Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях
Исследована цитогенетическая активность хиральных нитрозоалкилмочевин и специфика их действия на хромосомы клеток озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Впервые проведен сравнительный анализ цитогенетической активности хиральных нитрозоалкилмочевин – S(+)1-N-нитрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилмо...
Saved in:
| Published in: | Цитология и генетика |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66852 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях / В.В. Моргун, Е.А. Ларченко, Р.Г. Костновский, А.М. Катеринчук // Цитология и генетика. — 2011. — Т. 45, № 4. — С. 36-43. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-66852 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Моргун, В.В. Ларченко, Е.А. Костновский, Р.Г. Катеринчук, А.М. 2014-07-23T15:40:11Z 2014-07-23T15:40:11Z 2011 Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях / В.В. Моргун, Е.А. Ларченко, Р.Г. Костновский, А.М. Катеринчук // Цитология и генетика. — 2011. — Т. 45, № 4. — С. 36-43. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0564-3783 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66852 575.24:631.528:633.15 Исследована цитогенетическая активность хиральных нитрозоалкилмочевин и специфика их действия на хромосомы клеток озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Впервые проведен сравнительный анализ цитогенетической активности хиральных нитрозоалкилмочевин – S(+)1-N-нитрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилмочевины (S(+)НMвБМ) и R(–)1-N-нитрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилмочевины (R(–)НMвБМ) на высших растениях. По частоте хромосомных аберраций стереоизомер S(+) активнее стереоизомера R(–) почти в два раза. Кроме типичных анафазных аберраций (фрагменты, мосты, отстающие хромосомы), выявлены другие многочисленные патологии митозов: К-митозы, гиперспирализация и деспирализация хромосом, неравномерное распределение хромосом между дочерними ядрами, массовая фрагментация, нерасхождение и слипание хромосом, трехполюсные митозы и др. При воздействии нитрозоэтилмочевины и гамма-лучей такие патологии не обнаружены. Досліджено цитогенетичну активність хіральних нітрозоалкілсечовин та специфіку їхньої дії на хромосоми клітин озимої м’якої пшениці (Triticum aestivum L.). Вперше проведено порівняльний аналіз цитогенетичної активності хіральних нітрозоалкілсечовин – S(+)1-N-нітрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилсечовини (S(+)НMвБМ) та R(–)1-N-нітрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилсечовини (R(–)НMвБМ) на вищих рослинах. За частотою хромосомних аберацій стереоізомер S(+) активніше стереоізомера R(–) майже у два рази. Крім типових анафазних аберацій (фрагменти, мости, відстаючі хромосоми), виявлено інші численні патології мітозів: К-мітози, гіперспіралізація та деспіралізація хромосом, нерівномірний розподіл хромосом між дочірніми ядрами, масова фрагментація, нерозходження і злипання хромосом, триполюсні мітози та ін. При дії нітроетилсечовини та гамма-променів такі патології не виявлені. The paper covers investigation of cytogenetic activity of chiral mutagens and their specific effects on the plant cells chromosomes of soft winter wheat (Triticum aestivum L.). Сomparative analysis of cytogenetic activity of chiral NEU: S(+)1-N-nitroso-1-N-methyl-3-N-sec-buthylureas (S(+)NMsBU) and R(–)1-N-nitroso-1N-methyl-3-N-sec-buthylureas (R(–)NMsBU) on winter wheat was performed. As it was shown by the frequency of chromosomal aberrations the S(+) stereoisomer was twice more active than R(–). In addition to typical anaphase aberrations (fragments, bridges, lagging chromosomes) the numerous mitosis pathologies were revealed – K-mitoses, hyperspiralization and despiralization of chromosomes, unequal allocation of chromosomes between the daughter nuclei, mass fragmentation, nondisjunction and chromosome adhesion, three-pole mitoses, etc. Neither of the mentioned pathologies was observed under the action of NEU and gamma-rays. ru Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України Цитология и генетика Оригинальные работы Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях Хіральні мутагени: цитогенетичні ефекти на вищих рослинах The chiral mutagens: cytogenetic effects on higher plants Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях |
| spellingShingle |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях Моргун, В.В. Ларченко, Е.А. Костновский, Р.Г. Катеринчук, А.М. Оригинальные работы |
| title_short |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях |
| title_full |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях |
| title_fullStr |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях |
| title_full_unstemmed |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях |
| title_sort |
хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях |
| author |
Моргун, В.В. Ларченко, Е.А. Костновский, Р.Г. Катеринчук, А.М. |
| author_facet |
Моргун, В.В. Ларченко, Е.А. Костновский, Р.Г. Катеринчук, А.М. |
| topic |
Оригинальные работы |
| topic_facet |
Оригинальные работы |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Цитология и генетика |
| publisher |
Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Хіральні мутагени: цитогенетичні ефекти на вищих рослинах The chiral mutagens: cytogenetic effects on higher plants |
| description |
Исследована цитогенетическая активность хиральных нитрозоалкилмочевин и специфика их действия на хромосомы клеток озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.). Впервые проведен сравнительный анализ цитогенетической активности хиральных нитрозоалкилмочевин – S(+)1-N-нитрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилмочевины (S(+)НMвБМ) и R(–)1-N-нитрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилмочевины (R(–)НMвБМ) на высших растениях. По частоте хромосомных аберраций стереоизомер S(+) активнее стереоизомера R(–) почти в два раза. Кроме типичных анафазных аберраций (фрагменты, мосты, отстающие хромосомы), выявлены другие многочисленные патологии митозов: К-митозы, гиперспирализация и деспирализация хромосом, неравномерное распределение хромосом между дочерними ядрами, массовая фрагментация, нерасхождение и слипание хромосом, трехполюсные митозы и др. При воздействии нитрозоэтилмочевины и гамма-лучей такие патологии не обнаружены.
Досліджено цитогенетичну активність хіральних нітрозоалкілсечовин та специфіку їхньої дії на хромосоми клітин озимої м’якої пшениці (Triticum aestivum L.). Вперше проведено порівняльний аналіз цитогенетичної активності хіральних нітрозоалкілсечовин – S(+)1-N-нітрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилсечовини (S(+)НMвБМ) та R(–)1-N-нітрозо-1-N-метил-3-N-втор-бутилсечовини (R(–)НMвБМ) на вищих рослинах. За частотою хромосомних аберацій стереоізомер S(+) активніше стереоізомера R(–) майже у два рази. Крім типових анафазних аберацій (фрагменти, мости, відстаючі хромосоми), виявлено інші численні патології мітозів: К-мітози, гіперспіралізація та деспіралізація хромосом, нерівномірний розподіл хромосом між дочірніми ядрами, масова фрагментація, нерозходження і злипання хромосом, триполюсні мітози та ін. При дії нітроетилсечовини та гамма-променів такі патології не виявлені.
The paper covers investigation of cytogenetic activity of chiral mutagens and their specific effects on the plant cells chromosomes of soft winter wheat (Triticum aestivum L.). Сomparative analysis of cytogenetic activity of chiral NEU: S(+)1-N-nitroso-1-N-methyl-3-N-sec-buthylureas (S(+)NMsBU) and R(–)1-N-nitroso-1N-methyl-3-N-sec-buthylureas (R(–)NMsBU) on winter wheat was performed. As it was shown by the frequency of chromosomal aberrations the S(+) stereoisomer was twice more active than R(–). In addition to typical anaphase aberrations (fragments, bridges, lagging chromosomes) the numerous mitosis pathologies were revealed – K-mitoses, hyperspiralization and despiralization of chromosomes, unequal allocation of chromosomes between the daughter nuclei, mass fragmentation, nondisjunction and chromosome adhesion, three-pole mitoses, etc. Neither of the mentioned pathologies was observed under the action of NEU and gamma-rays.
|
| issn |
0564-3783 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66852 |
| citation_txt |
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях / В.В. Моргун, Е.А. Ларченко, Р.Г. Костновский, А.М. Катеринчук // Цитология и генетика. — 2011. — Т. 45, № 4. — С. 36-43. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT morgunvv hiralʹnyemutagenycitogenetičeskieéffektynavysšihrasteniâh AT larčenkoea hiralʹnyemutagenycitogenetičeskieéffektynavysšihrasteniâh AT kostnovskiirg hiralʹnyemutagenycitogenetičeskieéffektynavysšihrasteniâh AT katerinčukam hiralʹnyemutagenycitogenetičeskieéffektynavysšihrasteniâh AT morgunvv híralʹnímutagenicitogenetičníefektinaviŝihroslinah AT larčenkoea híralʹnímutagenicitogenetičníefektinaviŝihroslinah AT kostnovskiirg híralʹnímutagenicitogenetičníefektinaviŝihroslinah AT katerinčukam híralʹnímutagenicitogenetičníefektinaviŝihroslinah AT morgunvv thechiralmutagenscytogeneticeffectsonhigherplants AT larčenkoea thechiralmutagenscytogeneticeffectsonhigherplants AT kostnovskiirg thechiralmutagenscytogeneticeffectsonhigherplants AT katerinčukam thechiralmutagenscytogeneticeffectsonhigherplants |
| first_indexed |
2025-11-24T21:03:28Z |
| last_indexed |
2025-11-24T21:03:28Z |
| _version_ |
1850497451600904192 |
| fulltext |
УДК 575.24:631.528:633.15
В.В. МОРГУН 1, Е.А. ЛАРЧЕНКО 1,
Р.Г. КОСТЯНОВСКИЙ 2, А.М. КАТЕРИНЧУК 1
1 Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев
Е&mail: katerynchuks@mail.ru
2 Институт химической физики РАН, Москва
ХИРАЛЬНЫЕ МУТАГЕНЫ:
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
НА ВЫСШИХ РАСТЕНИЯХ
Исследована цитогенетическая активность хираль�
ных нитрозоалкилмочевин и специфика их действия
на хромосомы клеток озимой мягкой пшеницы (Triticum
aestivum L.). Впервые проведен сравнительный анализ
цитогенетической активности хиральных нитрозоал�
килмочевин – S(+)1�N�нитрозо�1�N�метил�3�N�втор�
бутилмочевины (S(+)НMвБМ) и R(–)1�N�нитрозо�1�
N�метил�3�N�втор�бутилмочевины (R(–)НMвБМ) на
высших растениях. По частоте хромосомных аберраций
стереоизомер S(+) активнее стереоизомера R(–) почти
в два раза. Кроме типичных анафазных аберраций
(фрагменты, мосты, отстающие хромосомы), выявлены
другие многочисленные патологии митозов: К�митозы,
гиперспирализация и деспирализация хромосом, неравно�
мерное распределение хромосом между дочерними ядра�
ми, массовая фрагментация, нерасхождение и слипание
хромосом, трехполюсные митозы и др. При воздействии
нитрозоэтилмочевины и гамма�лучей такие патологии
не обнаружены.
Введение. Важное направление исследова�
ний в области экспериментального мутагенеза
и мутационной селекции растений – это по�
иск новых мутагенов и изучение специфики
их действия для получения ценных мутаций.
Исследования американских и японских уче�
ных в области асимметричного синтеза молекул
и зеркального катализа, отмеченные Нобелев�
ской премией в 2001 г., показали, что одни и
те же соединения в зависимости от простран�
ственной структуры молекул могут вызывать
различный эффект.
Оптическая стереоизомерия, или хираль�
ность (асимметричность), характерна для боль�
шинства находящихся в природе молекул, ко�
торые могут существовать в двух структурно
идентичных формах – стереоизомерах. У био�
логических объектов активным, как правило,
является один из стереоизомеров, к примеру,
аминокислоты – левовращающие стереоизо�
меры, сахара и нуклеиновые кислоты – право�
вращающие.
Хиральность стереоизомеров является важ�
ным признаком при синтезе различных соеди�
нений, в том числе широко используемых в
сельском хозяйстве средств защиты растений –
гербицидов, инсектицидов и фунгицидов.
Отдельным классом химических соедине�
ний являются супермутагены (нитрозоалкил�
мочевины, азаридины, диалкилсульфаты, ди�
азокетоны и др.), широко используемые в му�
тационной селекции растений с целью рас�
ширения наследственной изменчивости.
Возможность индуцировать мутации с по�
мощью химических соединений одновременно
и независимо открыта Рапопортом в СССР [1]
и Ауэрбах с соавт. в Англии [2]. Важно отме�
тить, что в некоторых случаях выделены и
идентифицированы продукты алкилирования
ДНК химическими мутагенами [3–5]. Рапо�
порт [6] интенсивно развивал исследования,
связанные с поиском новых химических мута�
генов и применением их в селекции сортов и
гибридов культурных растений. Высокая эф�
фективность метода подтверждена широкомас�
штабными испытаниями и полученными ре�
зультатами [7–10]. На основании индуцирован�
ных мутаций в мире создано свыше 3000 му�
тантных сортов различных культур [11].
Институт физиологии растений и генетики
НАН Украины имеет большой опыт в изуче�
нии и использовании методов эксперимен�
ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 436
© В.В. МОРГУН, Е.А. ЛАРЧЕНКО, Р.Г. КОСТЯНОВСКИЙ,
А.М. КАТЕРИНЧУК, 2011
тального мутагенеза в мутационной селекции
растений. Впервые на растениях была иссле�
дована мутагенная активность таких нитрозо�
алкилмочевин, как нитрозодиметилмочевина,
нитрозодиэтилмочевина, нитрозометилбиу�
рет, нитрозогуанидин и ряд мутагенов класса
диазокетонов [12], а также создано более
70 новых мутантных сортов озимой пшеницы,
гибридов кукурузы и других культур [13].
Большинство химических мутагенов явля�
ются ахиральными соединениями, и незначи�
тельное их количество изучено лишь в раце�
мической форме (�), среди которых азариди�
ны, нервнопаралитический газ зарин [14].
Следует отметить, что зарин и его (+) и (–)�
аналоги по токсичности значительно различа�
ются между собой [15]. Хиральными являются
отдельные нитрозоалкилмочевины, обладаю�
щие противоопухолевой активностью [16].
Высокая мутагенная активность хиральных
нитрозоалкилмочевин при низкой их цито�
токсичности показана на Е. сoli [17]. На выс�
ших растениях генетическая активность (+) и
(–)�стереоизомеров хиральных мутагенов ра�
нее не изучалась.
Целью нашей работы было исследование
цитогенетической активности хиральных нитро�
зоалкилмочевин и специфики их действия на
хромосомный аппарат клеток растений ози�
мой мягкой пшеницы.
Материалы и методы. Материалом для ис�
следований служили семена двух сортов ози�
мой мягкой пшеницы: сорт Federer чешской
селекции и отечественный сорт Кирена (Рок�
солана). Хиральные мутагены S(+)1�N�нитро�
зо�1�N�метил�3�N�втор�бутилмочевину
(S(+)НMвБМ) и R(–)1�N�нитрозо�1�N�ме�
тил�3�N�втор�бутилмочевину (R(–)НMвБМ)
синтезировали в лаборатории стереохимии
Института химической физики РАН (Моск�
ва). Семена двух сортов озимой пшеницы по
1000 зерен в каждом варианте опыта обрабаты�
вали хиральными мутагенами R(–)(НMвБМ)
и S(+)(НMвБМ) в концентрациях 0,005; 0,01;
0,03; 0,05 % по методике [18]. Для сравнения
в опытах использовали известные и хорошо
изученные мутагены: нитрозоэтилмочевину
(НЭМ) в оптимальных концентрациях 0,0125
и 0,025 % и гамма�лучи в дозе 100 Гр. Экспо�
зиция при обработке семян химическими му�
тагенами составила 18 ч. После обработки се�
мена промывали проточной водой, высевали
в поле для получения последующих поколе�
ний растений и учета видимых мутаций, а
также по 100 семян в чашки Петри для иссле�
дований цитогенетического действия мутаге�
нов. В каждом опытном варианте анализиро�
вали не менее 50 зародышевых корешков дли�
ной до 1,0 см, фиксированных в растворе
ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 4 37
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях
Таблица 1
Частота анафаз с хромосомными аберрациями после
воздействия мутагенами на семена озимой пшеницы
* Разница существенна при Р0,05 в сравнениях: сорт
Federer: 1 – (2–12); 2 – (11,12); 3 – (7–12); 4–(5,6); 5,6 –
(9–12); 7 – (11,12); сорт Кирена: 1 – (2–12); 2 – (7–12);
3 – (6–12); 4 – (10–12); 5 – (9–12); 5–8 – (11,12)
Но�
мер
опыта
Мутаген, концентра�
ция, %
Изучено
анафаз,
шт. шт. %
Анафаз с аберрация�
Сорт озимой пшеницы Federer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Вода, контроль
Гамма�лучи, 100 Гр
НЭМ
0,0125
0,025
R(–)НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
S(+)НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
289
408
380
259
1238
885
932
813
646
658
512
452
2
47
30
41
63
57
112
125
87
92
86
87
0,7 ± 0,49
11,5 ± 1,58 *
7,9 ± 1,38 *
15,8 ± 2,27 *
5,1 ± 0,63 *
6,4 ± 0,82 *
12,0 ± 1,06 *
15,4 ± 1,27 *
13,5 ± 1,34 *
14,0 ± 1,35 *
16,8 ± 1,65 *
19,2 ± 1,85 *
Сорт озимой пшеницы Кирена
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Вода, контроль
Гамма�лучи, 100 Гр
НЭМ
0,0125
0,025
R(–НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
S(+) НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
693
789
763
389
681
290
422
415
376
434
490
629
7
126
84
68
97
61
92
91
82
110
149
194
1,0 ± 0,38
15,9 ± 1,30 *
11,0 ± 1,13 *
17,5 ± 1,93 *
14,2 ± 1,34 *
21,0 ± 2,39 *
21,8 ± 2,01 *
21,9 ± 2,03 *
21,8 ± 2,13 *
25,3 ± 2,09 *
30,4 ± 2,08 *
30,8 ± 1,84 *
Карнуа (смесь спирта и ледяной уксусной
кислоты 3:1) в период митоза. Фиксирован�
ный материал хранили в 70 ° спирте при тем�
пературе 2 °С. Структурные изменения хромо�
сом и патологии митозов учитывали в анафа�
зах и других фазах митотического цикла. Ци�
тологические препараты готовили по методи�
ке [19].
Результаты исследований и их обсуждение.
Процессы, протекающие непосредственно
после мутагенного воздействия, приводят к
различным хромосомным перестройкам.
Новые хиральные мутагены, как и широко
используемые в мутационной селекции расте�
ний НЭМ и гамма�лучи, вызывают существен�
ные по сравнению с контролем изменения в
митотических клетках. В опытных вариантах
частота анафаз с типичными хромосомными
аберрациями зависела от мутагена, его концен�
трации, генотипа сорта и составляла 5,1–30,8 %
(табл. 1). Максимальная частота анафаз с абер�
рациями при воздействии R(–)НМвБМ сос�
тавляла 15,4 % (сорт Federer) и 21,9 % (сорт
Кирена) при максимальной частоте 15,8 и
17,5 %, индуцированной НЭМ. Существенная
разница в сравнении с НЭМ выявлена у сорта
Кирена при концентрациях R(–)НМвБМ
0,03 и 0,05 %.
Хиральная S(+)НМвБМ активнее НЭМ,
максимальная частота анафаз с аберрациями
составила 19,2 % при 15,8 % на сорте Federer и
21,8–30,8 % против 11,0–17,5 % (сорт Кирена)
соответственно. Влияние генотипа на мутаци�
онную изменчивость неоднократно было по�
казано на многих культурах [6, 10]. По частоте
анафаз с аберрациями хиральная S(+)НМвБМ
в концентрациях 0,005 и 0,01 % более чем в
два раза активнее R(–)НМвБМ на сорте
Federer и существенно активнее при концент�
рациях 0,03 и 0,05 % на сорте Кирена (табл. 1).
Следует отметить, что при действии хираль�
ных нитрозоалкилмочевин R(–)НМвБМ и
S(+)НМвБМ с повышением концентрации
частота анафаз с аберрациями повышается,
однако между отдельными промежуточными
концентрациями разница не является сущест�
венной.
Во многих анафазах, особенно в опытных
вариантах с хиральными мутагенами, выявле�
ны не единичные, а множественные аберра�
ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 438
В.В. Моргун, Е.А. Ларченко, Р.Г. Костяновский, А.М. Катеринчук
Рис. 1. Частота хромосомных аберраций (по вертикали,
%) в делящихся клетках после воздействия хиральными
нитрозоалкилмочевинами на сорта озимой пшеницы
Federer (а) и Кирена (б). По горизонтали – концентра�
ция мутагена, %
Рис. 2. Общий вид мито�
зов пшеницы: а – конт�
роль; б – анафаза, в – ме�
тафаза
Рис. 3. Массовая фрагментация хромосом в клетке: а,
б – S(+)НМвБС, сорт Federer
ции, такие как фрагменты, мосты, отстаю�
щие хромосомы (табл. 2). Общая частота та�
ких аберраций на 100 анафаз в вариантах
R(–)НМвБМ и S(+)НМвБМ при концентра�
ции мутагенов 0,05 наиболее высока и состав�
ляет 20,0 и 31,7 % у сорта Federer и 28,0 и
37,7 % у сорта Кирена соответственно (рис. 1).
С целью выявления особенностей действия
новых хиральных мутагенов нами изучен
спектр хромосомных аберраций и другие па�
тологии митозов. Общий вид митозов пшени�
цы в контроле показан на рис. 2. В опытных
вариантах с хиральными мутагенами нами вы�
явлены такие повреждения хромосом и пато�
логии митозов как массовая фрагментация
хромосом (рис. 3), мосты хроматидные и хро�
мосомные (рис. 4), образование микроядер
(рис. 5), неравномерное расхождение хромосом
(рис. 7), гиперспирализиция и слипание хро�
мосом (рис. 8), полиплоидные клетки (рис. 9),
ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 4 39
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях
Таблица 2
Спектр хромосомных аберраций в анафазах митозов после воздействия мутагенами на семена озимой пшеницы, %
* Разница существенна при Р0,05 в сравнениях: сорт Federer: 1–(2–12); 2–(5, 10–12); 3–(4,7,8); 4–(5,6,11,12);
5–(7–12); 6–(7–12); 7–(10–12); сорт Кирена: 1–(2–12); 2–(7–12); 3–(6–12); 4–(6–12); 5–(6–12); 6–(11,12);
7–(12); 8–(11,12); 9–(11,12).
Номер
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Вода, контроль
Гамма�лучи, 100 Гр
НЭМ
0,0125
0,025
R(–)НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
S(+)НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
0
7,1 ± 1,27
5,0 ± 1,12
14,7 ± 2,2
4,0 ± 0,56
4,0 ± 0,66
12,4 ± 1,08
12,8 ± 1,17
10,2 ± 1,19
13,7 ± 1,34
15,2 ± 1,59
19,2 ± 1,85
0,7 ± 0,49
5,3 ± 1,11
3,2 ± 0,9
3,0 ± 1,06
1,7 ± 0,37
2,8 ± 0,55
3,6 ± 0,61
7,1 ± 0,9
6,0 ± 0,93
7,5 ± 1,03
5,1 ± 0,97
9,4 ± 0,37
0
0
0
0
0
0
0,5 ± 0,23
0
0
0
4,5 ± 0,92
1,8 ± 0,63
0
0
0
0
0
0
0
0,1 ± 0,11
0
0,2 ± 0,17
0
1,3 ± 0,53
0,7 ± 0,49
12,4 ± 1,63 *
8,2 ± 41 *
17,7 ± 2,37 *
5,7 ± 0,66 *
6,8 ± 0,85 *
16,5 ± 1,21 *
20,0 ± 1,40 *
16,2 ± 1,45 *
21,4 ± 1,60 *
24,8 ± 1,91 *
31,7 ± 2,19 *
Мутаген,
концентрация
Ацентрические
фрагменты
Мосты
хроматидные,
хромосомные
Отстающие
хромосомы
Микроядра
Всего аберраций
в анафазах
Сорт озимой пшеницы Federer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Вода, контроль
Гамма�лучи, 100 Гр
НЭМ
0,0125
0,025
R(–)НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
S(+)НМвБМ
0,005
0,01
0,03
0,05
0,9 ± 0,36
8,5 ± 0,99
7,9 ± 0,98
11,8 ± 1,64
12,0 ± 1,25
16,2 ± 2,16
22,7 ± 2,04
13,7 ± 1,69
18,3 ± 1,99
20,5 ± 1,94
21,2 ± 1,85
22,6 ± 1,67
0,1 ± 0,10
12,2 ± 1,17
5,5 ± 0,83
6,9 ± 1,29
5,0 ± 0,84
10,4 ± 1,79
8,2 ± 1,34
13,4 ± 1,67
8,8 ± 1,46
8,5 ± 1,34
10,8 ± 1,40
12,2 ± 1,30
0
1,4 ± 0,42
0
0
0,1 ± 0,12
0
0,7 ± 0,41
0,9 ± 0,46
0
1,6 ± 0,6
1,8 ± 0,6
2,5 ± 0,62
0
1,9 ± 0,49
0
0
0,3 ± 0,21
0,3 ± 0,32
0
0
0
0,7 ± 0,4
1,4 ± 0,53
0,4 ± 0,25
1,0 ± 1,00
24,0 ± 1,52 *
13,4 ± 1,23 *
18,7 ± 1,98 *
17,4 ± 1,50 *
26,9 ± 2,60 *
31,6 ± 2,26 *
28,0 ± 2,20 *
27,1 ± 2,29 *
31,3 ± 2,22 *
35,2 ± 2,16 *
37,7 ± 1,93 *
Сорт озимой пшеницы Кирена
увеличенное число ядрышек (рис. 10), трехпо�
люсные митозы (рис. 12), «растекание» хрома�
тина (рис. 13), циклическое расположение
хромосом при делении клеток (рис. 14) и дру�
гие нарушения.
Среди хромосомных аберраций, выявлен�
ных при действии хиральными мутагенами
S(+)НМвБМ и R(–)НМвБМ, наиболее высо�
кий процент составляют фрагменты и мосты –
19,2 и 22,7 % и 13,4 и 12,2 % соответственно,
что существенно выше таких же аберраций,
индуцированных гамма�лучами и нитрозоэтил�
мочевиной. Фрагменты в дальнейшем могут
элиминироваться, образовывать микроядра
или объединяться и приводить к возникнове�
нию инверсий, делеций, дупликаций и транс�
локаций [20].
В метафазах митоза только в случае воздей�
ствия хиральными мутагенами наблюдалась
массовая фрагментация хромосом, при кото�
рой фрагменты в клетке рассеиваются по ци�
топлазме и при делении клетки не передвига�
ются подобно хромосомам (рис. 3).
Следствием фрагментации хромосом могут
быть микроядра. При объединении фрагмен�
тов, содержащих центромеры, образуются ди�
центрические хромосомы, которые, растягива�
ясь между дочерними ядрами, образуют хро�
мосомные или хроматидные мосты (рис. 4).
Их частота в опытах составляет 1,7–13,4 %.
При повреждениях в области центромеры воз�
никает отставание хромосом в метакинезе и
при расхождении к полюсам [21]. Такие хромо�
сомы в период митоза не движутся к экватору,
а на стадии телофазы оттесняются перегород�
кой к дочерним ядрам или образуют дополни�
тельные микроядра (рис. 4 и 5). Отстающие
ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 440
В.В. Моргун, Е.А. Ларченко, Р.Г. Костяновский, А.М. Катеринчук
Рис. 4. Хроматидный мост,
R(–)НМвБМ, сорт Federer
Рис. 6. Отдельно лежащие
хромосомы, S(+)НМвБМ,
сорт Federer
Рис. 5. Микроядро
Рис. 7. Неравномерное
расхождение хромосом
(а), клетка с двумя яд�
рами и микроядрами
S(+)НМвБМ, сорт Fe�
derer (б); клетка без ядер
S(+)НМвБМ, сорт Кире�
на (в)
Рис. 8. Слипание и гиперспирализация хромосом: а, б –
R(–)НМвБМ, сорт Кирена; в, г – S(+)НМвБМ, сорт
Federer
хромосомы (рис. 6) выявлены при воздейст�
вии гамма�лучами и хиральными нитрозоал�
килмочевинами, причем максимальное коли�
чество клеток с такими нарушениями (4,5 %)
выявлено при воздействии стереоизомером
S(+)НМвБС.
В ходе исследований только при воздейст�
вии хиральными мутагенами выявлены раз�
личные патологии митозов и среди них нерав�
номерное расхождение хромосом, что приво�
дит к возникновению клеток с несбалансиро�
ванным их набором. При этом одна из клеток
имеет увеличенный набор хромосом за счет
уменьшения в другой, вследствие чего наблю�
даются дочерние ядра разных размеров и
клетки без ядер (рис. 7).
Выявлены также такие патологии мито�
зов, как нарушения спирализации и деспира�
лизации хромосом, нерасхождение и их сли�
пание (рис. 8). При действии хиральной
S(+)НМвБМ в концентрации 0,03 % во мно�
гих клетках отдельних препаратов наблюдали
массовое слипание хромосом. Обнаружены
клетки с гиперспирализацией хроматина, при�
водящей к формированию укороченных и
утолщенных хромосом и полиплоидных кле�
ток (рис. 9). В профазе таких клеток наблюда�
ли от 3 до 5 ядрышек (рис. 10).
В результате действия хиральных нитрозо�
алкилмочевин выявлены патологии митозов,
связанные с повреждением митотического ап�
парата: задержка митоза в метафазе, асиммет�
ричный (рис. 11, а–в), трехполюсный митоз
(рис. 12, а, б), растекание хроматина (рис. 13,
а, б) и другие оригинальные изменения (рис.
14, а, б). Упомянутые патологии могут привес�
ти к возникновению в поколениях растений�
анеуплоидов.
Выводы. В результате проведенных нами
исследований установлено, что хиральная
ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 4 41
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях
Рис. 9. Полиплоидные клет�
ки: а, б, в – S(+)НМвБМ,
сорт Кирена
Рис. 10. Увеличенное количество ядрышек в ядрах кле�
ток: а, б – S(+)НМвБМ, сорт озимой пшеницы Кирена
Рис. 11. Нарушения митоза в метафазе: а, б, в –
R(–)НМвБМ, сорт Federer; г – сорт озимой пшеницы
Кирена
Рис. 12. Трехполюсный митоз: а, б – S(+)НМвБМ, сорт
Кирена
S(+)НМвБМ по максимальной частоте инду�
цированных аберраций существенно активнее
НЭМ на сортах озимой пшеницы Federer
и Кирена, а R(–)НМвБМ – на сорте Кирена.
Хиральная S(+)НМвБМ в отдельных концен�
трациях активнее R(–)НМвБМ более чем в
два раза.
Хиральные нитрозоалкилмочевины вызы�
вают не только типичные хромосомные абер�
рации, но и различные патологии митозов,
чем существенно отличаются по цитологичес�
ким эффектам от известных мутагенов, таких
как нитрозоэтилмочевина и гамма�лучи.
V.V. Morgun, E.A. Larchenko,
R.G. Kostyanovskiy, A.M. Katerynchuk
THE CHIRAL MUTAGENS: CYTOGENETIC
EFFECTS ON HIGHER PLANTS
The paper covers investigation of cytogenetic activity of
chiral mutagens and their specific effects on the plant cells
chromosomes of soft winter wheat (Triticum aestivum L.).
Сomparative analysis of cytogenetic activity of chiral NEU:
S(+)1�N�nitroso�1�N�methyl�3�N�sec�buthylureas
(S(+)NMsBU) and R(–)1�N�nitroso�1N�methyl�3�N�
sec�buthylureas (R(–)NMsBU) on winter wheat was per�
formed. As it was shown by the frequency of chromosomal
aberrations the S(+) stereoisomer was twice more active
than R(–). In addition to typical anaphase aberrations (frag�
ments, bridges, lagging chromosomes) the numerous mitosis
pathologies were revealed – K�mitoses, hyperspiralization
and despiralization of chromosomes, unequal allocation of
chromosomes between the daughter nuclei, mass fragmenta�
tion, nondisjunction and chromosome adhesion, three�pole
mitoses, etc. Neither of the mentioned pathologies was
observed under the action of NEU and gamma�rays.
В.В. Моргун, К.А. Ларченко,
Р.Г. Костяновський, О.М. Катеринчук
ХІРАЛЬНІ МУТАГЕНИ: ЦИТОГЕНЕТИЧНІ
ЕФЕКТИ НА ВИЩИХ РОСЛИНАХ
Досліджено цитогенетичну активність хіральних
нітрозоалкілсечовин та специфіку їхньої дії на хромо�
соми клітин озимої м’якої пшениці (Triticum aestivum
L.). Вперше проведено порівняльний аналіз цитогене�
тичної активності хіральних нітрозоалкілсечовин –
S(+)1�N�нітрозо�1�N�метил�3�N�втор�бутилсечови�
ни (S(+)НMвБМ) та R(–)1�N�нітрозо�1�N�метил�3�
N�втор�бутилсечовини (R(–)НMвБМ) на вищих рос�
линах. За частотою хромосомних аберацій стереоізо�
мер S(+) активніше стереоізомера R(–) майже у два
рази. Крім типових анафазних аберацій (фрагменти,
мости, відстаючі хромосоми), виявлено інші численні
патології мітозів: К�мітози, гіперспіралізація та деспі�
ралізація хромосом, нерівномірний розподіл хромо�
сом між дочірніми ядрами, масова фрагментація, не�
розходження і злипання хромосом, трьохполюсні мі�
този та ін. При дії нітроетилсечовини та гамма�про�
менів такі патології не виявлені.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рапопорт И.А. Карбонильные соединения и хими�
ческий механизм мутаций // Докл. АН СССР. –
1946. – 54, № 1. – C. 65–68.
2. Auerbach C., Robson J.V. Chemical production of
mutations // Nature. – 1946. – 157. – P. 302.
3. Lawley P.D., Orr D.J., Jarman M. Isolation and identi�
fication of products from alkylation of nucleic acids:
ethyl� and isopropyl�purines // Biochem. J. – 1975. –
145, № 1. – Р. 73–84.
4. Natarajan A.T., Simons J.W.I.M., Vogel E.W., Van Zeeland
A.A. Relationship between cell killing, chromosomal aber�
rations, sister�chromatid exchanges and point mutations
induced by monofunctional alkylating agents in Chinese
hamster cells a correlation with different ethylation prod�
ucts in DNA // Mutat. Res. – 1984. – 128. – Р. 31–40.
5. Natarajan A.T. Chemical mutagenesis : From plants to
human // Curr. Sci. – 2005. – 89, № 2. – Р. 312–317.
6. Рапопорт И.А. Избранные труды. Открытие хими�
ческого мутагенеза. – М.: Наука, 1993. – 304 с.
7. Калайджян А.А., Хлевной Л.В., Нещадим Н.Н. и др.
Российский солнечный цветок. – Краснодар : Сов.
Кубань, 2007. – 351 с.
ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 442
В.В. Моргун, Е.А. Ларченко, Р.Г. Костяновский, А.М. Катеринчук
Рис. 13. «Растекание» хроматина: а, б – S(+)НМвБМ,
сорт Кирена
Рис. 14. Циклическое расположение хромосом при де�
лении клеток: а, б – S(+)НМвБМ, сорт озимой пшени�
цы Federer
8. Василенко В.Н., Грабовец А.И., Тимаренко А.И. и др.
Сорта полевых культур. – Ростов�на�Дону, 2009. –
126 с.
9. Моргун В.В., Логвиненко В.Ф. Мутационная селек�
ция пшеницы. – Киев : Наук. думка, 1995. – 627 с.
10. Shafique S., Bajwa R., Shafique S. Mutation of аlterna�
ria temuissima FCBP�252 for hyper�active α�amylase //
Indian J. Exp. Biol. – 2009. – 47. – Р. 591–596.
11. Nuclear Safety Review For the Year 2009
IAEA/NSR/2009 Printed in the IAEA in Austria July
2010 http://www.iaea.org/ Publications/Reports/ index.
html
12. Ларченко Е.А. Изучение мутагенной активности
химических соединений из классов нитрозоалкил�
мочевин и диазокетонов на кукурузе : Автореф.
дис. … канд. биол. наук. – Киев, 1976. – 25 с.
13. Моргун В.В. Спонтанна та індукована мутаційна
мінливість та її використання в селекції рослин //
Генетика і селекція в Україні на межі тисячоліть. –
Київ : Логос, 2001. – Т. 2. – С. 144–174.
14. Рапопорт И.А., Костяновский Р.Г. Мутационная ак�
тивность некоторых ингибиторов холинэстеразы //
Докл. АН СССР. – 1960. – 131, № 1. – С. 191.
15. Rauk A., Shishkov I.F., Vilk L.V., Koehler K.F., Kostya�
novsky R.G. Structure and chiroptical properties of the
parent nerve gas – methoxy methylphosphonofluori�
date – by ab initio calculations, electron diffraction
analysis and NMR spectoscopy // J. Amer. Chem. Soc. –
1995. – 117, № 27. – P. 7180–7185.
16. Anderson T., McMenamin M.G., Schein P.S. Chloro�
zotocin 2�(3�(2�chlorozoethyl)�3�nitrosoureido)�D�
glucopyranose, an antitumor agent with modifield
bone marrow toxicity // Cancer Res. – 1975. – 35,
№ 3. – P. 761–765.
17. Isobe M., Yano K. Comparison of mutagenicity and
chemical properties of N�methyl�N’�alkyl�N�nitro�
soureas // Mutat. Res. – 1982. – 93. – P. 57–66.
18. Зоз Н.Н. Химический мутагенез у высших расте�
ний. Супермутагены. – М.: Наука, 1966. – С. 93–
105.
19. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. –
М.: Агропромиздат, 1988. – 271 с.
20. Ауэрбах Ш. Проблемы мутагенеза. – М.: Мир,
1978. – 452 с.
21. Дубинин Н.П. Генетика. – Кишинев : Штиинца,
1985. – 536 с.
Поступила 20.07.10
ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2011. № 4 43
Хиральные мутагены: цитогенетические эффекты на высших растениях
|