d0a697325atwitter-sm-tn

vk

Наш адрес

(почтовый) 127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

(местонахождение) 127550 г. Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 3 - 3-й учебный корпус.

Телефон: +7(499)9764072 (3-й учебный корпус)

E-mail: genetics@timacad.ru

Подробнее...

Войдите под своим именем для просмотра всех материалов сайта



Кафедра Генетика Генетика растений Томат

Мутация томата wiry

Мутация wiry

Мутации wiry (wiry, wiry3, wiry4 и wiry6) характеризуются отсутствием у растений мезофилла листьев. Листья удлинённые, представлены только центральной жилкой. У некоторых форм (например, wiry4) вытянутыми становятся и элементы цветка - чашелистики и лепестки. У четырёх неаллельных мутантов томата, wirywiry3wiry4 и wiry6, частично или полностью наблюдалась утрата абаксиально-адаксиальной (ось верх-низ) направленности в листьях, также в латеральных органах цветков, кроме того, количество мезофилла в листьях было значительно уменьшено. Анализ морфологии и характера экспрессии молекулярных маркеров направления роста [LePHANTASTICA (LePHAN) и LeYABBY B (LeYABB)] выявили изменения в клеточных судьбах в абаксиальной (спинной или дорзальной) и адаксиальной (брюшной или вентральной) сторон мутантных листьев. Ослабление экспресии и LeT6 (один из KNOX-генов томата), и LePHAN в постпримордиальном развитии приводит к недоразвитию мезофилла у мутантов wiry. Анализ экспрессии гена LePHAN при повышенной активности гена LeT6 выявил подавление гена LePHAN. Как ивестно экспрессия генов группы KNOX связана с формированием листовой пластинки, и было показано, что LeT6 требует активности LePHAN для форирования мезофилла. Растения с подобными фенотипами и характер экспрессии свидетельствуют о важности абаксиальных и адаксиальных доменов листового примордия для развития листовой пластинки и, таким образом, их значимости для формирования сложного листа. Кроме того, регуляторные отношения между LePHAN и KNOX отличаются о таковых у видов с простым листом. 

У высших растений осевой побег обладает радиальной симметрией, тогда как латеральные органы, такие как листья в некоторой степени асимметричны. Эта асимметрия наблюдается по трём осям: проксимодистальной (от основания в верхушке листа), медиалатеральной (от центральной жилки к листовому полю) и адаксиально-абаксиальной (от верхней поверхности к нижней). У большинства высших растений верхняя поверхность листа анатомически и физиологически отличается от нижней. Эта асимметрия (аб-адаксиальная) рано закладывается в листовом примордии и побеговая апикальная меристема (ПАМ) обеспечивает, возможно, начальный этап развития этой асимметрии позиционными сигналами. Аб-адаксиальные мутанты были зарегистрированы для львиного зева (Waites and Hudson, 1995), арабидопсиса (Bohmert et al., 1998; Bowman and Smyth, 1999; Chen et al., 1999; Eshed et al., 2001; McConnell and Barton, 1998; Sawa et al., 1999b; Siegfried et al., 1999), кукурузы (Freeling, 1992; Timmermans et al., 1998), табака (McHale, 1993a; McHale, 1993b; McHale and Marcotrigiano, 1998), томата (Kessler et al., 2001) и гороха (Meicenheimer et al., 1983).
Некоторые гены у некоторых растений, как считается, указывают на адаксиальный и абаксиальный домены. Например, развитие адаксиальных клеток листа протекает по абаксиальному сценарию в случае мутации в гене phantastica у львиного зева, предполагается, что PHANTASTICA (PHAN), У арабидопсиса ARGONAUTE1 (AGO), REVOLUTA (REV) и PINHEAD (PNH) также важны для дифференцировки клеток по специфическому для адаксиальных клеток пути в латеральных органах и для инициации меристематической активности в ПАМ и осевых меристемах. PHABULOSA и PHAVOLUTA – гены, кодирующие протеин с лейциновой застёжкой (HD ZIP III) и доменом связывания со стероидами и липидами (START), экспрессируются в адаксиальных клетках листового примордия и ПАМ; мутации в этих генах приводят к появлению радиальных листьев, развивающихся по адаксиальному сценарию. У мутантов leafbladeless кукурузы происходит смешение абаксиальных и адаксиальных признаков для обеих сторон. FILAMENTOUS FLOWER (FIL), YABBY2 (YAB2), YABBY3 (YAB3) и KANADI экспрессируются только абаксиально во всех латеральных органах арабидопсиса, и эктопическая экспресия FIL или YAB3 является достаточным условием для проявления абаксиальных участков на адаксиальной стороне листа. Эти мутанты чётко указывают на необходимость для правильного развития листовой пластинки (у видов с простыми листьями) противопоставления адаксиальной и абаксиальной клеточных судеб, а также на то, что этим судьбам присущ взаимный антагонизм.

Гены класса I KNOTTED-1 LIKE HOMEOBOX (KNOX I) играют важную роль в поддержании группы недетерминированных клеток в ПАМ и последующем развитии побегов. Мутации, связанные с утратой функции, в некоторых данных генах (kn1 и stm) приводят к невозможности формирования и поддержания ПАМ.
Мутации в других KNOX-генах вызывают редукцию междоузлового или осевого удлинения. Эктопическая сверхэкспрессия KNOX-генов у двудольных приводит к появлению сильнорассечённых с большим количеством долек листьев, часто сопровождаемое формированием побаговых меристем на листьях. Доминатные мутации в гене LeT6 (Tkn2) , относящемся к группе KNOX, такие как Mouse ears (Me) и Curl (Cu) возникают в результате экспрессии LeT6 в зрелых листьях и характеризуются увеличением степени рассечённости листа. Более того, экспрессия KNOX-генов в листовых примордиях сопровождается рассечением листа у многих видов, что свидетельствует о роли KNOX-генов в формировании сложного листа.
Ген PHAN является негативным регулятором KNOX-генов. Мутации в ортологах PHAN (RS2 у кукурузы и AS1 у арабидопсиса) вызывают эктопическую экспрессию KNOX-генов. Фенотип двойных мутантов stm/stm и as1/as1 показывает, что ген as1 эпистатичен по отношению к гену stm у арабидопсиса. Однако, у томата матричная РНК генов LePHAN и LeT6 была обнаружена и в ПАМ, в листовых примордиях и в растущих листовых пластинках.
Описано четыре неаллельных мутанта томата с нарушениями абаксиально-адаксиальной симметрии, wiry (w), wiry3 (w3), wiry4 (w4) и wiry6 (w6). Экспрессия LeT6, TKN1, LePHAN и LeYABB у мутантов w, w3 и w6 проявляется определенным образом. Регуляторные отношения между LePHAN и KNOX в ПАМ и молодых листовых примордиях отличаются от тех, что наблюдаются на более поздних стадиях развития листа у томата, и могут объяснить природу развития сложного листа у данного растения.

Ссылки
Minsung Kim, Thinh Pham, Ashley Hamidi, Sheila McCormick, Robert K. Kuzoff3, and Neelima Sinha. (2003). Reduced leaf complexity in tomato wiry mutants suggests a role for PHAN and KNOX genes in generating compound leaves. Development. 2003 Sep;130(18):4405-15.
Bowman, J. L. and Smyth, D. R. (1999). CRABS CLAW, a gene that regulates carpel and nectary development in Arabidopsis, encodes a novel protein with zinc finger and helix-loop-helix domains. Development 126, 2387-2396.
Bohmert, K., Camus, I., Bellini, C., Bouchez, D., Caboche, M. and Benning, C. (1998). AGO1 defines a novel locus of Arabidopsis controlling leaf development. EMBO J. 17, 170-180.
Chen, Q., Atkinson, A., Otsuga, D., Christensen, T., Reynolds, L. and Drews, G. N. (1999). The Arabidopsis FILAMENTOUS FLOWER gene is required for flower formation. Development 126, 2715-2726.
Eshed, Y., Baum, S. F., Perea, J. V. and Bowman, J. L. (2001). Establishment of polarity in lateral organs of plants. Curr. Biol. 11, 1251-1260.
Freeling, M. (1992). A conceptual framework for maize leaf development. Dev. Biol. 153, 44-58.
Kessler, S., Kim, M., Pham, T., Weber, N. and Sinha, N. (2001). Mutations altering leaf morphology in tomato. Int. J. Plant Sci. 162, 475-492.
McHale, N. A. (1993a). LAM-1 and FAT genes control development of the leaf blade in Nicotiana sylvestris. Plant Cell 5, 1029-1038.
McHale, N. A. (1993b). The lam-1 gene controls blade formation through reorientation of division in the L3 cell layer. J. Cell. Biochem. Suppl. 32.
McHale, N. A. and Marcotrigiano, M. (1998). LAM1 is required for dorsoventrality and lateral growth of the leaf blade in Nicotiana. Development 125, 4235-4243.
Meicenheimer, R. D., Muehlbauer, F. J., Hindman, J. L. and Gritton, E. T. (1983). Meristem characteristics of genetically modified pea (Pisum sativun) leaf primordia. Can. J. Bot. 61, 3430-3437.
McConnell, J. R. and Barton, M. K. (1998). Leaf polarity and meristem formation in Arabidopsis. Development 125, 2935-2942.
Sawa, S., Watanabe, K., Goto, K., Kanaya, E., Hayato Morita, E. and Okada, K. (1999b). Filamentous flower, a meristem and organ identity gene of Arabidopsis, encodes a protein with a zinc finger and HMG-related domains. Genes Dev. 13, 1079-1088.
Siegfried, K. R., Eshed, Y., Baum, S. F., Otsuga, D., Drews, G. N. and Bowman, J. L. (1999). Members of the YABBY gene family specify abaxial cell fate in Arabidopsis. Development 126, 4117-4128.
Timmermans, M. C. P., Schultes, N. P., Jankovsky, J. P. and Nelson, T. (1998). Leafbladeless1 is required for dorsoventrality of lateral organs in maize. Development 125, 2813-2823.
Waites, R. and Hudson, A. (1995). phantastica: a gene required for dorsoventrality of leaves in Antirrhnum majus. Development 121, 2143-2154.

w6

Рис. Лист мутации wiry6.

 

Автор - А.А. Тюрин

Мутация томата Lanceolata

Lanceolata


Ген Lanceolata – один из генов, принимающих участие в формировании листа у томата. Название этому гену дала доминантная мутация, приводящая к формированию у растений томата простых ланцетных листьев.
Можно четко выделить три фенотипических класса растений - носителей данного гена:

• Доминантные гомозиготы (LaLa) –по фенотипу можно выделить три группы, характеризующиеся пониженной жизнеспособностью:
   -маленькие растения без семядолей, нехизнеспособны;
   -сильно ветвящиеся растения с нитевидными побегами, жизнеспособны, но не переходят к цветению;
   -растения со сросшимися семядолями, рост замедлен.

• Гетерозиготы (Lala)имеют простой ланцетный лист, во всё остальном - нормальные, плодовитые растения

• Рецессивные гомозиготы (lala) имеют фенотип дикого типа

Установлено, что ген Lanceolata обладает плейотропным действием, будучи активным на различных этапах развития растений, в разных органах и тканях.
Особый интерес представляет система регуляции экспрессии данного гена. В управление трансляцией этого гена вовлечены особые микроРНК – miR319. Подавление экспрессии гена Lanceolata осуществляется за счёт связывания этих микроРНК с особым сайтом в последовательности гена, что приводит к запуску процесса РНК-интерференции. Уровни продуктов гена Lanceolata и микроРНК находятся в противофазе, т.е. на начальных этапах закладки органов miR319 активно экспрессируется, подавляя активность целевого гена. При дифференцировке клеток и тканей уменьшается количество микроРНК, что приводит к повышению активности гена Lanceolata, белковый продукт которого, в свою очередь, подавляет гены (в частности Le6) класса I семейства KNOX, ответственные за закладку новых органов.

 

Внешний вид растения томата, гетерозиготного по гену Lanceolata

 

Рис. 1. Внешний вид растения, гетерозиготного по гену Lanceolata.

La2

Рис. 2. Простой - ланцетный лист томата.

Экспрессия гена Lanceolata и miR319

Рис. 3. Экспрессия miR319 и Lanceolata в ходе развития растения

Список использованной литературы:

Naomi Ori, Aya Refael Cohen, Adi Etzioni, Arnon Brand, Osnat Yanai, Sharona Shleizer, Naama Menda, Ziva Amsellem, Idan Efroni, Irena Pekker, John Paul Alvarez, Eyal Blum, Dani Zamir1 & Yuval Eshed. (2007). «Regulation of LANCEOLATE by miR319 is required for compound-leaf development in tomato» Nat Genet. 2007 Jun;39(6):787-91. Epub 2007 May 7.

Милюкова Н.А. Роль мутации Lanceolata в формировании листа томата

 

Автор статьи А.А. Тюрин

Томат - модельный объект молекулярно-генетических исследований

Томат как модельный объект

Томат является одним из наиболее хорошо генетически изученных объектов. Это обусловлено рядом его свойств и характеристик. Среди которых:

  1. Широкое распространение - может выращиваться в различных условиях при разной длине дня.
  2. Достаточно короткий вегетационный период, и в то же время возможность многолетнего выращивания и вегетативного размножения.
  3. Самоопыление, а строение цветка позволяет проводить контролируемую гибридизацию, в том числе и с близкими дикими видами и полукультурными разновидностями.
  4. Высокий репродуктивный потенциал - с одного растения можно получить от 5000 до 25000 семян.
  5. Возможно получение полиплоидов и анеуплоидов - трисомиков, и как следствие возможно изучение структуры генома томата. Поддержание форм с измененными числами хромосом обеспечивается вегетативным размножением.
  6. Наличие огромного количества морфологических признаков, четко идентифицируемых на различных стадиях развития.
  7. Наряду с морфологическими признаками выявлено достаточно большое разнообразие по биохимическим признакам.
  8. Известно более 1300 генов, из которых 242 локализованы на 12 хромосомах.
  9. Каждая из 12 хромосом генома томата (культурных и диких) может быть идентифицирована на стадии пахитены по своей длине, положению центромеры, распределению гетеро- и эухроматина.
  10. Пыльца томатов может сохраняться в течение длительного времени (до двух лет).
  11. Томат оказался удобным объектом для культивирования in vitro, что сделало его модельной культурой для выполнения различных молекулярно-биологических и генно-инженерных манипуляций.
  12. Небольшой геном (0,74 пг ДНК на геном и 109 п.н., что составляет 10% от размера генома кукурузы) удобен для молекулярного изучения, что позволило создать насыщенные молекулярные карты, создать молекулярные маркеры на ряд ценных признаков. Молекулярное маркирование позволяет картировать чужеродный (интрогрессионный из других видов) генетический материал в потомках отдаленных скрещиваний.

BDG

МЛШ-2016


LOGO-2016

Информация

2-й Международный симпозиум «Вторичные метаболиты: химия, биология и биотехнология»


iss2014


Информация