Исследование изозимного полиморфизма у сортов ярового ячменя (Hordeum vulgare L.), контрастных по устойчивости к свинцу

Свинец - один из наиболее опасных тяжелых металлов (ТМ). Процессы, обеспечивающие устойчивость растений к его действию, выяснены не полностью. Один из механизмов токсического эффекта свинца - генерация активных форм кислорода (АФК), в норме выполняющих важные регуляторные функции, но в повышенных концентрациях вызывающих многообразные нарушения жизнедеятельности клеток. Регуляция количества АФК осуществляется при помощи антоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутазы (SOD) и пероксидазы (PER). Эффективность большинства ферментов зависит от наличия множественных изоформ, обеспечивающих наиболее оптимальную их работоспособность в изменяющихся условиях среды. В качестве рабочей гипотезы было выдвинуто предположение, что устойчивость растений к ТМ определяется различиями в изоферментном составе антиоксидантных ферментов, что обеспечивает неодинаковую эффективность их работы по нейтрализации избытка АФК. Для проверки этой гипотезы были выполнены исследования изоферментных спектров ферментных систем супероксиддисмутазы и пероксидазы и ключевого фермента белкового метаболизма глутаматдегидрогеназы (GDH) в зародышах прорастающих семян у сортов ярового ячменя Hordeum vulgare L. Объектом исследования служили 12 сортов ярового двурядного ячменя, контрастных по устойчивости к действию Pb2+ (6 устойчивых и 6 чувствительных). Для анализа изоферментного состава использовали зародыши наклюнувшихся жизнеспособных семян, у которых корешок через 1 сут после закладки на проращивание достигал длины 1 мм. Проращивание выполняли рулонным методом в соответствии с требованиями ГОСТ. Гомогенаты зародышей семян подвергали электрофорезу в блоках 7,5 % полиакриламидного геля (ПААГ) в щелочной буферной системе с рН 8,9. Изоферментный анализ показал наличие в ферментных системах супероксиддисмутазы, пероксидазы и глутаматдегидрогеназы следующих изозимов: облигатных SODII, PERI и GDHI, а также редких SODI, SODIII+SODIV (всегда встречающихся вместе), SODV, PERII и GDHII. Были рассчитаны частоты встречаемости редких аллелей, оказавшиеся наиболее высокими у аллелей SODI и SODIII+SODIV как у чувствительных, так и у устойчивых сортов. Достоверность различий частот встречаемости редких аллельных форм ферментов у чувствительных и устойчивых сортов была оценена с помощью φ-критерия углового преобразования Фишера. В подавляющем числе вариантов рассчитанная величина φ-критерия Фишера оказалась больше критической φкр.0,01 = 2,31. Таким образом, выделенные редко встречающиеся изоформы исследуемых ферментов можно рассматривать в качестве биохимических маркеров чувствительности или устойчивости ячменя к действию свинца. Показано, что SODV и PERII чаще встречаются у чувствительных к воздействию свинца сортов, GDHII - у устойчивых. Частота SODIII и SODIV также достоверно различалась у устойчивых и чувствительных сортов. В работе обсуждаются молекулярно-генетические механизмы устойчивости растений к ТМ. Впервые экспериментально показано, что полиморфизм ярового ячменя по устойчивости к действию свинца на организменном уровне связан с биохимическим полиморфизмом определенного комплекса изоферментов супероксиддисмутазы, пероксидазы и глутаматдегидрогеназы. Полученные данные могут быть использованы в селекционной работе по созданию устойчивых к воздействию свинца сортов ячменя.