Активность ФК у генотипов пшеницы, различающихся по устойчивости к ржавчинным болезням

Ржавчинные болезни злаковых культур наносит серьезный ущерб сельскому хозяйству Казахстана. Поэтому разработка эффективных методов тестирования генотипов зерновых культур на устойчивость к ржавчинным болезням являются одной из приоритетных задач ученых республики.

Учитывая то, что ФК МДГ-ГОАТ осуществляет нетоксический путь катаболизма глютамата можно предположить, что высокая активность ФК определенных генотипов злаковых культур будет содействовать их устойчивости ржавчинным болезням. Поэтому еще одной из задач наших исследовании явилось изучение активности ФК МДГ-ГОАТ у различных сортов мягкой пшеницы различающихся по устойчивости к ржавчинным болезням. В таблице 12 приведены результаты многолетних испытаний устойчивости к ржавчинным болезням.

Как видно из таблицы 12, наиболее устойчивыми к ржавчинным болезням являются сорта Attila и Aldura, наименее устойчивые Саратовская-29 и Улугбек-600. После этого мы могли перейти к изучению активности ФК МДГ-ГОАТ у 20-ти сортов мягкой пшеницы различающихся по устойчивости к ржавчинным болезням. Результаты этого исследования приведены в таблице 13.

Как видно из таблицы 13, наиболее устойчивые к ржавчинным болезням сорта «Attila» и « Aldura» имели активность МДГ-ГОАТ 270,7 мкМ NADH/ мг белка в мин и 220,4 мкМ NADH/ мг белка в мин. соответственно. Тогда как, наименее устойчивые сорта «Саратовская-29» и «Улугбек-600» имели активность 130,84 и 134,88 мкМ NADH/ мг белка в мин соответственно. То есть активность ФК наиболее устойчивых к ржавчинным болезням сортов почти в 2 раза превышала активность ФК у неустойчивых сортов.
Таблица 12 - Устойчивость 20-ти сортов к ржавчинным болезням

Как мы видим из этих таблиц, чем выше активность ФК, тем более устойчив сорт к ржавчине. Это можно объяснить следующим образом при поражении растении ржавчинным грибком резко усиливаются процессы катаболизма, особенно глютамата. Сорта, имеющие высокую активность ФК, активнее расщепляет глютамат по нетоксическому пути без выделения аммиака, и по этому они в меньшей степени повреждаются при ржавчинных болезнях по сравнению с неустойчивыми генотипами.

Таким образом, высокая активность ФК повышает жизнеспособность устойчивых сортов и сопротивляемость к ржавчине. Все выше сказанное позволяет рекомендовать активность ФК МДГ-ГОАТ в качестве маркерного признака для селекции генотипов пшеницы на устойчивость к ржавчинным болезням.
Таблица 13 - Активность ФК МДГ-ГОАТ у сортов пшеницы различающиеся по устойчивости к разным видам ржавчины

Таким образом, эта работа показывает, что МДГ-ГОАТ являясь сравнительно эволюционно молодым ферментным комплексом, играет исключительно важную роль в катаболизме глютамата и синтезе аспартата. Нами впервые установлено, что активность ФК играет важную роль в процессах морфогенеза злаковых культур особенно в периоды прорастания семян и их созревания. Нами также установлено, что ФК может служить маркерным признаком для селекции генотипов злаковых культур на устойчивость к абиотическим и биотическим стрессовым факторам.

Таким образом, было подтверждено наше предположение о том, что активность ФК может служить маркерным признаком устойчивости генотипов к ржавчинным болезням. Действительно, высокая активность ФК МДГ-ГОАТ у устойчивых сортов позволяет проводить катаболизм глютамата по нетоксическому пути, тем самым клетки растений этих сортов меньше страдают от токсического аммиака, чем у неустойчивых генотипов. Это повышает жизнеспособность устойчивых сортов и сопротивляемость к ржавчине. Все выше сказанное позволяет рекомендовать активность ФК МДГ-ГОАТ для селекции генотипов на устойчивость к ржавчинным болезням.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В лаборатории структуры и регуляции ферментов Института молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина ЦБИ МОН РК, под руководством профессора М.К. Гильманова впервые были разработаны методы получения сферосом и их изучения. Однако до настоящего времени остаются неизученными регуляция ГДГ-сферосом. Также в этой лаборатории впервые был обнаружен новый ферментный комплекс ФК МДГ-ГОАТ. Однако до сегодняшнего дня оставалась неясной роль ФК в процессах морфогенеза и адаптации растений к стрессовым факторам. Учитывая исключительную важность этих недавно открытых ферментов в обмене глютамата, целью настоящего исследования явилось изучение регуляции НАДФ-ГДГ сферосом и активности ФК МДГ-ГОАТ в процессах морфогенеза и в генотипах злаковых культур различающихся по устойчивости к засолению и ржавчинным болезням.

Для выполнения настоящей работы были использованы современные методы и приборы. В ходе исследования были получены наиболее важные результаты при изучении НАДФ–ГДГ–сферосом и ФК МДГ–ГОАТ злаковых культур. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

-установлено, что под действием фузикокцина активируется протонная АТФ-аза осуществляющая транспорт ионов кальция в цитоплазму алейроновых клеток зерна пшеницы. Ионы кальция совместно с низкомолекулярным регулятором, который возникает в зародышах пшеницы под действием фузикокцина, вызывают активацию фосфокиназы «С», что приводит к образованию строго НАДФ специфичной ГДГ-сферосом. Установлено, что это НАДФ–ГДГ–сферосом имеет К_М для ионов аммония около 1 мкМ, что говорит об очень важной роли этого фермента в ассимиляции азота;

-показано, что ФК состоит из двух полипептидов с массой 60 кДа и 50 кДа. Это говорит о том, что ФК кодируется двумя сопряженными генами малатдегидрогеназы и глютаматаоксалоацетатаминотрансферазы;

-установлено, что ФК отсутствует у микроорганизмов, в водорослях, низших растениях и эволюционно древних высших растениях. ФК является эволюционно молодым белковым комплексом, и он имеется у эволюционно молодых растений;

-активность ФК коррелирует с наиболее важными фазами в онтогенезе растении и в первую очередь они связаны с фазами прорастания и созревания семян злаковых культур;

-исследование активности ФК у 46-сортов пшеницы, ячменя и риса различающихся по солеусточивости показало, что устойчивые генотипы злаковых культур активируют ФК в ответ на засоление, тогда как неустойчивые к засолению генотипы не обладали такой способностью;

-установлено, что устойчивые к ржавчине сорта имеют высокую активность ФК, тогда как неустойчивые к ржавчине сорта имеют низкую активность ФК.