ИСТИНА

Мужской гаметофит семенных растений - классический модельный объект для изучения полярного роста, обеспечивающего оплодотворение в естественных условиях (прогамная фаза). При этом успех прогамной фазы определяет семенную продуктивность растений. Механизмы, лежащие в основе прорастания зерна и роста трубки, а также регуляция этих процессов изучены достаточно подробно на модельных представителях покрытосеменных растений. Закономерности полярного роста мужского гаметофита голосеменных растений, в частности, хвойных, изучены значительно в меньшей степени, однако известно, что они имеют ряд существенных цитофизиологических отличий. В частности, для пыльцы хвойных характерен феномен двойного прорастания, при котором на поверхности вегетативной клетки формируются две точки роста, что ведет к формированию двух пыльцевых трубок, лишь одна из которых в конце концов несёт мужские гаметы к яйцеклетке. В работах последних лет, проведенных на пыльце табака и лилии in vitro, установлена значительная роль редокс-баланса в контроле прорастания и роста мужского гаметофита. Были получены данные о взаимосвязи между АФК и другими регуляторными модулями, такими как внутриклеточный кальций и мембранный потенциал. Проект предполагает изучение данных систем регуляции на новом объекте – ели (Picea pungens Engelm.). Планируется проверить гипотезу об участии эндогенных и экзогенных АФК в прорастании пыльцы, изучить локализацию эндогенных АФК, установить вклад НАДФН-оксидазы в поддержание редокс-баланса и прорастание. Предполагается также исследовать цитофизиологические аспекты двойного прорастания и определить функциональное значение данного процесса, а также установить возможную роль редокс-баланса в контроле формирования точек роста. Полученные данные предполагается сравнить с известными системами регуляции роста пыльцевой трубки покрытосеменных, используя современные филогенетические построения.

Male gametophyte of seed plants is the most convenient model for studying polar cell growth. Pollen germination and polar pollen tube growth take place after pollination and lead to fertilization. This is progamous phase of germination, which is crucial for successful seed production of plants.. Mechanisms underlying pollen tube growth and controlling it are quite well studied on model angiosperms (Nicotiana tabacum, Lilium longiflorum, Arabidopsis thaliana). In gymnosperms the polar growth of male gametophyte is poorly studied. Reactive oxygen species are considered to be one of the main regulators of pollen germination and tube growth. There is a significant evidence for the functioning of ROS – Ca2+ regulation hub during polar growth. ROS and found to interact with ion transport systems, which modulate plasma membrane potential. The project s mainly dedicated to the study of these regulatory systems in pollen of blue spruce (Picea pungens Engelm.). We plan to test the hypothesis on the participation of endogenous and exogenous ROS in the germination of pollen, to study the localization of endogenous ROS, to establish the contribution of NADPH oxidase to the maintenance of the redox balance and control of germination. Conifer pollen is characterized by the phenomenon of double germination during which two growth points form on the surface of vegetative cell. As a result, two tubes are growing. This phenomenon is poorly understood, we will investigate the cytophysiological aspects of double germination and determine the functional significance of this process. As a result of the project, we will obtain novel data on redox regulation and double germination of the pollen grain of the spruce. The obtained data will be compared with the regulation of angiosperm pollen known to date.

В результате реализации проекта предполагается установить необходимость эндогенных АФК, продуцируемых НАДФН-оксидазой, для активации пыльцевого зерна и установления полярного роста. Ожидается получить ответ на вопрос о распределении АФК в растущей пыльцевой трубке ели. Предполагается узнать, имеется ли регуляторная связь между АФК с одной стороны и такими цитофизиологическими показателями, как мембранный потенциал и [Ca2+]cyt, с другой стороны. Предполагается определить значение мембранного потенциала вдоль пыльцевой трубки и с использованием ингибиторного анализа установить, какие ион-транспортные системы принимают участие в его поддержании. Также планируется определить значение АФК для поддержания мембранного потенциала. Будут получены точные данные о месте образования пыльцевых трубок при двойном прорастании пыльцевого зерна ели. Будет изучен вопрос о роли сахарозы и осмотичности среды для формирования второй пыльцевой трубки. Также предполагается, получив цитофизиологические данные о трубках при двойном прорастании, ответить на вопрос о функциональном смысле данного феномена у хвойных. Ожидаемые результаты будут носить фундаментальный характер и послужат базой для более детального изучения регуляции прогамной фазы оплодотворения на молекулярно-генетическом уровне. Предполагается интеграция полученных данных в корпус имеющихся в науке представлений о процессе прорастания и полярного роста пыльцевой трубки у хвойных. Сравнительный анализ полученных результатов и имеющимися к настоящему моменту данных для покрытосеменных на основе современных филогенетических построений позволит выявить эволюционно-консервативные механизмы полярного роста с одной стороны и особенности хвойных, связанные с их происхождением и экологией, с другой стороны.

Запланированное исследование опирается на успешный многолетний опыт экспериментального изучения репродукции семенных растений в лаборатории физиологии репродуктивных процессов на кафедре физиологии растений Биологического факультета МГУ. В проекте планируется использовать ряд авторских оптических методик измерения физиологических параметров в пыльце, признанных международным научным сообществом. Кроме того, часть работ планируется осуществить в рамках сотрудничества с другими научными коллективами.