ИСТИНА

Мужской гаметофит покрытосеменных растений обеспечивает успех репродуктивного процесса, доставляя неподвижные спермии к зародышевому мешку с помощью пыльцевой трубки. В то же время, он является ценным модельным объектом для изучения индукции морфогенеза и поддержания полярного роста на клеточном уровне. Влияние различных веществ, накапливающихся в экосистемах вследствие антропогенного воздействия, на репродукцию растений является актуальной темой как с фундаментальным, так и с прикладным аспектом. В настоящее время пыльцевые зерна широко используются для тестирования различных биологически активных веществ и токсикантов. Это связано как с удобством культивирования, так и с ключевым значением мужской фертильности для урожая. Установлено, что тяжелые металлы снижают эффективность прорастания пыльцы, однако механизмы их действия изучают сравнительно недавно, и на данный момент в этой теме больше вопросов, чем ответов. Ключевым процессом, обеспечивающим как активацию метаболизма на начальном этапе прорастания, так и поддержание полярного роста, является транспорт неорганических ионов через плазматическую мембрану. В результате этого процесса на этапе активации происходит суммарное изменение концентрации ионов в цитоплазме, а в пыльцевой трубке формируется и поддерживается их градиентное распределение. Ионный транспорт четко скоординирован с другими процессами, такими, как перестройка цитоскелета, везикулярный транспорт, строительство клеточной стенки. В настоящий момент ион-транспортные системы активно исследуются на молекулярном уровне, однако их регуляция и чувствительность к различным токсическим соединениям на данный момент изучена весьма слабо. В данной работе исследовали действие двух металлов – никеля и меди – в низких токсических концентрациях на транспорт ионов через плазматическую мембрану мужского гаметофита. В качестве объектов использовались протопласты из пыльцевых зерен лилии и пыльцевых трубок табака. Ионные токи изучали прямым методом «пэтч-кламп» в конфигурации «whole cell». Мы показали, что Ni2+ (1 мМ) значительно ингибирует ток К+ и слабо активирует ток Н+. Cu2+ не оказывала действия на ток К+, но значительно активировала ток Н+. Специфичность измерения токов обеспечивалась подбором внутренней и внешней среды, а также применением избирательных ингибиторов. Тяжелые металлы вызывали не только модификацию ионных токов, но и различные изменения в величине мембранного потенциала - интегрального показателя ионного транспорта. Его величину оценивали оптическим методом с использованием быстрого красителя Di-4-ANEPPS. Измерение внутриклеточного рН показало, что Cu2+ вызывает сдвиг этого показателя в сторону щелочных значений, что вполне согласуется с обнаруженным эффектом на выходной ток Н+. Таким образом, мы на функциональном уровне выявили две ключевые мишени для тяжелых металлов на плазматической мембране вегетативной клетки мужского гаметофита: калиевые каналы и Н+-АТФазу плазмалеммы. При этом действие меди и никеля на данные мишени было различным. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 14-04-31431 мол-а).