ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................. 5
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ................................................................................................ 11
1.1. Высшие растения: аспекты развития ................................................................................... 11
1.2. Высшие растения: эволюция, доместикация, селекция ..................................................... 13
1.2.1. Между генотипом и фенотипом ................................................................................... 15
1.2.2. Генетическая основа параллельной эволюции: время цветения как пример ........... 16
1.2.3. Транскрипционные факторы как мишени при искусственном отборе растений .... 17
1.3. MADS-доменные ТФ как главные регуляторы развития растений и ценных признаков отбора ................................................................................................................................................. 17
1.3.1. MADS-box гены и вернализация .................................................................................... 18 1.3.2. MADS-box гены и архитектура соцветия ..................................................................... 20
1.3.3. MADS-box гены и признаки урожайности ................................................................... 21
1.3.4. Мультифункциональность MADS-box генов ............................................................... 23
1.3.5. Характеристика семейства MADS-box генов ............................................................... 24
1.3.6. MADS-box гены и длительность стадий онтогенеза растения ................................... 25
1.3.7. MADS-box гены и вегетативное развитие растения .................................................... 26
1.3.8. MADS-box гены и репродуктивное развитие растения ............................................... 27
1.3.9. MADS-box гены и образование семян........................................................................... 30
1.3.10. Гены MADS-box MIKCC-типа и возникновение семян и цветков.............................. 32
1.3.11. Механизмы действия MADS-доменных ТФ ................................................................ 32
1.3.12. В заключение к главе 1.3 ............................................................................................... 33
1.4. Семейство ТФ YABBY: эволюция и развитие растений ................................................... 34
1.4.1. ТФ YABBY и адаксиально-абаксиальная полярность органов ................................. 35
1.4.2. В заключение к главе 1.4 ............................................................................................... 37
1.5. MADS- и YABBY-доменные ТФ в ответе растений на стрессовые факторы ................. 38
1.5.1. MADS-доменные ТФ в стрессовом ответе .................................................................. 38
1.5.2. Участие ТФ YABBY в реакции на фитогормоны и стрессовые факторы ................ 45
1.6. Селекция растений и современные методы генной инженерии ....................................... 46
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ............................................................................................. 48
2.1. Растения, штаммы, вектора ...................................................................................................... 48
2.1.1. Растения ............................................................................................................................... 48
2.1.2. Штаммы ............................................................................................................................... 49
2.1.3. Вектора ................................................................................................................................. 49
2.2 Растворы и среды ........................................................................................................................ 52
3
2.3. Компетентные клетки E. coli .................................................................................................... 52
2.4. Компетентные клетки агробактерии........................................................................................ 53
2.5. Агробактериальная трансформация табака N. tabacum ......................................................... 53
2.6. Агробактериальная трансформация картофеля S. tuberosum ................................................ 54
2.7. Трансформация дрожжевого штамма ...................................................................................... 55
2.8. Экстракция геномной ДНК ....................................................................................................... 55
2.9. Использование стандартных наборов для молекулярно-генетических и биохимических работ ................................................................................................................................................... 56
2.10. Использование метода ПЦР ................................................................................................... 56 2.11. Определение экспрессии гена ................................................................................................ 57
2.12. Фенотипический анализ растений ......................................................................................... 57
2.13. Имитация холодового стресса при выращивании модифицированных растений табака и картофеля ........................................................................................................................... 57 2.14. Анализ содержания каротиноидов, хлорофиллов и антоцианов .................................. 58
2.15. Статистический анализ данных ........................................................................................ 58
2.16. Биоинформационный анализ ............................................................................................ 58
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ....................................................................................... 60
3.1. Структурно-функциональный анализ генов семейства YABBY клады FIL подъельника и хризантемы ........................................................................................................................................ 60
3.1.1. Структура и филогения ТФ семейства YABBY .............................................................. 60
3.1.2. Функция генов MhyFIL1, MhyFIL3 и CDM51 .................................................................. 63
3.2. Сверхэкспрессия MADS–box генов в растениях табака N. tabacum изменяет идентичность репродуктивных органов и время инициации цветения ...................................... 66
3.2.1. Филогенетический анализ MADS–box генов ............................................................... 66
3.2.2. Получение трансгенных растений табака с эктопической конститутивной экспрессией гетерологичных MADS-box генов .......................................................................... 71
3.2.3. Анализ роли MADS-box гена SlMADS5 в развитии томата S. lycopersicum .............. 71
3.2.4. Сверхэкспрессия MADS-box гена CDM44 в растении табака .................................... 76
3.2.5. Совместная сверхэкспрессия MADS-box генов HAM45 и HAM59 в растении табака 77
3.2.6. Сверхэкспрессия MADS-box гена CDM37 в растении табака .................................... 79
3.2.7. Совместная сверхэкспрессия MADS-box генов CDM44, HAM45 и HAM59 в растениях табака ........................................................................................................................... 81
3.2.8. Индивидуальная и одновременная сверхэкспрессия MADS-box генов CDM86 и CDM115 в растениях табака ......................................................................................................... 82
3.2.9. Одновременная сверхэкспрессия трёх MADS-box генов CDM37, CDM86 и CDM115 в растениях табака ........................................................................................................................ 86
4
3.3 Участие MADS-box генов в стрессовых реакциях растений .................................................. 89
3.3.1. Экспрессия MADS-box генов в трансгенных растениях картофеля S. tuberosum с измененным метаболизмом крахмала за счет внесения мутации в последовательность гена пластидной крахмалфосфорилазы PHO1a ................................................................................. 89
3.3.2. Экспрессия MADS-box генов в трансгенных растениях табака N. tabacum с измененным метаболизмом крахмала за счет неполного нокаута гена пластидной крахмалфосфорилазы NtPHO1-L1 ............................................................................................... 96
3.3.3. Экспрессия MADS-box генов в трансгенных растениях табака N. tabacum с измененным метаболизмом каротиноидов за счет неполного нокаута гена фитоиндесатуразы NtPDS ........................................................................................................... 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................................. 108
ВЫВОДЫ ............................................................................................................................................ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................... 111
Приложение ........................................................................................................................................ 132
