Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения

Острое и ультрафиолетовое облучение проростков ячменя индуцировало увеличение числа хромосомных аберраций в вегетативной и генеративной меристемах, а также нарушений в микроспоро и микрогаметогенезе. Обнаружено усиление цитомиксиса, увеличение числа патологий в мейозе и тетрадах, возрастание полимо...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Цитология и генетика
Дата:	2009
Автор:	Кравец, Е.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України 2009
Теми:	Оригинальные работы
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66617
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения / Е.А. Кравец // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 1. — С. 11-22. — Бібліогр.: 52 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860240403310051328
author	Кравец, Е.А.
author_facet	Кравец, Е.А.
citation_txt	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения / Е.А. Кравец // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 1. — С. 11-22. — Бібліогр.: 52 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Цитология и генетика
description	Острое и ультрафиолетовое облучение проростков ячменя индуцировало увеличение числа хромосомных аберраций в вегетативной и генеративной меристемах, а также нарушений в микроспоро и микрогаметогенезе. Обнаружено усиление цитомиксиса, увеличение числа патологий в мейозе и тетрадах, возрастание полиморфизма и нарушений в развитии пыльцевых зерен. Повреждения, индуцируемые разными типами облучения, в основном различаются в количественном аспекте. Динамика формирования хромосомных аберраций в корневой меристеме обнаруживала обратную зависимость от дозы облучения. В диапазоне малых доз ультрафиолета индуцированные повреждения сохранялись в течение всего онтогенеза растений. С увеличением дозы облучения активизировались цитолитические процессы в предмейотической интерфазе, мейозе и при формировании тетрад, а также при завершении гаметогенеза. При максимальной экспозиции ультрафиолета и умеренных дозах гамма-облучения фертильность пыльцевых зерен восстанавливалась. Дегенерация микроспороцитов, микроспор и элементов пыльцевого зерна осуществлялась преимущественно по типу апоптоза. Наблюдаемый тип клеточной гибели, по-видимому, является автономным, индуцируемым самой клеточной популяцией. Полученные данные подтверждают идею о положительной роли клеточного отбора в механизмах восстановления и адаптации растений к мутагенным факторам. Гостре та ультрафіолетове опромінення проростків ячменя індукувало зростання кількості хромосомних аберацій у вегетативній і генеративній меристемах та патології в мікроспоро- і мікрогаметогенезі. Динаміка утворення хромосомних аберацій в кореневій меристемі виявляла зворотну залежність від дози опромінення. В діапазоні малих доз ультрафіолету індуковані пошкодження зберігались впродовж всього онтогенезу рослин. При збільшенні дози опромінення активізувалися цитолітичні процеси в предмейотичній інтерфазі та ранньому мейозі, що призводило до зменшення кількості патологій у гаметогенезі. При максимальній експозиції ультрафіолету та помірних дозах гаммаопромінення фертильність пилкових зерен відновлюва лась. Отримані дані підтверджують ідею про позитивну роль клітинного добору в механізмах відновлення та адаптації рослин до мутагенних чинників. Клітинна конкуренція за умов опромінення обмежує мутагенез, регулює стан і чисельність клітинних популяцій та сприяє відновленню фертильності рослин. The ionizing and UV B irradiation of barley seedlings results in an increase of a number of chromosome aberrations in vegetative and generative meristems as well as pathology in the microsporo- and microgametogenesis. Dynamics of chromosome aberration formatting in root meristem has the invert correlation to the dose of irradiation. Induced damages in the range of not significant doses of irradiation were discovered during the whole ontogenesis of the plants. The increase of irradiation dose has activated the cytolysis processes during pre meiotic interphase and early meiosis that caused the decrease of pollen grain pathology count. Fertility of pollen grains restored under the maximum exposition of ultraviolet and moderate doses of gamma irradiation. This may be result of cell competition. Cell competition under irradiation limits mutagenesis, regulates the condition and quantity of cell population, causes reparation of fertility and maintains homeostasis.
first_indexed	2025-12-07T18:29:30Z
format	Article
fulltext	УДК 581.331+581.162.4:572.226 Е.А. КРАВЕЦ Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, Киев Е�mail: elkrav@online.ua КЛЕТОЧНЫЕ И ТКАНЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ У HORDEUM DISTICHUM L. ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОБЛУЧЕНИЯ Острое и ультрафиолетовое облучение проростков яч� меня индуцировало увеличение числа хромосомных абер� раций в вегетативной и генеративной меристемах, а также нарушений в микроспоро� и микрогаметогенезе. Обнаружено усиление цитомиксиса, увеличение числа па� тологий в мейозе и тетрадах, возрастание полиморфиз� ма и нарушений в развитии пыльцевых зерен. Поврежде� ния, индуцируемые разными типами облучения, в основ� ном различаются в количественном аспекте. Динамика формирования хромосомных аберраций в корневой ме� ристеме обнаруживала обратную зависимость от дозы облучения. В диапазоне малых доз ультрафиолета инду� цированные повреждения сохранялись в течение всего онтогенеза растений. С увеличением дозы облучения ак� тивизировались цитолитические процессы в предмейо� тической интерфазе, мейозе и при формировании тет� рад, а также при завершении гаметогенеза. При макси� мальной экспозиции ультрафиолета и умеренных дозах гамма�облучения фертильность пыльцевых зерен восста� навливалась. Дегенерация микроспороцитов, микроспор и элементов пыльцевого зерна осуществлялась преиму� щественно по типу апоптоза. Наблюдаемый тип кле� точной гибели, по�видимому, является автономным, ин� дуцируемым самой клеточной популяцией. Полученные данные подтверждают идею о положительной роли кле� точного отбора в механизмах восстановления и адап� тации растений к мутагенным факторам. Введение. Концепция отбора была впервые перенесена на организменный уровень А. Вей� сманом, логически обосновавшим роль внут� риорганизменной конкуренции в развитии [1]. Большое влияние на расширение предс� тавлений о клеточном отборе оказала теория самоорганизации, указавшая на существова� ние прямых и обратных потоков информации (сверху вниз и от нижних уровней до верхних) и роль многоуровневых регуляций в поддер� жании гомеостаза и обеспечения управления развития [2–5]. За последние десятилетия ги� потеза клеточной конкуренции (отбора) полу� чила широкое развитие и применение в об� ласти иммунологии, неврологии, онкологии, а также в связи с изучением морфогенеза живот� ных. Как пример острой конкуренции между клетками рассматривается опухолевый рост [6, 7]. Показана важная роль клеточной кон� куренции в стабилизации процессов клеточ� ной дифференциации [8]. Наконец, клеточная конкуренция представляет собой один из ме� ханизмов элиминации мутантных клеток и их клонов [9, 10]. Применительно к морфогенезу феномен клеточной конкуренции был впервые обнаружен у дрозофилы (Drosophila melanogas� ter) [6] и описан в контексте соматических му� таций и апоптозной элиминации [9, 10]. Кле� точную конкуренцию наряду с морфогенети� ческим апоптозом стали рассматривать как тип клеточной гибели, имеющий решающее значе� ние для обеспечения нормального развития и поддержания здорового состояния различных органов [8, 11]. Реализация клеточной конку� ренции осуществляется через так называемый автономный апоптоз, который индуцируется снижением рецепции экстрацеллюлярного фак� тора Dpp (из TGF�beta суперсемейства, функ� ционирующих у дрозофилы как морфогенети� ческие, митотические и факторы выживания). В то же время морфогенетический апоптоз, яв� ляющийся неавтономным, запускается через межклеточную сигнализацию посредством то� го же фактора Dpp [12]. В настоящее время считают, что клеточная конкуренция является одним из механизмов гомеостаза, благодаря ко� торому определяются численность клеток и размеры растущей ткани, в том числе и при повреждениях, стабилизируется дифференциа� ция клеток, элиминируются мутации. У растений механизмы апоптоза и других типов клеточной гибели изучены слабо. В це� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 11 © Е.А. КРАВЕЦ, 2009 лом, изменения в морфологии клеток расте� ний, претерпевающих программируемую кле� точную гибель, сходны с изменениями при апоптозе у животных [13–17 и др.]. Полагают, что в механизмах апоптоза задействованы сиг� нальные пути, определяющие, в частности, оксидативный статус (образование активных форм кислорода, которые могут служить триг� герами апоптоза), гормональную регуляцию (например, через этилен и АБК, которые вли� яют на транскрипцию генов, связанных со старением и активацией апоптоза), метилиро� вание ДНК (через деметилирование сайтов ДНК, кодирующих апоптогенные белки) и др. [16, 17]. Механизмы фитогормональной регу� ляции апоптоза практически не изучены. Остаются неясными роль эпигенетических ме� ханизмов в апоптозной элиминации и клеточ� ном обновлении, механизмы отбора и элими� нации «нежелательных» клеток, а также зна� чение отбора для адаптации. Между тем репродуктивные органы пред� ставляют собой широкую арену, на которой раз� ворачиваются процессы клеточного отбора, сопровождающие избирательную дифферен� циацию клеток, элиминацию избыточных и не� востребованных половых клеток и органов. По мнению некоторых исследователей именно кле� точный отбор играет важную роль в процессах тканевой дифференцировки и адаптации расти� тельного организма [18]. В основе клеточной конкуренции могут лежать такие факторы, как гетерогенность и избыточность клеточной по� пуляции, а также дефицит ресурсов [2, 18, 20, 21]. Гетерогенность клеточных популяций (клеточный мозаицизм) может определяться эпигенетическим характером межклеточных различий (степенью гетерохроматизации ядер клеток, продолжительностью клеточного цик� ла, в том числе клеток разной плоидности, уве� личением или уменьшением количества ДНК через полиплоидизацию, анеуплоидизацию, амплификацию или редукцию определенных повторов, хромосом и т.д.). Клеточная конку� ренция может иметь место в восстановитель� ных процессах при радиационном воздействии. Показано, что устранение дефектных клеток может происходить как при формировании соматических тканей (путем диплонтного кле� точного отбора), так и генеративных органов и гаметофитов (через диплонтный и гаплонт� ный отборы) [22, 23]. Гаплонтный клеточный отбор имеет особое значение, поскольку спо� собствует освобождению половых клеток от мутационного груза через ликвидацию клеток, несущих рецессивные летальные мутации. Целью нашего исследования было изучение клеточных и тканевых механизмов восстано� вительных процессов в меристемах ячменя в ходе онтогенеза после воздействия облучения, а также выяснение роли клеточной конкурен� ции в восстановлении фертильности растений. Материал и методы. Объект исследования – ячмень двухрядный (Hordeum distichum L., 2n = = 14), сорт Скарлет французской селекции, урожая 2005 г., высокой чистоты, низкобелко� вый. Использовали три серии экспериментов. В первой, предварительной серии, определя� ли дозовую зависимость и эффективные дозы относительно генотоксического воздействия гамма�облучения. Для этого сухие зерновки облучали в дозах 10, 20, 30 и 40 Гр, затем прора� щивали в чашках Петри при температуре 25°С и на третьи сутки фиксировали при длине кор� ней в 2,5 см, что соответствовало второй вол� не митотических делений. Проростки характе� ризовали по ростовым и цитогенетическим параметрам: определяли число аберраций, кле� ток с микроядрами, полиплоидных клеток (в метафазах) в корневой меристеме. После оп� ределения генотоксичности используемых доз для дальнейших исследований были отобраны две дозы острого облучения – 20 и 40 Гр. Во второй серии экспериментов облученные в 20 и 40 Гр зерновки делили на две части: пер� вую часть проращивали в чашках Петри и на вторые, третьи и четвертые сутки после зама� чивания фиксировали для анализа первых ми� тозов в корневой меристеме проростков. Вто� рую часть облученных зерновок высаживали в грунт для изучения микроспорогенеза и раз� вития мужского гаметофита. В третьей серии экспериментов трехсуточные проростки на влажной фильтровальной бумаге облучали уль� трафиолетом лампой Philips TL 20 Вт, исполь� зуя светофильтр, отсекающий коротковолно� вый участок спектра ультрафиолета. Дозы об� лучения составляли 0,5; 2,2 и 4,3 кДж/м2 при интенсивности 0,5 Вт/м2. После облучения од� ну часть проростков, спустя 1 сут, фиксирова� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 112 Е.А. Кравец ли с интервалом в 24 ч, другую часть высажи� вали в грунт для оценки воздействия УФ�об� лучения на последующее развитие репродук� тивных органов. Для цитогенетического ана� лиза корневой меристемы проростков экспе� рименты были повторены дважды. В дальней� шем проводили темпоральную фиксацию ко� лосьев разной степени зрелости от стадии дифференциации спорогенной ткани и микро� спороцитов до созревания пыльцы. Для фикса� ции использовали смесь Навашина. Планирова� лось, что качественный и количественный ана� лиз нарушений и их динамики на последова� тельных этапах онтогенеза даст возможность проследить за клеточным отбором в ходе раз� вития вегетативной, генеративной меристем и пыльцевого зерна, а также оценить его роль в восстановительных процессах. Давленые препараты из корневых апексов изготовляли с использованием щелочной и ферментативной мацерации по общепринятой цитологической методике [24] и ее модифика� ции. Для окраски препаратов корневой мерис� темы применяли ацетоорсеин (смесь 9 частей красителя и 1 части 1 N HCl), содержимого пыльников – ацетокармин. Подсчет числа хро� мосомных аберраций проводили ана�телофаз� ным методом. Выборка составляла 8–10 кор� ней на вариант. Общий показатель аберраций и других нарушений на вариант выводили пу� тем объединения слагаемых выборок [25]. Для оценки состояния репродуктивной системы изучали формирование спорогенной ткани, микроспорогенез и микрогаметогенез, а также анализ зрелых пыльцевых зерен. Степень де� структивного цитомиксиса определяли по чис� лу разрушенных или аномальных микроспоро� цитов в поле зрения из содержимого пыльника. Объем выборок при анализе мейоза и тетрад микроспор составлял около 20 пыльников на стадию. Для каждого варианта было исследовано в среднем 50–70 пыльников с микроспороци� тами и по 20 пыльников для анализа развития пыльцевых зерен. Статистическую обработку данных проводили согласно рекомендациям Лакина [25], а также использовали функции программы Microsoft Excel. Результаты исследования и их обсуждение. Эффекты последействия УФ�Б� и острого облу� чения на корневую меристему проростков. Эф� фективными в отношении генотоксического действия оказались все использованные дозы острого и УФ�Б�облучения (рис. 1, таблица). Повышение дозы облучения приводило к воз� растанию числа хромосомных аберраций, микроядер и полиплоидных клеток, однако в диапазоне высоких доз число хромосомных аберраций, как правило, снижалось (рис. 1). Состояние меристемы внутри одного и того же варианта варьировало. Уровень спонтанного мутагенеза коррелировал с числом полиплоид� ных клеток, сохранивших способность к про� лиферации. В первом митозе число хромосом� ных аберраций было пропорционально дозе облучения, во втором митозе дозовая зависи� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 13 Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. Рис. 1. Зависимость цитогенетических параметров кор� невой меристемы от дозы гамма�облучения: по вер� тикали – показатели цитогенетических нарушений, %; по горизонтали – доза облучения, Гр Рис. 2. Динамика цитогенетических нарушений в ходе онтогенеза растений ячменя после УФ�Б�облучения: по вертикали – показатели нарушений, %; по горизон� тали – этапы онтогенеза: 1 – 1�й митоз в меристеме проростков, 2 – 2�й митоз в меристеме, 3 – споро� генная ткань (цитомиксис), 4 – тетрады, 5 – микро� споры, 6 – двухклеточные ПЗ, 7 – трехклеточные ПЗ мость изменялась (рис. 1 и 2, таблица). При максимальной экспозиции ультрафиолета и до� зе острого облучения в 40 Гр число аберраций снижалось параллельно с возрастанием числа дегенерирующих клеток. Элиминация клеток проходила по типу апоптоза, морфологически проявляющегося через сжатие протопласта, пикноз и фрагментацию хроматина, изоляцию клетки с последующей ее везикуляцией. Итак, с увеличением дозы острого и УФ�Б�облуче� ния число аберраций в первом митозе повыша� лось, а во втором снижалось, т.е. динамика об� разования хромосомных аберраций при раз� ных дозах облучения обнаруживала обратную зависимость от дозы. Это может достигаться за счет клеточного отбора, что подтверждается возрастанием числа дегенерирующих клеток. Влияние ультрафиолетового и острого облу� чения на репродуктивную систему. Ультрафио� летовое облучение проростков ячменя во мно� гих случаях индуцирует ускорение дифферен� циации половых элементов колоса (пыльников и пестика цветка). Воздействие острого облу� чения в этом отношении было неоднознач� ным. Повреждения, индуцируемые разными типами облучения, различались преимущест� венно в количественном отношении. Спектр нарушений был более широким при воздейст� вии высоких доз острого облучения. Однако в целом спектр цитологических нарушений ха� рактеризовался неспецифичностью. Микроспорогенез проходит по сукцессивному типу, свойственному злакам, с образованием тетрад изобилатерального строения. При ост� ром облучении в мета�анафазе первого и вто� рого делений мейоза в микроспороцитах об� наруживаются нарушения, указывающие на формирование хромосомных аберраций: от� сутствие конъюгации и преждевременное рас� хождение гомологов, образование мостов и выпадение отдельных хромосом или фрагмен� тов из веретена деления (рис. 4). Основным ти� пом патологии в микроспорогенезе в опытных вариантах является цитомиксис (рис. 5–7). По интенсивности цитомиксис можно подразде� лить на слабый (локальный), интенсивный и деструктивный [26]. Мы полагаем, что слабый цитомиксис является физиологической нормой для многих генотипов растений (например, пшеницы и ячменя). При воздействии стрессо� вых факторов локальный цитомиксис транс� формируется в интенсивный или деструктив� ный цитомиксис (ДЦ). Последний служит фор� мой устранения нежизнеспособной (или ненуж� ной), перегруженной нарушениями клеточной системы. В случае локального цитомиксиса в ранней профазе 1�го деления мейоза часть микроспо� роцитов соединяются в группы по 3–4 и более клеток межклеточными каналами, через кото� рые иногда проходят и отдельные петли хрома� тина. Такие контакты не влекут за собой де� структивных явлений и не имеют негативных последствий для дальнейшего хода мейоза (рис. 5). Напротив, клетки, не охваченные сетью кон� тактов, как правило, «выпадают из программы» развития, задерживаются в поздней профазе� метафазе первого деления мейоза и элиминиру� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 114 Е.А. Кравец Соотношение показателей цитогенетических нарушений, проц., в корневой меристеме проростков и генеративной сфере растений ячменя в процессе онтогенеза (Р = 0,05) Контроль к УФ�Б УФ�Б�1 – 0,5 кДж/м 2 УФ�Б�2 – 2,2 кДж/м 2 УФ�Б�3 – 4,3 кДж/м 2 Контроль к гамма�облучению Гамма�1 – 20 Гр Гамма�2 – 40 Гр 3,05 � 0,65 2,61 � 0,73 5,92 � 0,96 8,82 � 1,10 2,70 � 0,43 8,05 � 0,91 17,8 � 2,72 2,20 � 0,29 5,75 � 0,96 6,24 � 0,80 4,52 � 0,82 3,71 � 0,64 15,74 � 1,23 12,3 � 1,70 4,3 7,3 6,3 22,7 5,5 22,6 13,9 4,5 � 0,3 6,0 � 0,6 8,1 � 1,0 8,5 � 0,7 4,7 � 0,5 9,6 � 0,8 17,0 � 1,6 1,9 � 0,1 2,1 � 0,3 2,7 � 0,4 3,7 � 0,4 3,1 � 0,2 2,6 � 0,2 3,0 � 0,4 3,8 � 0,9 9,0 � 1,7 9,7 � 1,5 5,8 � 1,5 4,2 � 0,8 9,1 � 1,1 6,2 � 1,2 2,9 � 0,7 11,3 � 1,4 9,1 � 1,8 3,8 � 0,8 4,4 � 0,8 6,0 � 0,9 19,3 � 1,6 Доза облучения Клетки с аберрациями в 1�м митозе Клетки с аберрациями во 2�м митозе Корневая меристема Спорогенная ткань и стадии развития пыльцы Степень цито� миксиса Тетрады с аномалиями Стериль� ность микроспор Стериль� ность двухклеточ� ных ПЗ Стериль� ность трехклеточ� ных ПЗ ются. Локальный цитомиксис часто сопровож� дает дифференциацию микроспороцитов и ран� нюю профазу мейоза у контрольных растений ячменя. Деструктивным цитомиксисом в кон� трольных вариантах охватываются редуциро� ванные цветки терминальных (краевых) колос� ков колоса и недоразвитые колосья подгонов. В случае интенсивного цитомиксиса, кото� рый начинается еще с формирования спороген� ной ткани и предмейотической интерфазы и продолжается до окончания мейоза, в микро� спороцитах повышается «липкость» или «теку� честь» хроматина, появляется «блуждающий», или транзиторный, хроматин в виде тяжей, пе� ретекающих фрагментов ядра и хромосом, микроядер (рис. 6 и 7). В ядрах некоторых микроспороцитов в прометафазе происходит отделение одной или нескольких хромосом от основной метафазной пластинки. После дез� интеграции ядерной мембраны такие хромосо� мы могут перемещаться по клеткам, приводя к появлению сверхкомплексного хроматина и, соответственно, недокомплексации ядер клеток. В результате интенсивного цитомиксиса боль� шая или меньшая часть популяции микроспо� роцитов элиминируется. Интенсивный цито� миксис индуцируется облучением, гибридиза� цией и другими неблагоприятными факторами. При остром облучении и максимальной экспо� зиции ультрафиолета у ячменя интенсивный ци� томиксис может охватывать от 14 до 25 % микро� спороцитов (рис. 1 и 2, таблица). При этом большинство микроспороцитов завершает мей� оз с образованием тетрад микроспор (рис. 8). Деструктивный цитомиксис представляет собой патологический процесс, который свя� зан с дегенерацией значительной части попу� ляции микроспороцитов, иногда почти всего содержимого пыльника (рис. 7). ДЦ усложня� ет картину мейоза и может приводить к серьез� ным генетическим последствиям – возраста� нию стерильности и резкому снижению коли� чества пыльцевых зерен в пыльнике (рис. 9). Он встречается в варианте с высокими дозами острого, реже УФ�Б�облучения, охватывая дис� тальную часть пыльников. Чаще ДЦ наблюда� ется в редуцированных цветках терминальных частей колоса и недоразвитых колосьях. В об� щем случае ДЦ является способом устранения нежизнеспособной (или ненужной) клеточной системы. Переход от локального до деструктив� ного цитомиксиса может происходить в пре� делах одного и того же пыльника. Оболочка микроспороцитов, содержащая каллозу, не является барьером для миграции хроматина и органелл, поскольку пронизана межклеточными каналами [27–30], по кото� рым, кроме хроматина, переходят цитоплазма� тические органеллы, сигнальные молекулы, трофические факторы [31–34]. Полагают, что благодаря межклеточным контактам достигает� ся не только синхронизация мейоза, но и од� нородность клеточной популяции микроспо� роцитов, выравнивание качественного состо� яния пыльцевых зерен, необходимое для быс� трого и успешного опыления [27–30]. Интенсивный цитомиксис продолжается, как уже отмечалось, и на последующих стадиях ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 15 Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. Рис. 3. Динамика цитогенетических нарушений в хо� де онтогенеза растений ячменя при воздействии ост� рого облучения: по вертикали – показатели нарушений, %; по горизонтали – этапы онтогенеза: 1 – 1�й митоз в корневой меристеме проростков, 2 – 2�й митоз в ме� ристеме, 3 – спорогенная ткань, 4 – тетрады, 5 – микроспоры, 6 – двухклеточные ПЗ, 7 – трехклеточные ПЗ Рис. 4. Аномалии в анафазе первого мейоза микроспо� роцитов, указывающие на формирование хромосом� ных аберраций. Вариант с облучением в 40 Гр мейоза, вплоть до его завершения. При этом большая часть микроспороцитов проходит че� рез редукционное деление с образованием пра� вильных (рис. 8) или же в зависимости от до� зы и природы облучения генетически несба� лансированных тетрад, триад или диад (рис. 9 и таблица). В профазу мейоза вступают и мик� роспороциты, содержащие 1–2 микроядра, ко� торые в дальнейшем смещаются в перифери� ческую цитоплазму и могут, вероятно, вытал� киваться из клетки. В противном случае при за� вершении мейоза формируются микроспоры с микроядром. Считается, что сверхкомплексный транзиторный хроматин не входит в состав яд� ра клеток, через которые мигрирует, однако он может влиять на спорогенез. У ячменя сверх� комплексный хроматин обычно остается в составе синцитиев или элиминируется в меж� клеточном пространстве. «Недокомплектован� ность» микроспороцитов вероятно является причиной образования триад, карликовых мик� роспор и диад микроспор. Последние могут формировать гигантские микроспоры и пыль� цевые зерна. Деструктивный цитомиксис при� водит к элиминации значительной части мик� роспороцитов в пыльцевой камере и формиро� ванию полупустых или стерильных пыльников. Следует, однако, отметить, что у клейстогамных растений, к которым относится и изучаемый сорт ячменя, для успешного опыления единст� венной семяпочки достаточно совсем неболь� шое количество жизнеспособной пыльцы. Развитие пыльцевого зерна. В норме форми� рование мужского гаметофита у ячменя, как и у большинства культурных злаков, включает этапы роста и поляризации микроспоры, два последовательных митотических деления с образованием трехклеточного пыльцевого зер� на, содержащего пару стреловидных спермиев и вегетативную клетку, которая заполнена ами� лопластами. Облучение в большинстве вариан� тов приводит к возрастанию частоты отклоне� ний в структуре пыльцевого зерна и повыше� нию стерильности двух� или трехклеточной пыльцы (рис. 2 и 3, таблица). Отклонения в развитии обычно связаны с гетерогенностью в размерах, характером вакуолизации цитоплаз� мы и содержанием крахмала в амилопластах (рис. 10 и 11), реже – с недостаточностью син� теза цитоплазмы в микроспоре и вегетативной клетке. Наибольший вклад в возрастание поли� морфизма пыльцевых зерен вносит, по�види� мому, интенсивный цитомиксис. Снижение интенсивности синтеза цитоплаз� мы в микроспоре и вегетативной клетке может приводить к появлению «малоплазменных» двухъядерных или двухклеточных и трехкле� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 116 Е.А. Кравец Рис. 5. Телофаза 2 деления мейоза микроспороцитов. Контроль Рис. 6. Телофаза 2 деления мейоза микроспороцитов. Интенсивный цитомиксис. Вариант УФ�3 (4,3 кДж/м 2 ) Рис. 7. Деструктивный цитомиксис в дистальной час� ти пыльника. Вариант УФ�3 (4,3 кДж/м 2 ) точных пыльцевых зерен. Причина этих ано� малий связана с нарушением процессов вакуо� лизации и полярности в микроспоре или двух� клеточном пыльцевом зерне. В «малоплаз� менных» трехклеточных пыльцевых зернах спермии не завершают цикла своей дифферен� циации и остаются разрыхленными и округ� лыми. Некоторые зрелые пыльцевые зерна нормальной морфологии содержат дегенери� рующие агглютинированные спермии. При максимальной экспозиции ультрафиолета и гамма�облучении в 20 Гр стерильность зрелых пыльцевых зерен снижалась, что указывает на интенсификацию отбора. Стерильность микро� спор и пыльцевого зерна, вероятно, являются следствием нарушений в мейозе и несбаланси� рованности тетрад микроспор, что проявляется и после распада тетрад, а также в процессе формирования мужского гаметофита (рис. 2 и 3, таблица). Итак, реакция на облучение со стороны муж� ского гаметофита проявлялась в возрастании полиморфизма, расширении спектра и числа патологий развития пыльцевых зерен. Подоб� ные нарушения встречаются и у других гено� типов растений, в частности разных сортов ржи, особенно у тетраплоидных сортов при спон� танном и индуцированном мутагенезе [23]. Дегенерация микроспор, генеративной клетки, спермиев и ядра вегетативной клетки пыльце� вого зерна осуществляются по типу апоптоза. В количественном отношении между пока� зателями стерильности зрелой пыльцы и дозой ультрафиолета прослеживается обратная зави� симость. В диапазоне малых доз ультрафиоле� та индуцированные повреждения не устраня� ются клеточным отбором и сохраняются в те� чение всего онтогенеза. В результате число на� рушений на протяжении онтогенеза возрастает. С повышением дозы облучения усиливался цитомиксис, увеличивалось число нарушений в ходе мейоза и образование тетрад. Однако фертильность зрелых пыльцевых зерен при этом повышалась, что указывает на положительную зависимость между степенью цитомиксиса и фертильностью пыльцы в определенных диа� пазонах облучения (таблица, рис. 2 и 3). В ди� апазоне больших доз гамма�облучения (40 Гр) эффективность клеточного отбора оказывалась недостаточной и стерильность пыльцы повы� шалась (таблица, рис. 3, 9 и 11). Таким обра� зом, в реакции растений на облучение про� слеживается пороговый эффект (в случае низ� ких доз ультрафиолета) и эффект «насыщения» при высоких значениях гамма�облучения. Ультрафиолетовое и гамма�облучение, помимо прямого повреждения ДНК и других макро� молекул, запускает сигнальные пути, связан� ные с развитием окислительного стресса. Му� тагенный эффект низких доз ультрафиолета скорее всего связан именно с этим характером воздействия. Отмечено также фотоиндуциру� ющее влияние ультрафиолета�Б – через уско� рение дифференциации репродуктивных орга� нов [35]. В целом, с увеличением дозы облуче� ния наблюдается активизация апоптоза и сни� жение числа нарушений на стадиях микроспо� ры и гаметогенеза, что может достигаться за счет клеточного отбора. Интенсификация кле� точной конкуренции особенно заметна при смене программы развития – завершении диплофазы и начале спорогенеза, а также в ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 17 Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. Рис. 8. Образование тетрад в варианте с облучением в 20 Гр Рис. 9. Образование несбалансированных тетрад в ва� рианте с облучением в 40 Гр конце гаплофазы – при формировании гамет. Специального внимания, с нашей точки зре� ния, заслуживает цитомиксис как форма кле� точного отбора в спорогенной ткани и микро� спороцитах пыльника. Цитомиксис имеет особую значимость, поскольку обеспечивает подготовку, селекцию, а возможно, и репара� ционные процессы в инициалях мужских га� мет. В ходе локального цитомиксиса осущест� вляется пространственная непрерывность и единство микроспороцитов как ценоцитной системы пыльника [26–31]. Цитомиксис представляет собой довольно распространенное явление, однако его проис� хождение, значение, генетический контроль остаются неясными и даже спорными. Если в прошлом цитомиксис считался аномальным явлением [36], артефактом фиксации или ре� зультатом травматического вмешательства [37], то в настоящее время его рассматривают как нерегулярное цитологическое явление, сопро� вождающее микроспорогенез у покрытосемен� ных, а также сперматогенез у низших растений и животных [26–34, 38–41]. Стрессовые фак� торы – облучение, гибридизация, химические агенты (например колхицин) и гербициды, как правило, усиливают деструктивный характер цитомиксиса [38, 42–45]. Известно, что ин� тенсивность и частота цитомиксиса коррели� руют с генетической несбалансированностью клеток гибридов и мутациями, связанными со строением колоса [26, 38, 42]. Действительно, цитомиксис часто наблюдается у гаплоидов, анеуплоидов, триплоидов, полиплоидов, инцух� тированных линий, гибридов, мутантов, апо� миктов [38,42,46–49]. При этом цитомиксис может свидетельствовать об отдаленности и несовместимости геномов гибридов [48], нару� шении гомеостаза [42] или наличии мутации, обусловливающей мужскую стерильность [50]. Обычные условия среды, ее сезонные колеба� ния слабо влияют на цитомиксис, природа ко� торого, очевидно, находится под генетичес� ким контролем [43, 46]. Интенсивный или де� структивный цитомиксис усложняет картину мейоза и может приводить к серьезным гене� тическим последствиям: генетическому дисба� лансу микроспороцитов с последующим обра� зованием полиад, синцитиев, аберрантных мик� роспор и стерильных пыльцевых зерен. Одна� ко это свойственно в основном генетически нестабильным или стерильным формам. У ли� лии, например, было показано, что в период наибольшей «транзиторной» активности хро� матина – зиготене – пахитене профазы мейоза, при полностью открытых межклеточных кана� лах ядерная мембрана оставалась интактной, а микроспороциты как до, так и после «ядер� ных миграций» (nuclear transfer) сохраняли нормальное диплоидное число хромосом [30]. На основании анализа экспериментально� го материала [19, 20, 23 и др.] и данных лите� ратуры мы полагаем, что цитомиксис отражает механизмы клеточной конкуренции, в ходе которой клеточная популяция ограничивает число функционирующих микроспороцитов, регулируя избыточность, и избавляется от мута� ционного груза. В пользу этого предположения косвенно указывает, например, такой факт: у видов с крупными пыльниками и многочислен� ными микроспороцитами цитомиксис выражен сильнее, чем у видов с мелкими пыльниками ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 118 Е.А. Кравец Рис. 10. Гетерогенность пыльцевых зерен в варианте УФ�Б�2 (2,2 кДж/м 2 ) Рис. 11. Полиморфизм пыльцевых зерен в варианте с облучением в 40 Гр и малочисленными популяциями микроспоро� цитов [51]. Локальный цитомиксис может иметь особую значимость, обеспечивая подго� товку, селекцию, возможно и репарационные процессы в инициалях мужских гамет. Цито� миксис можно рассматривать и как форму го� ризонтального переноса информации. По на� шим данным, у гомозиготных самоопылителей, таких как ячмень и пшеница, цитомиксис вы� ражен сильнее, чем у перекрестников, напри� мер ржи. В связи с этим представляют интерес еще две точки зрения. Согласно одной из них [52] цитомиксис, обеспечивая синхронность развития, способствует одновременному соз� реванию пыльцы у видов с узким «окном» опыления и оплодотворения, к которым, преж� де всего, и относятся самоопылители. Соглас� но другой точке зрения [49] цитомиксис мо� жет увеличивать генетическое разнообразие, что необходимо самоопылителям и клейсто� гамным видам. Клеточный отбор в популяции микроспоро� цитов осуществляется через так называемый автономный апоптоз, который в отличие от морфогенетического апоптоза не запускается «сверху» (т.е. не программируется), а иницииру� ется самой клеточной популяцией микроспо� роцитов. По морфологической картине прояв� лений между этими двумя типами клеточной гибели, как и в целом при апоптозе у разных организмов, нет принципиальных различий. Так, наблюдаются те же агглютинация и фраг� ментация хроматина ядра, конденсация и сжа� тие протопласта, изоляция клетки (потеря кон� тактов). Что касается понятий программирован� ности и автономности апоптоза, то у расте� ний в силу особенностей организации расти� тельного организма, обусловливающей отно� сительно высокую степень свободы составля� ющих его компонентов, «суицидная» про� грамма может реализовываться не только в интересах организма, но ткани или органа. Вместе с тем клеточную конкуренцию в онто� генезе растений можно толковать более широ� ко, нежели апоптозная элиминация, как это и встречается у Лекявичюса [2] и Кунаха [18]. В таком случае в качестве клеточной конку� ренции можно рассматривать примеры вытес� нения одних, менее адаптированных к конк� ретным условиям ткани или органа, (эпи)ге� нотипов клеток другими, более адекватными. Заключение. Гамма� и УФ�Б�облучение проростков ячменя индуцировало увеличение числа хромосомных аберраций в вегетативной меристеме и патологии в ходе микроспороге� неза и развития пыльцевого зерна. Динамика образования хромосомных аберраций в кор� невой меристеме отрицательно коррелирует с дозой облучения, что может достигаться за счет клеточного отбора – это подтверждает� ся возрастанием процента дегенерирующих клеток. Реакция на облучение со стороны мужской генеративной сферы заключалась в усилении цитомиксиса в ходе микроспороге� неза, возрастании полиморфизма тетрад мик� роспор и патологии развития пыльцевых зе� рен. Повреждения, индуцируемые разными ти� пами облучения, в основном отличаются в ко� личественном аспекте. В диапазоне малых доз ультрафиолета индуцированные повреждения сохраняются в течение всего онтогенеза расте� ний. С увеличением дозы облучения наблюда� ется активизация апоптоза и изменение дина� мики формирования нарушений. Основным типом патологии и, одновременно, формой клеточной конкуренции при формировании репродуктивных органов ячменя является ци� томиксис как способ ограничения численнос� ти популяции микроспороцитов и элимина� ции мутантных клеток. Степень цитомиксиса, как это ни кажется парадоксальным, в конеч� ном счете регулирует не только количество, но качество необходимой для опыления пыль� цы. Дегенерация микроспор, генеративной клетки, спермиев и ядра вегетативной клетки также происходит по типу апоптоза. Наблюда� емый тип клеточной гибели, по�видимому, яв� ляется автономным, инициирующимся самой клеточной популяцией генеративной ткани. Клеточную конкуренцию в ходе репродуктив� ного развития можно рассматривать как фак� тор, который ограничивает мутагенез, регули� рует состояние и численность клеточной по� пуляции микроспороцитов, способствует вос� становлению фертильности и гомеостаза. Выводы. Гамма� и УФ�Б�облучение пророс� тков индуцировало увеличение числа хромо� сомных аберраций в вегетативной и генера� тивной меристемах, а также патологии в мик� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 19 Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. роспорогенезе и микрогаметогенезе. Динамика формирования хромосомных аберраций в кор� невой меристеме обнаруживала обратную за� висимость от дозы облучения. Повреждения, индуцируемые разными типами облучения, различаются в основном в количественном аспекте. Обнаружено усиление цитомиксиса, увеличение патологий в микроспорогенезе, возрастание полиморфизма пыльцы спектра и количества патологий развития пыльцевых зерен. В диапазоне малых доз ультрафиолета индуцированные повреждения сохранялись в течение всего онтогенеза растений. С увели� чением дозы облучения активизировались ци� толитические процессы. При максимальной экспозиции ультрафиолета и умеренных дозах гамма�облучения уровень cтерильности зре� лых пыльцевых зерен снижался. Степень ци� томиксиса положительно коррелировала с фертильностью пыльцы. Цитомиксис как тип клеточного отбора имеет особую значи� мость, поскольку обеспечивает подготовку, се� лекцию, возможно и репарационные процессы в инициалях мужских гамет. Предполагается, что благодаря цитомиксису регулируется и ограничивается число функционирующих микроспороцитов и осуществляется элимина� ция клеток с «генетическим грузом». Семенной материал был любезно предоставлен д�ром биол. наук Л.А. Лисневич (Институт физио� логии растений и генетики НАН Украины). Kravets E.A. CELLULAR AND TISSUE MECHANISMS OF RESTORATION PROCESSES IN HORDEUM DISTICHUM L. UNDER IRRADIATION. The ionizing and UV�B irradiation of barley seedlings results in an increase of a number of chromosome aberra� tions in vegetative and generative meristems as well as pathology in the microsporo� and microgametogenesis. Dynamics of chromosome aberration formatting in root meristem has the invert correlation to the dose of irradia� tion. Induced damages in the range of not significant doses of irradiation were discovered during the whole ontogene� sis of the plants. The increase of irradiation dose has acti� vated the cytolysis processes during pre�meiotic interphase and early meiosis that caused the decrease of pollen grain pathology count. Fertility of pollen grains restored under the maximum exposition of ultraviolet and moderate doses of gamma irradiation. This may be result of cell competi� tion. Cell competition under irradiation limits mutagene� sis, regulates the condition and quantity of cell population, causes reparation of fertility and maintains homeostasis. О.А. Кравець КЛІТИННІ ТА ТКАНИННІ МЕХАНІЗМИ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ У HORDEUM DISTICHUM L. ПІД ДІЄЮ ОПРОМІНЕННЯ Гостре та ультрафіолетове опромінення проростків ячменя індукувало зростання кількості хромосомних аберацій у вегетативній і генеративній меристемах та патології в мікроспоро� і мікрогаметогенезі. Динаміка утворення хромосомних аберацій в кореневій мерис� темі виявляла зворотну залежність від дози опромі� нення. В діапазоні малих доз ультрафіолету індуковані пошкодження зберігались впродовж всього онтогенезу рослин. При збільшенні дози опромінення активізува� лися цитолітичні процеси в предмейотичній інтерфазі та ранньому мейозі, що призводило до зменшення кількості патологій у гаметогенезі. При максимальній експозиції ультрафіолету та помірних дозах гамма� опромінення фертильність пилкових зерен відновлюва� лась. Отримані дані підтверджують ідею про позитив� ну роль клітинного добору в механізмах відновлення та адаптації рослин до мутагенних чинників. Клітин� на конкуренція за умов опромінення обмежує мутаге� нез, регулює стан і чисельність клітинних популяцій та сприяє відновленню фертильності рослин. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Назаров В.И. Эволюция не по Дарвину. Смена эво� люционной модели. Изд. 2�е. – М.: Изд. ЛКИ, 2007. – 520 c. 2. Лекявичюс Э. Элементы общей теории адаптации. – Вильнюс : Мокслас, 1986. –273 с. 3. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в не� равновесных системах. – М.: Мир,1979. – 242 c. 4. Пригожин И., Стенгерс И. От бытия к становле� нию. – М.: Мир, 1987. – 261 c. 5. Белоусов Л.В. Основы общей эмбриологии. – М.: Изд�во Моск. ун�та, 2005. – 367 с. 6. Díaz B., Moreno E. The competitive nature of cells // Exp. Cell Res. – 2005. – 306. – P. 317–322. 7. Moreno E., Basler K. dMyc transforms cells into super� competitors // Cell. – 2004. – 117. – P. 117– 129. 8. Moreno E. Discovery of «Programmed cell competition» among stem cells. Cellular Competition Group. Overview. Molecular Oncology Programme (update 31.03.2006) // http://www.cnio.es/ing/grupos /plantillas. 9. Li Wei, Baker N.E. Engulfment is required for cell competition // Сell. – 2007. – 129. – P. 1215–1225. 10. Tyler D.M., Li Wei, Zhuo Ning, Pellock B., Baker N.E. Genes affecting cell competition in Drosophila // Genetics. – 2007. – 175. – P. 643–657. ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 120 Е.А. Кравец 11. Gallant P. Myc, cell competition and compensatory pro� liferation // Cancer Res. – 2005. – 65. – P. 6485– 6487. 12. Yamada Takashi A., O’Connor M. B. Mechanisms for removal of developmentally abnormal cells : Cell com� petition and morphogenetic apoptosis // J. Biochem. – 2004. – 136, № 1. – P. 13–17. 13. Wu Hen�ming, Cheung Alice Y. Programmed cell death in plant reproduction // Plant Mol. Biol. – 2000. – 44. – P. 267–281. 14. Fath A., Bethke P.C, Jones R.L., Bellign M.V., Yoav N. Signalling in the cereal aleurone: hormones, reactive oxygen and cell death // New Phytol. – 2001.– № 1. – P. 99–107. 15. Greenberg J.T., Yao Nan. The role and regulation of programmed cell death in plant�pathogen interactions // Cell. Microbiol. – 2004. – 6, № 3. – P. 201–211. 16. Ванюшин Б.Ф. Апоптоз у растений // Усп. биол. химии. – 2001. – 41. – С. 3–38. 17. Vanyushin B.F., Bakeeva L.E., Zamyatnina V.A., Aleksan� drushkina N.I. Apoptosis in plants: specific features of plant apoptotic cells and effect of various factors and agents // Int. Rev. Cytol. – 2004. – 233. – P. 135–179. 18. Кунах В.А. Біотехнологія лікарських рослин. Гене� тичні та фізіолого�біохімічні основи. – Київ : Ло� гос, 2005. – 723 с. 19. Гродзинский Д.М., Кравец Е.А., Хведынич О.А., Коло� миец О.Д., Банникова В.П. Формирование репродук� тивной системы растений, подвергшихся воздей� ствию хронического облучения // Цитология и ге� нетика. – 1996. – 30, № 3. – С. 36–45. 20. Кравец Е.А., Коломиец О.Д., Фалинская Т.П., Грод� зинский Д.М. Цитомиксис и программируемая клеточная гибель в микроспорогенезе у мягкой пшеницы // Фактори експериментальної еволю� ції організмів. – Київ : Логос, 2006. – 3. – С. 384– 387. 21. Gaul H. Uber die Chmarenbildung in Gerstenpflanzen nach Rongenbestrahjung von Samen // Flora. – 1959. – 147, № 2. – P. 207–241. 22. Grodzinsky D.M., Kravetz E.A., Kolomietz O.D. Haplontic cell selection as reactive and adaptive action of plants at conditions of chronic irradiation // Proc. Int. sem. Envi� rontment protection. – Uzhorod, 1997. – 2. – P. 7–10. 23. Кравец Е.А. Роль гаплонтного отбора в механиз� мах стабилизации ди� и тетраплоидных генотипов ржи под воздействием гамма�облучения // Фактори експериментальної еволюції організмів. – Київ : Логос. – 2007. – 1. – С. 95–98. 24. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Колос, 1974. – 288 c. 25. Лакин Г.Ф. Биометрия. – М.: Высш. шк., 1990. – 352 c. 26. Кравченко Л.Н. Особенности мейоза у пшеницы и ее гибридов. – Кишинев : Штиинца, 1977. – 159 с. 27. Heslop�Harrison J. Cytoplasmic connections between angiosperms meiocytes // Ann. Bot. – 1966. – 30. – P. 221–230. 28. Heslop�Harrison J. Cytoplasmic continuity during spore formation in flowering plants // Endeavour. – 1966. – 25. – P. 65–72. 29. Welan E.D.P. Discontinuities in the callose wall, interme ocyte connections and cytomixis in angiosperm meio� cytes // Can. J. Bot. – 1974. – 52. – P. 1219–1224. 30. Quang�Qin Guo, Guo�Chang Zheng. Hypotheses for the function of intercellular bridges in male germ cell development and its cellular mechanisms // J. Theor. Biol. – 2004. – 229. – P. 139–146. 31. Zheng G.C., Yang Q.R., Zheng Y.R. The relationship between cytomixis and chromosome mutation and karyotype evolution in lily // Caryologia. – 1987. – 40. – P. 243–259. 32. Souza A.M., Pagliarini M.S. Cytomixis in Brassica napus var. Oleifera (Brassicaeae) // Cytologia. – 1997. – 62. – P. 25–29. 33. Risueno M.C., Gimenez�Martin G., Lopez�Saez J.F., R� Garsia M.I. Connexions between meiocytes in plants // Cytologia. – 1969. – 34. – P. 262–272. 34. Hecht N.B. Intercellular and intercellular transport of many germ cell mRNAs madiated by the DNA�bind� ing protein, testis�brain�RNA�binding protein (TB� RBP) // Mol. Reprod. Dev. – 2000. – 56. – P. 252– 253. 35. Кравец Е.А., Гродзинский Д.М., Гуща Н.И. Влияние УФ�Б облучения на репродуктивную функцию растений Hordeum vulgare L. // Цитология и гене� тика. – 2008. – 42, № 5. – С. 9–15. 36. Morisset P. Cytomixis in the pollen mother cells of Ononis (Leguminosae) // Can. J. Genet. Cytol. – 1978. – 20. – P. 383–388. 37. Takats S.T. Chromatin extrusion and DNA transfer during microsporogenesis // Chromosoma. – 1959. – 10. – P. 430–453. 38. Поддубная�Арнольди В.А. Цитоэмбриология покры� тосеменных растений. – М.: Наука, 1976. – 507 c. 39. Rezaglia K.S., Garbary D.J. Motile male gametes of land plants: diversity, development and evolution // Crit. Rev. Plant. Sci. – 2001. – 20. – P. 107–213. 40. Сarlson J.G., Handel M.A. Intracellular bridges and fac� tors determining their patterns in the grasshopper testis // J. Morphol. – 1988. – 196. – P. 173–185. 41. Ventela S., Toppari J., Parvinen M. Intercellular organelle traffic through cytoplasmic bridges in early spermatids of the rat: mechanisms of haploid gene product sharing // Mol. Biol. Cell. – 2003. –14. – P. 2768–2780. 42. Орлова И.Н. Цитомиксис // Эмбриология цветко� вых растений. Т.1. – СПб, 1994. – С. 115–117. 43. Bellucci M., Roscini C., Mariani A. Cytomixis in the pollen mother cells of Medicago sativa L. // J. Heredity. – 2003. – 94 (6). – P. 512–516. ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 21 Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. 44. Dwivedi N.K., Sikdar A.K., Jolly M.S., Susheelamma B.N., Suryanarayana N. Induction of tetraploidy in colchicine� induced mutant of mulberry. 1. Morphological and cytological studies in cultivar Kanva�2 // Indian J. Genet. – 1988. – 48. – P. 305–311. 45. Bobak M., Herich R. Cytomixis as a manifestation of pathological changes after the application of trifluraline // Nucleus. – 1978. – 21. – P. 22–26. 46. Bedi Y.S. Cytomixis in woody species // Proc. Indian Acad. Sci.(Plant Sci.). – 1990. – 100. – P. 233–238. 47. Mantu D.E., Sharma A.K. Cytomixis in pollen cells of an apomictric ornamental Ervatamia divaricata (L.) Alston // Cytologia. – 1982. – 48. – P. 201–207. 48. Шкутина Ф.М., Хвостова В.В. Цитологический анализ пшенично�ржаных амфидиплоидов // Экспериментальная полиплоидия в селекции рас� тений. – М., 1966. – С. 261. 49. Шнайдер Т.М. Особенности мейоза у отдаленных гибридов пшеницы, полученных с участием мутан� та ph // Цитология и генетика. – 1988. – 22, № 3. – С. 18–22. 50. Nirmala C., Kaul M.H. Male sterility in pea. 6. Gene action duplicity // Cytologia. – 59. – P. 195–201. 51. Owen H.A., Makaroff C.A. Ultrastucture of microsporo� genesis and microgametogenesis in Arabidopsis thaliana (L,) Heynh. Ecotype Wassilewskija (Brassicaceaea) // Protoplasma. – 1995. – 185. – P. 7–21. 52. Herrero M. Male and female synchrony and regulation of mating in flowering plants // Philos. Trans. R. Soc. London B. – 2003. – 358. – P. 1019–1024. Поступила 17.03.08 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 122 Е.А. Кравец
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-66617
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0564-3783
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:29:30Z
publishDate	2009
publisher	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
record_format	dspace
spelling	Кравец, Е.А. 2014-07-19T12:03:19Z 2014-07-19T12:03:19Z 2009 Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения / Е.А. Кравец // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 1. — С. 11-22. — Бібліогр.: 52 назв. — рос. 0564-3783 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66617 581.331+581.162.4:572.226 Острое и ультрафиолетовое облучение проростков ячменя индуцировало увеличение числа хромосомных аберраций в вегетативной и генеративной меристемах, а также нарушений в микроспоро и микрогаметогенезе. Обнаружено усиление цитомиксиса, увеличение числа патологий в мейозе и тетрадах, возрастание полиморфизма и нарушений в развитии пыльцевых зерен. Повреждения, индуцируемые разными типами облучения, в основном различаются в количественном аспекте. Динамика формирования хромосомных аберраций в корневой меристеме обнаруживала обратную зависимость от дозы облучения. В диапазоне малых доз ультрафиолета индуцированные повреждения сохранялись в течение всего онтогенеза растений. С увеличением дозы облучения активизировались цитолитические процессы в предмейотической интерфазе, мейозе и при формировании тетрад, а также при завершении гаметогенеза. При максимальной экспозиции ультрафиолета и умеренных дозах гамма-облучения фертильность пыльцевых зерен восстанавливалась. Дегенерация микроспороцитов, микроспор и элементов пыльцевого зерна осуществлялась преимущественно по типу апоптоза. Наблюдаемый тип клеточной гибели, по-видимому, является автономным, индуцируемым самой клеточной популяцией. Полученные данные подтверждают идею о положительной роли клеточного отбора в механизмах восстановления и адаптации растений к мутагенным факторам. Гостре та ультрафіолетове опромінення проростків ячменя індукувало зростання кількості хромосомних аберацій у вегетативній і генеративній меристемах та патології в мікроспоро- і мікрогаметогенезі. Динаміка утворення хромосомних аберацій в кореневій меристемі виявляла зворотну залежність від дози опромінення. В діапазоні малих доз ультрафіолету індуковані пошкодження зберігались впродовж всього онтогенезу рослин. При збільшенні дози опромінення активізувалися цитолітичні процеси в предмейотичній інтерфазі та ранньому мейозі, що призводило до зменшення кількості патологій у гаметогенезі. При максимальній експозиції ультрафіолету та помірних дозах гаммаопромінення фертильність пилкових зерен відновлюва лась. Отримані дані підтверджують ідею про позитивну роль клітинного добору в механізмах відновлення та адаптації рослин до мутагенних чинників. Клітинна конкуренція за умов опромінення обмежує мутагенез, регулює стан і чисельність клітинних популяцій та сприяє відновленню фертильності рослин. The ionizing and UV B irradiation of barley seedlings results in an increase of a number of chromosome aberrations in vegetative and generative meristems as well as pathology in the microsporo- and microgametogenesis. Dynamics of chromosome aberration formatting in root meristem has the invert correlation to the dose of irradiation. Induced damages in the range of not significant doses of irradiation were discovered during the whole ontogenesis of the plants. The increase of irradiation dose has activated the cytolysis processes during pre meiotic interphase and early meiosis that caused the decrease of pollen grain pathology count. Fertility of pollen grains restored under the maximum exposition of ultraviolet and moderate doses of gamma irradiation. This may be result of cell competition. Cell competition under irradiation limits mutagenesis, regulates the condition and quantity of cell population, causes reparation of fertility and maintains homeostasis. Семенной материал был любезно предоставлен д-ром биол. наук Л.А. Лисневич (Институт физиологии растений и генетики НАН Украины). ru Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України Цитология и генетика Оригинальные работы Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения Клітинні та тканинні механізми відновлювальних процесів у Hordeum distichum L. під дією опромінення Cellular and tissue mechanisms of restoration processes in Hordeum distichum L. under irradiation Article published earlier
spellingShingle	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения Кравец, Е.А. Оригинальные работы
title	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения
title_alt	Клітинні та тканинні механізми відновлювальних процесів у Hordeum distichum L. під дією опромінення Cellular and tissue mechanisms of restoration processes in Hordeum distichum L. under irradiation
title_full	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения
title_fullStr	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения
title_full_unstemmed	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения
title_short	Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения
title_sort	клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у hordeum distichum l. при воздействии облучения
topic	Оригинальные работы
topic_facet	Оригинальные работы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66617
work_keys_str_mv	AT kravecea kletočnyeitkanevyemehanizmyvosstanovitelʹnyhprocessovuhordeumdistichumlprivozdeistviioblučeniâ AT kravecea klítinnítatkaninnímehanízmivídnovlûvalʹnihprocesívuhordeumdistichumlpíddíêûopromínennâ AT kravecea cellularandtissuemechanismsofrestorationprocessesinhordeumdistichumlunderirradiation

Клеточные и тканевые механизмы восстановительных процессов у Hordeum distichum L. при воздействии облучения

Репозитарії

Схожі ресурси