Гаметоциды и их применение в селекции (стр. 5 из 13)

Наблюдения за изменениями в динамике развития организма, происходящими под влиянием веществ с гаметоцидной активностью во взаимосвязанной системе ДНК—iPHiK—белок—аминокислоты, показали, что наиболее быстро и в значительной степени изменяются активности энзиматических систем, затем проявляются ответные реакции в обмене нуклеиновых кислот и белка и относительно с большим опозданием осуществляются процессы, приводящие к изменению соотношения свободных аминокислот, органических кислот и аммония [98].

Многообразие действия хлорированных алифатических кислот на растительный организм предполагает возможность индуцирования мужской стерильности путем блокирования .разнообразных метаболических путей.

Попытки связать механизм избирательного действия были сделаны при изучении ряда хлорированных производных али-фатических карбоновых кислот, проявивших гаметоцидные свойства. Одним из предполагаемых механизмов селективного действия ар-дихлоризомасляной (FW-450) и трихлоруксус" ной (ТХУ) кислот считают торможение ферментативного син-

теза пантотеновой кислоты из пантоевой и (3-аланина [20]. Физиологическая роль пантотеновой кислоты связана с тем, что она является функциональной группой конденсирующего фермента КоА. Хлорированные алифатические кислоты выступают антиметаболитами р-аланина, поэтому синтез цантотено-вой кислоты является одним из чувствительных метаболических путей к этой группе соединений. Действие FW-450 определяется конкуренцией с 2,4-диокси-р-метилмасляной кислотой за локус, специфически активирующий фермент. Аналогичный эффект отмечен при действии 2, 3, 3-трихлормасляной к 2, 3-дихлормасляной кислот. Недостаток рибозы (одного из компонентов КоА) повышает токсичность FW-450 и этрела. Исследования гербицидного действия производных алифати-ческих карбоновых кислот показали, что эффект применяемых соединений обусловлен нарушением синтеза КоА. В результате возникает дисбаланс в соотношении ряда аминокислот трикарбонового цикла. При этом снижается количество лимонной и возрастает содержание яблочной кислоты, происходит более интенсивный синтез р-аланина и аспарагиновой кислоты.

В настоящее время преждевременно судить об определенной специфичности действия конкретных гаметоцидов, о «месте первичного действия» соединения. Возможно, механизм гаметоцидного действия определяется конкуренцией между веществом, обладающим гаметоцидньши свойствами, и определенными естественными метаболитами тканей генеративных органов.

На основании исследований конкуренции между пантоте-натом и далапоном появилась возможность предсказать новые аналоги пантоата в виде хлорзамещенных алифатаче-ских кислот. Были синтезированы 4 соединения, биологическая активность которых (в данном случае гербицидная) варьировала в зависимости от степени хлорирования и место

положения хлора: (далапон); при кон

центрации 0,005 М активность далапона составляла 76%, при 0,05 М—99%.

У соединения

активность при тех же

концентрациях составляла соответственно 77 и 100%. 19

проявляли фитотоксический эффект: при концентрации 0,05 М он был равен 97 и 12%, при 0,05 М — соответственно 100 и 83%.

Таким образом, степень биологической активности препарата не имеет прямо пропорциональной зависимости от концентрации вещества, что свидетельствует о сугубо физиологической активности соединения, связанной с особенностями метаболизма растения.

В исследованиях по биохимизму действия ряда гербицидов установлено существенное влияние их на трансформацию энергия в клетке, повышение интенсивности окислительных процессов и угнетение фосфорелирования в митохондриях [10, 14, 21, 23]. Нарушение сопряженности окисления и фосфорелирования — результат угнетения активности многочисленных ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи мито-хондрий. Получены дополнительные сведения о гербицидах, обладающих одновременно и гаметоцидной активностью. В частности, при нанесении далапона на растения люпина .изменялось соотношение сульфгидрильных и дисульфидных групп, входящих в состав активных центров многочисленных энзимов, участвующих в разнообразных ферментативных комплексах [13]. Кроме того, установлено повышенное содержание изофлавоновых глюкозидов и изменение их состава при o6pai6oTKe растений 2,4Д [22].

Появление хинонов — продуктов окислительного превращения фенольных соединений с высокой биологической активностью и их взаимодействие с амино- и сульфгидрильны-ми группами белков, сульфгидрильными группами аскорбиновой кислоты и другими SH-содержащими компонентами клетки обусловливают блокирование целых систем энзимати-чески взаимосвязанных комплексов. От окислительно-восстановительных условий и энергетических возможностей ткани, особенно спорогенной, зависят синтез и обмен важнейших органических соединений.

Характерными признаками ЦМС у сорго являются угнетение окислительно-восстановительных процессов и снижение энергетического обмена [41]. Различия в активностях АТФ'азы обнаруживались у стерильных аналогов уже в фазе тетрад и сохранялись в дальнейшем на всех фазах развития микроопор [16]. Среди соединений с гаметоцидными свойствами 2,4Д снижает содержание АТФ и АДФ — адениннук-леотидов, основных аккумуляторов энергии в клетке. Установлено, что 2,4Д ингибирует активность аденилаткиназы — фермента, осуществляющего равновесное соотношение компонентов аденилатного пула: 2 АДФ ^ АМФ+ДТФ [21].

Растительные гормоны, проявившие гаметоцидные свойства (2,4Д, ИУК, НУК, ГКз и т. п.), могут индуцировать мужскую стерильность на тех уровнях метаболических процессов, на которых они оказывают свое регуляторное действие:

на уровне генома, мембран, аллостерического эффекта. Возможно и одновременное влияние их на разные уровни, но во всех случаях отмечена взаимосвязь физиологически активных веществ, к которым относятся гаметоциды, с изменениями в энергетическом обмене клетки.

Существование специфических рецепторов в клеточных структурах и мембранах, способных обратимо связывать ауксины [25], может служить молекулярно-биологической интерпретацией действия ряда соединений, проявивших гаметоцид-ную активность на различных культурах и относящихся к ауксинам (ИУК, НУК, 2,4Д, Г.Кз, кинетин и др.) [11, 12, 14, 17, 58, 135].

Отмечено, что растительные гормоны (2,4Д, ИУК, ГКз), вызывающие при определенных концентрациях различную степень индукции мужской стерильности, влияют на активность энзимов, связанных с метаболизмом углеводов, определяющих структуру клеточных оболочек, с такими как р-1,4-глюканаза, р-1,3-глюканаза, (3-1,6-глюканаза я гемицеллю-лаза, а также а-1,3- и а-1,6-глюканазы [73, 99, 136]. Повышение активности глюканазных энзимов взаимосвязано с процессами деструкции их субстратов, а следовательно, и с изме-нениями в каллозной оболочке материнской клетки пыльцы и формирующихся тетрад, так как она является Р-1,3-свя-занным полимером глюкозы. Установлено, что ИУК и 2,4Д способствуют увеличению р-1,3-глюканаз'ной активности, в результате чего разрываются перекрестные связи в пределах клеточных стенок и оболочек, что обусловливает возрастание их эластичности и проницаемости [55].

Введение ИУК в растительную клетку повышает утилизацию глюкозы путем активации энзима УДФ-зависимой глю-кансинтетазы, локализованной в пределах аппарата Гольд-21

жи, что способствует формированию и повышенному содержанию глюканов, галактанов и пентозанов [42]. Подобным образом 2,4Д включается в один из уровней метаболизма клетки (через углеводы, путем активации плазменной, связанной с мембранами глюкансинтетазы), что способствует утилизации УДФ-арабинозы я увеличению количества связанных остатков арабинозы с галактаном [136]. Повышение числа сшивок в молекулах галактана изменяет пластичность клеточных стенок. Вместе с тем аккумуляция 2,4Д в мембранах вызывает нарушение комплекса связанного с мембранами белкового фактора, который обусловливает активность PHiK полимеразы, транскрибирующей определенные мРНК [66].

В опытах по конкурентному вытеснению связанных эффек-торов (производные феноксиуксусной кислоты и ИУК) наглядно продемонстрировано, что связывание биологически активных хлорированных производных мембранами (эффектор-рецептор) носит специфический характер [14]. Изменяя функциональную активность мембран и связанных с ними энзи-мов, ауксины с гаметоцидными свойствами могут вызывать индукцию синтеза определенных мРНК, ответственных за •продуцирование ряда энзимов, среди которых имеются ферменты, преобразующие углеводные компоненты мембран и клеточных оболочек. Возрастающая при этом проницаемость может вызывать нарушение селективной изоляция формирующихся тетрад с последующим их деградированием. Предполагают, что каллозная оболочка функционирует как «молекулярный фильтр», позволяющий проникать внутрь материнских клеток пыльцы основным питательным элементам, за исключением больших молекул. Последние в эту раннюю фазу могут помешать установлению автономии ядра гаплоид-ной споры в пределах собственной цитоплазмы [98].