Биологический факультет СПбГУ |
биофак СПбГУ |
Руководитель: профессор, доктор биологических наук С.С. Медведев
Направления работы:
В течение длительного периода эволюции наземные растения хорошо приспособились к гравитационным условиям Земли и используют вектор силы тяжести как надежный ориентир и главную ось, относительно которой строится и функционирует организм. Вектор силы тяжести можно сравнить с компасом относительно которого растительный организм создает оси полярности, которые служат основой для разметки формирующихся тканей и органов растения. У растений имеется две реакции на гравитацию: гравитропизм и сопротивление гравитации (которое позволяет растению развиваться против силы гравитации за счет увеличения жесткости клеточной стенки). Поэтому каждое растение способно "оценивать" свое положение относительно вектора силы тяжести и при необходимости корректировать его за счет поляризованного роста в ходе гравитропизма. Для изучения роли силы тяжести в физиологии растительного организма уникальную возможность дает космическая (гравитационная) биология. Эффективным способом изучения роли гравитации в формировании и функционировании растений на Земле является рандомизации их положения относительно вектора гравитации при помощи устройств, которые способны вращать объект, изменяя не только скорость, но и направление вращения.
| |
Нами была разработана и сконструирована модель клиностата, которая позволяет рандомизировать положение выращиваемых растений относительно вектора силы тяжести путем их постоянного вращения в 3-х взаимно перпендикулярных осях со случайно изменяющейся скоростью и направления вращения. | |
Такие клиностаты называют устройства случайного позиционирования (RPM, random positioning machines). Разработано программное обеспечение, которое позволяет случайным образом на основе нормального закона распределения генерировать скорость вращения, время движения на заданной скорости и направление движения для каждого из 3-х двигателей клиностата. Применение RPM создает эффекты, сравнимые с эффектами микрогравитации в космосе, когда изменения направления происходят быстрее, чем время реакции объекта на гравитацию. В результате рандомизация положения растений относительно вектора силы тяжести инициирует хаотичный, ориентированный в разные стороны проростков и метаболические изменения на уровне тканей и клеток. С использованием газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии, сопряженной с масс-спектрометрией, мы провели протеомный и метаболомный анализ надземных частей и корневых систем клиностатируемых проростков арабидопсиса и рапса и продемонстрировали кардинальные перестройки метаболизма, связанные с приспособлением к условиям «симулированной» микрогравитации. Происходит перестройка элементов цитоскелета и сети полимеров клеточной стенки, что нарушает работу системы Са-сигналинга и полярный транспорт ауксина. Экспрессируются гены, кодирующие белки, отвечающие за разборку актиновых микрофиламентов, а также гены SOSEKI, кодирующие белки, которые являются интеграторами сигналов, поступающих от инструментов полярности растительных клеток. Нарушение ориентации растений в пространстве приводит к нарушению транспортной логистики клетки: процессов везикулярного транспорта РIN-белков, каналов, переносчиков ионов Са2+, ROP-белков, элементов клеточной стенки. В результате нарушается функционирование клеточных инструментов полярности, приводящее к хаотичности процессов роста и морфогенеза. Эти результаты имеют не только фундаментальное, но и практическое значение, поскольку позволяют найти подходы к разработке технологий растениеводства на орбитальных космических станциях, других планетах и при длительных полетах человека в космосе. Сотрудничество с научными группами: Факультет космических исследований МГУ, Москва. Грантовая поддержка: РФФИ № 20–04–01041 "Механизмы полярного роста растений в условиях рандомизации вектора силы тяжести" (2020–2022) РФФИ № 17–04–00862 "Механизмы адаптации растений к микрогравитации, моделированной путем 3D-клиностатирования" (2017–2019). РФФИ № 14–04–01624 «Клеточные основы полярного роста растений» (2014–2016). Основные публикации:
|
© Биологический факультет СПбГУ, 2006-2011 |