аномалиям в корневых системах различных видов растений может быть использована как средство унифицированной классификации экспериментальных данных по генетике развития корней растений и их систематического анализа.

2. В основе механизма самоорганизации экспериментально наблюдаемого паттерна распределения ауксина в меристеме корня лежат молекулярногенетические механизмы регуляции ауксином своего активного транспорта.

3. В основе механизма формирования и регуляции паттернов закладки боковых корней растения могут лежать процессы регуляции экспрессии транспортеров ауксина, опосредующих его акропетальный поток.

4. Различия механизмов регуляции ингибирования транспорта ауксина в различных видах растений могут лежать в основе формирования разных типов корневых систем (мочковатых или стержневых).

Апробация работы. Материалы настоящей работы были представлены на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН 2006 и 2009 годов, вошли в отчеты по интеграционным проектам СО РАН №107, 119; а также были представлены как основной результат в отчете ИЦиГ по Программе РАН 22.

Молекулярная и клеточная биология. Проект 8. от 2009 года. Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях и семинарах: Российско-Германский форум по Биотехнологии (Новосибирск, 2009); минипрограмма «Morphodynamics in Plants, Animals and Beyond". (SantaBarbara, USA, 2009; Moscow Conferences on Computational Molecular Biology (Москва, Россия, 2007; 2009 гг); Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2008" (Москва, Россия, 2008); The 6th International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure (BGRS'2008, Novosibirsk, Russia, 2008); GARnet – SEB Symposium of experimental biologists (GARnet’08, Nottingham, UK, 2008); Autumn school for young scientists in system biology (Novosibirsk, Russia, 2008); The Eighth International Conference on System Biology (ICSB’07, Long Beach, California, USA) и другие. По тематике исследования получено свидетельство о государственной регистрации базы данных (Свидетельство №2006620170, июнь 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано: пять работ в рецензируемых журналах, одна – в рецензируемой коллективной монографии и одна – в учебном пособии по биоинформатике, семнадцать в трудах конференций, в том числе в трех зарубежных. Получен 1 сертификат Роспатента.



Pages:     || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие материалы:

«Меркулова Ольга Сергеевна ЛИШАЙНИКИ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ 03.00.24 — Микология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Санкт-Петербург – 2006 Работа выполнена в Лаборатории биогеографии и мониторинга биоразнообразия Института степи УрО РАН. Научный руководитель: кандидат географических наук Урбанавичюс Геннадий Пранасович Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Голубкова Нина Сергеевна доктор биологических ...»

«ЛУБЯНОВ Александр Александрович МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯТОРА РОСТА РАСТЕНИЙ СТИФУНА И ЕГО ПРОТЕКТОРНЫЕ СВОЙСТВА В УСЛОВИЯХ КАДМИЕВОГО СТРЕССА Специальность 03.00.04 - биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Уфа – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской Академии наук Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН Научный руководитель: кандидат биологических наук Яхин Олег Ильдусович Научный консультант: доктор биологических ...»

«ЛИТТИ Юрий Владимирович Анаэробное окисление аммония и метаногенез в системах аэробной очистки сточных вод с иммобилизацией микроорганизмов 03.02.03 – микробиология 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва - 2012 1 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт микробиологии им. С. Н. Виноградского Российской академии наук Научный руководитель: доктор ...»

«КОЗЛОВА Людмила Валерьевна Глюкан со смешанным типом связей и глюкуроноарабиноксилан в ходе роста корней и колеоптилей кукурузы (Zea mays L.) 03.01.05 – физиология и биохимия растений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук КАЗАНЬ 2012 2 Работа выполнена в лаборатории механизмов роста растительных клеток Федерального государственного бюджетного учреждения науки Казанского института биохимии и биофизики Казанского научного центра Российской академии наук ...»

«КИРИЛЮК Ольга Кузьминична ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СЕТИ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЭКОРЕГИОНА ДАУРСКАЯ СТЕПЬ Специальность 03.02.08 – экология (биология) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Хабаровск – 2011 Работа выполнена в лаборатории эколого-экономических исследований Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН и Государственном природном биосферном заповеднике Даурский Минприроды РФ ...»

«ХОДАК Юлия Александровна РНК-ПОЛИМЕРАЗА E.coli: ЭКСПРЕСС-МЕТОД ВЫДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОЧИСТЫХ ПРЕПАРАТОВ; НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 03.01.03 молекулярная биология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва 2011 Работа выполнена в отделе химии нуклеиновых кислот НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Научные кандидат химических наук руководители: ...»

«ИВАНЕНКОВ ЯН АНДРЕЕВИЧ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА МУЛЬТИПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ 03.01.04 – Биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Уфа – 2010 Работа выполнена в Исследовательском институте химического разнообразия (ИИХР) совместно с Учреждением Российской академии наук Институт физиологически активных веществ РАН (ИФАВ РАН) Научный руководитель доктор ...»

«ХАРЬКОВА Ольга Юрьевна ОРНИТОФАУНА ЮГА СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ: ВИДОВОЙ СОСТАВ, ДИНАМИКА И ОХРАНА 03.00.08 – зоология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2007 Диссертация выполнена на кафедре зоологии позвоночных Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Беме Ирина Рюриковна Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор ...»

«Гурия Константин Георгиевич АКУСТИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТРОМБООБРАЗОВАНИЯ И ФИБРИНОЛИЗА 03.01.02 – биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2012 Работа выполнена на кафедре Физики живых систем ФГАОУВПО Московский физико-технический институт (государственный университет) и в ФГБУ Гематологический научный центр МЗ РФ Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Гузеватых Александр Петрович Официальные ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.