Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку
Стимулюючi обробки насiння осмотиками (праймування) призводять до активацiї в них бiохiмiчних процесiв, дають можливiсть клiтинам зародкiв вiдновитись вiд ушкоджень та завершити необхiднi етапи пiдготовки насiння до проростання. Показано, що праймування iндукує початок клiтинного циклу в зародках ц...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84793 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку / О.А. Бубряк, Т.В. Акiмкiна, О.П. Дмитрiєв, Д.М. Гродзинський, I.I. Бубряк // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 11. — С. 150-156. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84793 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бубряк, О.А. Акімкіна, Т.В. Дмитрієв, О.П. Гродзинський, Д.М. Бубряк, І.І. 2015-07-15T18:31:16Z 2015-07-15T18:31:16Z 2012 Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку / О.А. Бубряк, Т.В. Акiмкiна, О.П. Дмитрiєв, Д.М. Гродзинський, I.I. Бубряк // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 11. — С. 150-156. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84793 633.16:581.142 Стимулюючi обробки насiння осмотиками (праймування) призводять до активацiї в них бiохiмiчних процесiв, дають можливiсть клiтинам зародкiв вiдновитись вiд ушкоджень та завершити необхiднi етапи пiдготовки насiння до проростання. Показано, що праймування iндукує початок клiтинного циклу в зародках цукрового буряку. Проаналiзовано змiни вмiсту ДНК в ядрах клiтин зародкiв при рiзних обробках. Виявлено значнi вiдмiнностi в кiлькостi клiтин, якi досягли G2 фази в кiнцi обробки, що веде до значного варiювання життєздатностi праймованого насiння при зберiганнi. Встановлено, що за оптимальних рiвнiв праймування цукрового буряку кiлькiсть клiтин в G2 фазi з 4С вмiстом ДНК не повинна перевищувати 15%. Запропоновано використовувати вмiст клiтин у G2 фазi клiтинного циклу як молекулярний маркер ступеня праймування насiння цукрового буряку. Стимулирующие обработки семян осмотиками (праймирование) приводят к активации в них биохимических процессов, позволяют клеткам зародышей восстановиться от повреждений и завершить необходимые этапы подготовки семян к прорастанию. Показано, что праймирование индуцирует начало клеточного цикла в зародышах сахарной свеклы. Проанализированы изменения содержания ДНК в ядрах клеток зародышей при разных обработках. Выявлены значительные отличия в количестве клеток, достигших G2 фазы к концу обработки, что приводит к существенному варьированию жизнеспособности праймированных семян при хранении. Установлено, что при оптимальных уровнях праймирования сахарной свеклы количество клеток в G2 фазе с 4С содержанием ДНК не должно превышать 15%. Предложено использовать содержание клеток в G2 фазе клеточного цикла в качестве молекулярного маркера уровня праймирования семян сахарной свеклы. Advancing treatments of seeds by osmotics (priming) cause the activation of biochemical processes in seeds allowing the repair of damages in embryo cells and result in the completion of all essential pre-germination processes. It is shown that the priming induces the cell cycling in embryos of sugar beet. The changes in the DNA content in nuclei at various levels of priming are analyzed. Effect of the same priming conditions is not identical for various sugar beet hybrids, and the number of cells accumulated in G2 phase at the end of a treatment varies. This also leads to the different viability of treated hybrid seeds after storage. It is shown that, at the optimal level of priming, the number of cells in G2 with 4C DNA content should not exceed 15%. The number of the cells in G2 phase of the cell cycle can be used as a molecular marker for the testing priming levels in sugar beet. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку Содержание ДНК в ядрах корешков зародышей семян — как молекулярный маркер праймирования семян сахарной свеклы DNA content in nuclei of seed root embryos — as a molecular marker for the priming of sugar beet seeds Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку |
| spellingShingle |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку Бубряк, О.А. Акімкіна, Т.В. Дмитрієв, О.П. Гродзинський, Д.М. Бубряк, І.І. Біологія |
| title_short |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку |
| title_full |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку |
| title_fullStr |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку |
| title_full_unstemmed |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку |
| title_sort |
вміст днк в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку |
| author |
Бубряк, О.А. Акімкіна, Т.В. Дмитрієв, О.П. Гродзинський, Д.М. Бубряк, І.І. |
| author_facet |
Бубряк, О.А. Акімкіна, Т.В. Дмитрієв, О.П. Гродзинський, Д.М. Бубряк, І.І. |
| topic |
Біологія |
| topic_facet |
Біологія |
| publishDate |
2012 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Содержание ДНК в ядрах корешков зародышей семян — как молекулярный маркер праймирования семян сахарной свеклы DNA content in nuclei of seed root embryos — as a molecular marker for the priming of sugar beet seeds |
| description |
Стимулюючi обробки насiння осмотиками (праймування) призводять до активацiї в
них бiохiмiчних процесiв, дають можливiсть клiтинам зародкiв вiдновитись вiд ушкоджень та завершити необхiднi етапи пiдготовки насiння до проростання. Показано, що праймування iндукує початок клiтинного циклу в зародках цукрового буряку. Проаналiзовано змiни вмiсту ДНК в ядрах клiтин зародкiв при рiзних обробках. Виявлено значнi
вiдмiнностi в кiлькостi клiтин, якi досягли G2 фази в кiнцi обробки, що веде до значного варiювання життєздатностi праймованого насiння при зберiганнi. Встановлено, що за оптимальних рiвнiв праймування цукрового буряку кiлькiсть клiтин в G2 фазi з 4С
вмiстом ДНК не повинна перевищувати 15%. Запропоновано використовувати вмiст
клiтин у G2 фазi клiтинного циклу як молекулярний маркер ступеня праймування насiння цукрового буряку.
Стимулирующие обработки семян осмотиками (праймирование) приводят к активации в
них биохимических процессов, позволяют клеткам зародышей восстановиться от повреждений и завершить необходимые этапы подготовки семян к прорастанию. Показано, что
праймирование индуцирует начало клеточного цикла в зародышах сахарной свеклы. Проанализированы изменения содержания ДНК в ядрах клеток зародышей при разных обработках.
Выявлены значительные отличия в количестве клеток, достигших G2 фазы к концу обработки, что приводит к существенному варьированию жизнеспособности праймированных семян при хранении. Установлено, что при оптимальных уровнях праймирования сахарной свеклы количество клеток в G2 фазе с 4С содержанием ДНК не должно превышать 15%. Предложено использовать содержание клеток в G2 фазе клеточного цикла в качестве молекулярного маркера уровня праймирования семян сахарной свеклы.
Advancing treatments of seeds by osmotics (priming) cause the activation of biochemical processes
in seeds allowing the repair of damages in embryo cells and result in the completion of all essential
pre-germination processes. It is shown that the priming induces the cell cycling in embryos of sugar
beet. The changes in the DNA content in nuclei at various levels of priming are analyzed. Effect of
the same priming conditions is not identical for various sugar beet hybrids, and the number of cells
accumulated in G2 phase at the end of a treatment varies. This also leads to the different viability
of treated hybrid seeds after storage. It is shown that, at the optimal level of priming, the number
of cells in G2 with 4C DNA content should not exceed 15%. The number of the cells in G2 phase
of the cell cycle can be used as a molecular marker for the testing priming levels in sugar beet.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84793 |
| citation_txt |
Вміст ДНК в ядрах корінців зародків насіння — як молекулярний маркер праймування насіння цукрового буряку / О.А. Бубряк, Т.В. Акiмкiна, О.П. Дмитрiєв, Д.М. Гродзинський, I.I. Бубряк // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 11. — С. 150-156. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT bubrâkoa vmístdnkvâdrahkoríncívzarodkívnasínnââkmolekulârniimarkerpraimuvannânasínnâcukrovogoburâku AT akímkínatv vmístdnkvâdrahkoríncívzarodkívnasínnââkmolekulârniimarkerpraimuvannânasínnâcukrovogoburâku AT dmitríêvop vmístdnkvâdrahkoríncívzarodkívnasínnââkmolekulârniimarkerpraimuvannânasínnâcukrovogoburâku AT grodzinsʹkiidm vmístdnkvâdrahkoríncívzarodkívnasínnââkmolekulârniimarkerpraimuvannânasínnâcukrovogoburâku AT bubrâkíí vmístdnkvâdrahkoríncívzarodkívnasínnââkmolekulârniimarkerpraimuvannânasínnâcukrovogoburâku AT bubrâkoa soderžaniednkvâdrahkoreškovzarodyšeisemânkakmolekulârnyimarkerpraimirovaniâsemânsaharnoisvekly AT akímkínatv soderžaniednkvâdrahkoreškovzarodyšeisemânkakmolekulârnyimarkerpraimirovaniâsemânsaharnoisvekly AT dmitríêvop soderžaniednkvâdrahkoreškovzarodyšeisemânkakmolekulârnyimarkerpraimirovaniâsemânsaharnoisvekly AT grodzinsʹkiidm soderžaniednkvâdrahkoreškovzarodyšeisemânkakmolekulârnyimarkerpraimirovaniâsemânsaharnoisvekly AT bubrâkíí soderžaniednkvâdrahkoreškovzarodyšeisemânkakmolekulârnyimarkerpraimirovaniâsemânsaharnoisvekly AT bubrâkoa dnacontentinnucleiofseedrootembryosasamolecularmarkerfortheprimingofsugarbeetseeds AT akímkínatv dnacontentinnucleiofseedrootembryosasamolecularmarkerfortheprimingofsugarbeetseeds AT dmitríêvop dnacontentinnucleiofseedrootembryosasamolecularmarkerfortheprimingofsugarbeetseeds AT grodzinsʹkiidm dnacontentinnucleiofseedrootembryosasamolecularmarkerfortheprimingofsugarbeetseeds AT bubrâkíí dnacontentinnucleiofseedrootembryosasamolecularmarkerfortheprimingofsugarbeetseeds |
| first_indexed |
2025-11-27T01:20:46Z |
| last_indexed |
2025-11-27T01:20:46Z |
| _version_ |
1850790632763686912 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
11 • 2012
БIОЛОГIЯ
УДК 633.16:581.142
© 2012
О.А. Бубряк, Т. В. Акiмкiна,
член-кореспондент НАН України О. П. Дмитрiєв,
академiк НАН України Д. М. Гродзинський, I. I. Бубряк
Вмiст ДНК в ядрах корiнцiв зародкiв насiння —
як молекулярний маркер праймування насiння
цукрового буряку
Стимулюючi обробки насiння осмотиками (праймування) призводять до активацiї в
них бiохiмiчних процесiв, дають можливiсть клiтинам зародкiв вiдновитись вiд ушкод-
жень та завершити необхiднi етапи пiдготовки насiння до проростання. Показано, що
праймування iндукує початок клiтинного циклу в зародках цукрового буряку. Проаналi-
зовано змiни вмiсту ДНК в ядрах клiтин зародкiв при рiзних обробках. Виявлено значнi
вiдмiнностi в кiлькостi клiтин, якi досягли G2 фази в кiнцi обробки, що веде до значно-
го варiювання життєздатностi праймованого насiння при зберiганнi. Встановлено, що
за оптимальних рiвнiв праймування цукрового буряку кiлькiсть клiтин в G2 фазi з 4С
вмiстом ДНК не повинна перевищувати 15%. Запропоновано використовувати вмiст
клiтин у G2 фазi клiтинного циклу як молекулярний маркер ступеня праймування на-
сiння цукрового буряку.
Якiсть насiння залежить у першу чергу вiд його однорiдностi щодо фiзiологiчного ста-
ну зародкiв. Навiть насiння високої якостi може значно варiювати за ступенем зрiлостi,
що обумовлює асинхроннiсть його проростання. Недостатньо визрiле насiння має бiльшу
кiлькiсть пошкоджень ДНК зародкiв i потребує тривалiшої репарацiї. Як наслiдок, таке
насiння проростає повiльнiше [1, 2]. Одне з найважливiших завдань стимулюючих обробок
насiння (праймування) i полягає в синхронiзацiї насiннєвого матерiалу щодо темпiв пророс-
тання. Це досягається, зокрема, за рахунок обмеження доступної вологи для зародкiв пiд
час обробки (наприклад, осмопраймування), внаслiдок чого вiдбувається репарацiя ДНК,
але затримується її реплiкацiя та входження клiтин у мiтоз [3, 4].
Вiдомо, що для рiзних сортiв, лiнiй i гiбридiв рослин оптимальнi умови передпосiвних
обробок можуть значно варiювати [5]. Бiльше того, пiдбiр оптимальних режимiв прайму-
вання може бути необхiдним навiть для окремих партiй генетично спорiдненого матерiалу.
Тому очевидна необхiднiсть проведення дослiджень по оптимiзацiї передпосiвних обробок
та пошуку унiверсального молекулярного маркера праймування на рiзноманiтному гене-
тичному матерiалi. У нашому випадку — на рiзних гiбридах цукрового буряку.
150 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11
При дослiдженнi клiтинних та молекулярних процесiв, що вiдбуваються пiд час прай-
мування, використовували рiзноманiтнi пiдходи, такi як аналiз кiлькостi розчинних цукрiв
у насiннi [6], активностi специфiчних для проростання насiння ферментiв (амiлази, α-глю-
козидази, β-мананази) [5, 6], ефективностi репарацiї ДНК [7], пошуку специфiчних для
осмопраймування бiлкiв [8] i навiть змiни в гормональному станi насiння [9]. Найбiльш
перспективними з точки зору пошуку молекулярного маркера праймування є дослiдження
протеому. Так, встановлено, що у деяких бобових (люцерна) iндукуються 63 бiлки, спе-
цифiчнi для осмопраймування [8], а у цукрового буряку з 18 бiлкiв, що iндукуються при
праймуваннi, деякi можуть бути пов’язанi з енергiєю проростання насiння [10]. Але цi до-
слiдження мають певнi обмеження, оскiльки не дають змоги точно дискрiмiнувати рiзнi
рiвнi праймування насiння та визначати його оптимальнi рiвнi.
Ми ставили за мету пов’язати рiзнi рiвнi передпосiвної обробки насiння зi швидкiстю
входження зародкoвих клiтин у перший клiтиний цикл i запропонувати показник опти-
мального праймування для цукрового буряку.
Об’єктом дослiджень було насiння цукрового буряку (гiбриди “Мадiсон” та “Дюк”).
Праймування проводили витримуванням насiння у герметичнiй камерi з обертанням
при 20 ◦C протягом 2–4 днiв. Ступiнь обробки варiював таким чином, що насiння 1-го
варiанта на кiнець обробки мало найнижчу вологiсть зародка (22,3%) — “недопраймова-
не насiння”, 2-го — промiжну (25%) — “оптимально праймоване насiння”, 3-го — найвищу
(27,5%) — “перепраймоване насiння”. У деяких експериментах дослiджували також про-
мiжнi варiанти праймування.
Проростання насiння вивчали згiдно зi стандартами Мiжнародної асоцiацiї тестування
насiння (ISTA). Для цього пророщували 100 насiнин у 3–5 повторностях при 15 ◦C i реє-
стрували схожiсть, швидкiсть проростання (час до проростання 50% насiнин) та кiлькiсть
аномального насiння (того, що характеризується накопиченням ушкоджень, якi перешкод-
жають нормальному розвитку проросткiв).
Вмiст ДНК у клiтинах зародкiв визначали у фiксованому матерiалi пiсля гiдролiзу в 5 М
HCl протягом 30 хв як описано нами ранiше [11]. Пiсля фарбування забарвлення ядер ви-
мiрювали (не менш нiж у 200 ядрах для 5 зародкiв) за допомогою сканувального мiкро-
денситометра “Vickers M285” при довжинi хвилi 550 нм та розмiру маски 4. Данi наведенi
у виглядi вiдсотка ядер з рiзним вiдносним вмiстом ДНК.
На базi промислових протоколiв праймування, що використовуються в агрофiрмах Ве-
ликобританiї, були пiдiбранi три основнi та два промiжнi режими праймування насiння
цукрового буряку. Вивчено вплив цих режимiв на схожiсть, швидкiсть проростання та кiль-
кiсть аномального насiння. Виявилося, що схожiсть насiння гiбрида “Мадiсон” пiд час обро-
бок пiдвищується з 92,7 до 98,7%. При цьому час для проростання 50% насiння, тестований
згiдно з методиками ISTA, зменшується з 104,1 до 29,4 год (табл. 1). Цiкаво, що кiлькiсть
аномального насiння у цього гiбрида була дуже низькою (0,3%) i iстотно не змiнювалася
при праймуваннi.
Дещо iншi результати отриманi при застосуваннi тих самих обробок для гiбрида “Дюк”.
Для нього також характерне iстотне пiдвищення швидкостi проростання насiння (з 70,2 до
28,9 год). Але при цьому вiдсоток проростання дещо зменшився, а кiлькiсть аномального
насiння зросла з 3,0 до 5,3% (див. табл. 1).
Аналiз проростання насiння цукрового буряку показує, що при всiх режимах праймуван-
ня гiбрида “Мадiсон” схожiсть та швидкiсть проростання насiння зростає при дуже низькiй
кiлькостi аномального насiння у вибiрцi. Схоже, що для “Мадiсон” обробка, яка анонсува-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 151
лась у насiннєвiй промисловостi як “перепраймування”, може бути оптимальною. У той же
час ця обробка у гiбрида “Дюк” призводить до зниження схожостi та статистично достовiр-
ного зростання кiлькостi аномального насiння.
Щоб зрозумiти цю значну рiзницю в ефектах праймування мiж гiбридами “Мадiсон” та
“Дюк”, ми проаналiзували у них швидкiсть проходження ядер клiтин зародкiв по клiтинно-
му циклу. Для цього дослiджували змiни вмiсту ДНК у ядрах корiнцiв зародкiв пiсля рiзних
режимiв праймування насiння з використанням мiкроденситометрiї. Остання не тiльки дає
можливiсть вимiрювати вмiст ДНК в ядрах зародкiв, але, на вiдмiну вiд цитофлюоримет-
рiї, вказує в яких саме клiтинах вiдбувається зростання кiлькостi ДНК. Виявилось, що
для гiбрида “Мадiсон” тiльки в насiннi, що вважалося перепраймованим, у 25% клiтин ко-
рiнцiв наявнi ядра з 4С вмiстом ДНК (тобто пiсля завершення процесу реплiкацiї ДНК).
У той же час у гiбрида “Дюк” ядра з 4С вмiстом ДНК спостерiгали вже в праймовано-
Таблиця 1. Проростання насiння цукрового буряку гiбридiв “Мадiсон” та “Дюк” пiсля передпосiвної обробки
рiзної тривалостi
Варiант дослiду; вологiсть, %
Проростання,
%
Аномальне
насiння, %
Швидкiсть
проростання, год
Гiбрид “Мадiсон”
Контроль; 14,0 92,7 ± 1,4 0,3± 0,1 104,1 ± 5,2
Недопраймоване насiння; 22,3; 4 доби 93,0 ± 2,2 0,0 77,3± 5,1
Оптимально праймоване насiння; 25,0; 4 доби 98,0 ± 2,4 0,0 51,7± 3,9
Перепраймоване насiння; 27,5; 2 доби 98,0 ± 4,2 1,0± 0,3 61,7± 4,8
Перепраймоване насiння; 27,5; 3 доби 96,7 ± 2,9 2,7± 1,3 30,4± 2,2
Перепраймоване насiння; 27,5; 4 доби 98,7 ± 1,3 0,3± 0,2 29,4± 1,8
Гiбрид “Дюк”
Контроль; 14,0 96,3 ± 0,8 3,0± 0,6 70,2± 5,5
Недопраймоване насiння; 22,3; 4 доби 97,0 ± 1,6 2,0± 0,8 57,7± 4,6
Оптимально праймоване насiння; 25,0; 4 доби 91,3 ± 5,2 4,3± 1,1 44,6± 2,8
Перепраймоване насiння; 27,5; 2 доби 96,3 ± 2,3 2,7± 0,6 44,6± 3,4
Перепраймоване насiння; 27,5; 3 доби 93,7 ± 1,8 4,0± 1,2 33,9± 2,9
Перепраймоване насiння; 27,5; 4 доби 91,7 ± 1,4 5,3± 0,9 28,9± 1,9
Таблиця 2. Проростання праймованого насiння гiбридiв цукрового буряку пiсля зберiгання при 25 ◦C про-
тягом 18 мiсяцiв
Варiант дослiду
Гiбрид “Мадiсон” Гiбрид “Дюк”
Пророс-
тання,
%
Аномальне
насiння,
%
Швидкiсть
проростання,
год
Пророс-
тання,
%
Аномальне
насiння,
%
Швидкiсть
проростання,
год
Зберiгання 6 мiс.
Контроль 92,3± 3,1 0,3± 0,2 93,6± 6,2 96,7 ± 2,7 2,3 ± 0,9 69,1± 6,1
Недопраймоване 97,3± 4,9 0,7± 0,4 64,8± 5,8 96,3 ± 3,3 3,3 ± 0,6 55,8± 4,9
Оптимально
праймоване 98,2± 2,7 1,3± 0,6 56,5± 3,9 90,3 ± 4,1 9,3 ± 1,4 42,6± 2,6
Перепраймоване 97,5± 1,8 2,0± 1,3 37,0± 4,8 77,0 ± 2,4 12,3 ± 2,1 32,7± 4,3
Зберiгання 18 мiс.
Контроль 92,0± 4,2 0,4± 0,2 87,5± 5,9 95,3 ± 5,1 3,8 ± 1,7 64,6± 5,2
Недопраймоване 97,3± 3,1 0,6± 0,3 75,2± 5,2 95,7 ± 3,2 3,1 ± 1,4 51,3± 3,8
Оптимально
праймоване 98,0± 1,6 1,9± 1,1 55,1± 3,9 79,4 ± 4,2 20,7 ± 4,6 45,3± 3,2
Перепраймоване 96,7± 2,8 3,3± 0,8 38,4± 4,1 62,3 ± 4,9 33,0 ± 3,6 37,4± 2,8
152 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11
Рис. 1. Вмiст ядерної ДНК в праймованому насiннi цукрового буряку (24 год проростання, корiнцi): а —
гiбрид “Мадiсон”; б — гiбрид “Дюк”
му насiннi (до 20% клiтин). Одержанi данi свiдчать про те, що для гiбрида “Дюк” ефект
“праймування” близький до впливу “перепраймування” для гiбрида “Мадiсон”.
Ще бiльшою була рiзниця мiж гiбридами в експериментах, коли аналiзували корiнцi
зародкiв цукрового буряку праймованого насiння через 24 год пiсля проростання (рис. 1).
З даних для гiбрида “Мадiсон” видно, що тiльки близько 10% праймованого насiння та
близько 35% перепраймованого насiння досягає 4С рiвня ДНК i може вступати в мiтоз пiсля
24 год проростання насiння в оптимальних умовах (див. рис. 1, а). Для гiбрида “Дюк” цей
показник сягає вже 30% у праймованого матерiалу, а у бiльшостi клiтин перепраймованого
насiння (70%) у цей час починається мiтоз (див. рис. 1, б ).
Таким чином, показано iстотну рiзницю у впливi однакових режимiв праймування насiн-
ня для рiзних гiбридiв цукрового буряку i пiдтверджено, що обробка, яка типово використо-
вується в насiннєвiй промисловостi як “оптимальне праймування”, може бути неоптимально
завищеною та небезпечною для якостi насiння деяких гiбридiв чи партiй насiння. Шляхом
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 153
аналiзу розподiлу клiтин зародкiв насiння цукрового буряку з рiзним вмiстом ДНК в сухо-
му насiннi (висушеному пiсля рiзних режимiв праймування) ми встановили, що наявнiсть
бiльше нiж 15% клiтин зародкiв з 4С вмiстом ДНК може бути показником того, що насiння
є перепраймованим i навряд чи придатним для тривалого зберiгання.
Для перевiрки цього припущення ми заклали експерименти по вивченню впливу рiзних
режимiв праймування насiння на його життєздатнiсть при тривалому зберiганнi. Аналiз
проводили через 6 та 18 мiс. пiсля закладки на зберiгання (табл. 2). Легко бачити, що за
час зберiгання показники проростання насiння контрольної групи iстотно не змiнюються,
тодi як динамiка життєздатностi у обробленого насiння значно варiює залежно вiд рiвня
праймування i генотипу. Для гiбрида “Мадiсон” навiть в перепраймованому насiннi вiд-
соток проростання за час зберiгання практично не змiнюється i залишається вищим, нiж
у контролi. При цьому накопичення аномального насiння при зберiганнi є мiнiмальним —
близько 3%. На вiдмiну вiд “Мадiсон”, динамiка змiн життєздатностi для насiння гiбрида
“Дюк” характеризується iстотним зниженням вiдсотка проростання перепраймованого на-
сiння вже через 6 мiс. зберiгання. А пiсля 18 мiс. зберiгання навiть насiння, що вiдповiдно
до технологiчного регламенту праймування вважається оптимально праймованим, втрачає
схожiсть бiльш нiж на 20% i, таким чином, є непридатним для продажу на ринку згiдно
зi стандартами ISТА.
Вiдомо, що однiєю з основних причин втрати життєздатностi насiння при зберiганнi
є накопичення в ДНК клiтин зародкiв однониткових розривiв ДНК [12]. Швидкiсть такого
накопичення залежить вiд фiзiологiчного стану насiння та умов його зберiгання, в першу
чергу вiд температури та вологостi зовнiшнього середовища [1, 13]. Насiння здатне збе-
рiгатись довше, якщо його зародки знаходяться у фазi засухостiйкостi. Якщо пiд впливом
пiдвищеної вологи насiння виходить з фази засухостiйкостi, то можливий запуск механiзмiв
прискореного старiння i накопичення в клiтинах зародкiв ушкоджень ДНК апоптозного ти-
пу [14]. Однiєю з можливих причин виходу насiння з фази засухостiйкостi є накопичення
в корiнцях зародкiв значного вiдсотка клiтин, що закiнчили реплiкацiю ДНК (тобто з 4С
вмiстом ДНК), i початок мiтозiв. Таке насiння може ушкоджуватись на заключнiй фазi
праймування — висушуваннi, i в ньому можуть швидко накопичуватись значнi рiвнi по-
шкоджень ДНК. Цiлком ймовiрно, що для гiбрида “Дюк” використанi режими “праймува-
ння” та “перепраймування” виявились неоптимальними, спричинили вихiд насiння з фази
засухостiйкостi, подальше накопичення ушкоджень ДНК зародкiв та часткову втрату жит-
тєздатностi насiння при зберiганнi.
Одержанi результати свiдчать про те, що при праймуваннi насiння в клiтинах корiнцiв
зародкiв iнiцiюється реплiкацiя ДНК, i вони рухаються по клiтинному циклу з накопичен-
ням їх частини в G2 фазi клiтинного циклу. Це дало можливiсть пов’язати рiзнi режими
праймування зi швидкiстю накопичення клiтин з 4С вмiстом ДНК. Показано, що за опти-
мальних режимiв праймування цукрового буряку кiлькiсть клiтин з 4С вмiстом ДНК не
повинна перевищувати 15%. Таким чином, вмiст клiтин в G2 фазi клiтинного циклу прямо
корелює з рiвнем праймування i може бути використаний як молекулярний маркер ступеня
праймування.
1. Boubriak I., McCready S., Osborne D. DNA structure and seed desiccation tolerance // Plant Desiccation
Tolerance. Chapter 7 / Eds. M. Jenks, A. Wood. – New York: Blackwell, 2008. – P. 215–249.
2. Sliwinska E. Nuclear DNA replication and seed quality // Seed Sci. Res. – 2011. – 19. – P. 15–25.
3. Redfearn M., Osborne D. J. Effects of advancement on nucleic acids in sugarbeet (Beta vulgaris) seeds //
Seed Sci. Res. – 1997. – 7. – P. 261–267.
154 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11
4. Paterson E., Heyes V. The use of seed priming to improve your sugar beet crop // Int. Sugar J. – 2011. –
113. – P. 131–133.
5. Ashraf M., Foolad M. Pre-sowing seed treatment – a shotgun approach to improve germination, plant
growth, and crop yield under saline and non-saline conditions // Adv. Agron. – 2005. – 88. – P. 223–271.
6. Mukasa Y., Takahashi H., Taguchi K. et al. Accumulation of soluble sugar in true seeds by priming of
sugar beet seeds and the effects of priming on growth and yield of drilled plants // Plant Prod. Sci. –
2003. – 6. – P. 74–82.
7. Бубряк I., Костюк О., Науменко В., Маторiна А., Гродзинський Д. Опромiнення як тест-фактор
для виявлення потенцiалу темнової репарацiї ДНК насiння // Цитология и генетика. – 2001. – 35. –
С. 54–59.
8. Yacoubi R., Job C., Belghazi M. et al. Toward сharacterizing seedvigor in alfalfa through proteomic analysis
of germination and priming // J. Proteome Res. – 2011. – 10. – P. 3891–3903.
9. Barba-Espin G., Diaz-Vivancos P., Job D. et al. Understanding the role of H2O2 during pea seed germi-
nation: a combined proteomic and hormone profiling approach // Plant Cell and Environ. – 2011. – 34. –
P. 1907–1919.
10. Catusse J., Meinhard J., Job C. et al. Proteomics reveals potential biomarkers of seed vigor in sugarbeet //
Proteomics. – 2011. – 11. – P. 1569–1580.
11. Boubriak I., Dini M., Berjak P., Osborne D. Desiccation and survival in the recalcitrant seeds of Avicennia
marina: DNA replication, DNA repair and protein synthesis // Seed Sci. Res. – 2000. – 10. – P. 307–315.
12. Osborne D., Boubriak I. DNA and desiccation tolerance // Ibid. – 1994. – 4. – P. 175–185.
13. Osborne D., Boubriak I., Leprince O. Rehydration of dried systems: membranes and the nuclear genome //
Desiccation and survival in plants: drying without dying. Chapter 12 / Eds. M. Black, H. Pritchard. –
Cambridge: CABI, 2002. – P. 343–364.
14. Osborne D., Boubriak I. Life and death in the embryos of seeds // Agron. Soc. New Zealand. – 2002. –
12. – P. 33–38.
Надiйшло до редакцiї 07.03.2012Оксфордський унiверситет, Великобританiя
Унiверситет Оксфорд Брукс, Оксфорд, Великобританiя
Iнститут клiтинної бiологiї
i генетичної iнженерiї НАН України, Київ
О.А. Бубряк, Т. В. Акимкина,
член-корреспондент НАН Украины А. П. Дмитриев,
академик НАН Украины Д. М. Гродзинский, И.И. Бубряк
Содержание ДНК в ядрах корешков зародышей семян — как
молекулярный маркер праймирования семян сахарной свеклы
Стимулирующие обработки семян осмотиками (праймирование) приводят к активации в
них биохимических процессов, позволяют клеткам зародышей восстановиться от повреж-
дений и завершить необходимые этапы подготовки семян к прорастанию. Показано, что
праймирование индуцирует начало клеточного цикла в зародышах сахарной свеклы. Проана-
лизированы изменения содержания ДНК в ядрах клеток зародышей при разных обработках.
Выявлены значительные отличия в количестве клеток, достигших G2 фазы к концу обра-
ботки, что приводит к существенному варьированию жизнеспособности праймированных
семян при хранении. Установлено, что при оптимальных уровнях праймирования сахар-
ной свеклы количество клеток в G2 фазе с 4С содержанием ДНК не должно превышать
15%. Предложено использовать содержание клеток в G2 фазе клеточного цикла в качестве
молекулярного маркера уровня праймирования семян сахарной свеклы.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №11 155
О.А. Boubriak, Т. V. Аkimkina,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine O.P. Dmitriev,
Academician of the NAS of Ukraine D.M. Grodzinsky, I. I. Boubriak
DNA content in nuclei of seed root embryos — as a molecular marker
for the priming of sugar beet seeds
Advancing treatments of seeds by osmotics (priming) cause the activation of biochemical processes
in seeds allowing the repair of damages in embryo cells and result in the completion of all essential
pre-germination processes. It is shown that the priming induces the cell cycling in embryos of sugar
beet. The changes in the DNA content in nuclei at various levels of priming are analyzed. Effect of
the same priming conditions is not identical for various sugar beet hybrids, and the number of cells
accumulated in G2 phase at the end of a treatment varies. This also leads to the different viability
of treated hybrid seeds after storage. It is shown that, at the optimal level of priming, the number
of cells in G2 with 4C DNA content should not exceed 15%. The number of the cells in G2 phase
of the cell cycle can be used as a molecular marker for the testing priming levels in sugar beet.
156 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №11
|