Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.

Электронно-микроскопическим и биохимическими методами показано, что митохондриальная ДНК (мтДНК) сахарной свеклы многокомпонентна, она содержит высокомолекулярную сложно организованную кольцевую ДНК размером до 500 т. п. н. и плазмидоподобные миникольцевые ДНК (1,3; 1,4 и 1,6 т. п. н). Высокомолекул...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	1988
Hauptverfasser:	Киселева, Е.В., Дударева, Н.А., Бояринцева, А.Э., Майстренко, А.Г., Христолюбова, Н.Б., Салганик, Р.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1988
Schriftenreihe:	Биополимеры и клетка
Schlagworte:	Клеточная биология
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/154110
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L. / Ε.В. Киселева, Η.А. Дударева, Α.Э. Бояринцева, А.Г. Майстренко, Η.Б. Христолюбова, Р.И. Салганик // Биополимеры и клетка. — 1988. — Т. 4, № 6. — С. 321-328. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-154110
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1541102019-06-16T01:27:04Z Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L. Киселева, Е.В. Дударева, Н.А. Бояринцева, А.Э. Майстренко, А.Г. Христолюбова, Н.Б. Салганик, Р.И. Клеточная биология Электронно-микроскопическим и биохимическими методами показано, что митохондриальная ДНК (мтДНК) сахарной свеклы многокомпонентна, она содержит высокомолекулярную сложно организованную кольцевую ДНК размером до 500 т. п. н. и плазмидоподобные миникольцевые ДНК (1,3; 1,4 и 1,6 т. п. н). Высокомолекулярная ДНК упакована в глобулы и розеткоподобные структуры, петли которых соединены в центре белковой сердцевиной. Глобулы и розетки соединены между собой содержащими ДНК толстыми и тонкими фибриллами, вдоль которых регулярно расположены нуклеосомо- и нуклеомероподобные структуры. Плазмидоподобные молекулы ДНК находятся в суперспирализованном состоянии. Електронно-мікроскопічним і біохімічними методами показано, що мітохондріальна ДНК (мтДНК) цукрового буряку багатокомпонентна, вона містить високомолекулярну складно організовану кільцеву ДНК розміром до 500 тис. п. н. і плазмідоподібні мінікільцеві ДНК (1,3; 1,4 і 1,6 тис. п. н.). Високомолекулярна ДНК упакована в глобули і розеткоподібні структури, петлі яких з’єднані в центрі білковою серцевиною. Глобули і розетки з’єднані між собою товстими і тонкими фібрилами, що містять ДНК, уздовж яких регулярно розташовані нуклеосомо-і нуклеомероподібні структури. Плазмідоподібні молекули ДНК перебувають у суперспіралізованому стані. It is shown by electron microscopy and biochemical methods that mitochondrial DNA (mtDNA) of Beta vulgaris L. is multicomponent and consists of high molecular DNA (~500 kb) and minicircular plasmid-like DNA molecules (1.3, 1.4 and 1.6 kb). High molecular mtDNA when not entirely free of proteins is presented by resembling chro-momers of globular and rosette-like structures. The typical rosette has a protein core and stemming from it DNA loops. The globules and rosettes are interconnected between themselves by thick and thin DNA fibrils along which nucleosome- and nucleomere-like structures are regularly distributed. The plasmid-like DNA molecules are in super-coiled forms. 1988 Article Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L. / Ε.В. Киселева, Η.А. Дударева, Α.Э. Бояринцева, А.Г. Майстренко, Η.Б. Христолюбова, Р.И. Салганик // Биополимеры и клетка. — 1988. — Т. 4, № 6. — С. 321-328. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000240 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/154110 2577.255.:576.311+575:633.63 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Клеточная биология Клеточная биология
spellingShingle	Клеточная биология Клеточная биология Киселева, Е.В. Дударева, Н.А. Бояринцева, А.Э. Майстренко, А.Г. Христолюбова, Н.Б. Салганик, Р.И. Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L. Биополимеры и клетка
description	Электронно-микроскопическим и биохимическими методами показано, что митохондриальная ДНК (мтДНК) сахарной свеклы многокомпонентна, она содержит высокомолекулярную сложно организованную кольцевую ДНК размером до 500 т. п. н. и плазмидоподобные миникольцевые ДНК (1,3; 1,4 и 1,6 т. п. н). Высокомолекулярная ДНК упакована в глобулы и розеткоподобные структуры, петли которых соединены в центре белковой сердцевиной. Глобулы и розетки соединены между собой содержащими ДНК толстыми и тонкими фибриллами, вдоль которых регулярно расположены нуклеосомо- и нуклеомероподобные структуры. Плазмидоподобные молекулы ДНК находятся в суперспирализованном состоянии.
format	Article
author	Киселева, Е.В. Дударева, Н.А. Бояринцева, А.Э. Майстренко, А.Г. Христолюбова, Н.Б. Салганик, Р.И.
author_facet	Киселева, Е.В. Дударева, Н.А. Бояринцева, А.Э. Майстренко, А.Г. Христолюбова, Н.Б. Салганик, Р.И.
author_sort	Киселева, Е.В.
title	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.
title_short	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.
title_full	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.
title_fullStr	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.
title_full_unstemmed	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.
title_sort	структурный анализ митохондриального генома beta vulgaris l.
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	1988
topic_facet	Клеточная биология
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/154110
citation_txt	Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L. / Ε.В. Киселева, Η.А. Дударева, Α.Э. Бояринцева, А.Г. Майстренко, Η.Б. Христолюбова, Р.И. Салганик // Биополимеры и клетка. — 1988. — Т. 4, № 6. — С. 321-328. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv	AT kiselevaev strukturnyjanalizmitohondrialʹnogogenomabetavulgarisl AT dudarevana strukturnyjanalizmitohondrialʹnogogenomabetavulgarisl AT boârincevaaé strukturnyjanalizmitohondrialʹnogogenomabetavulgarisl AT majstrenkoag strukturnyjanalizmitohondrialʹnogogenomabetavulgarisl AT hristolûbovanb strukturnyjanalizmitohondrialʹnogogenomabetavulgarisl AT salganikri strukturnyjanalizmitohondrialʹnogogenomabetavulgarisl
first_indexed	2025-07-14T05:39:20Z
last_indexed	2025-07-14T05:39:20Z
_version_	1837599619787259904
fulltext	16 Bornens Μ. The centriole as a gyroscopic oscillator. Implications for cell organi- zation and some other consequences / /Bio l . Cell.— 1979.—35, N 2 ,—P. 115—132. 17 Albrecht-Buehler G. Dose the geometric design of centrioles imply their f u n c t i o n ? / / Cell Motility.—1981,—1, N 2 .—P. 237—245. 18. Pickett-Heaps J. D., Tippit D. H., Porter K. R. Rethinking mitosis / / Cell.— 1982.— 29, N 3.— P. 729—744. 19. Behavior of centrosomes during fertilization and cell division in mouse oocytes and in sea urchin eggs / H. Schatten, G. Schatten, D. Mazia et al. / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.— 1986.—83, N 1.—P. 105—109. Межфакультет, пробл. н.-и. лаб. молекуляр. биологии Получено 25.02.87 и биоорг. химии им. А. Н. Белозерского, МГУ им. М. В. Ломоносова УДК 577.255.2:576.311+575:633.63 СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МИТОХОНДРИАЛЬНОГО ГЕНОМА Beta vulgaris L. Ε. В. Киселева, Η. А. Дударева, Α. Э. Бояринцева, А. Г. Майстренко, Η. Б. Христолюбова, Р. И. Салганик Введение. Известно, что геном митохондрий высших растений резко отличается от генома митохондрий животных как по размерам, так и по своей организации [1]. Так, размеры митохондриальной Д Н К (мтДНК) растений достигают 2500 тысяч пар нуклеотидов (т. п. н.), тогда как мтДНК животных не превышают 18 т. п. н. Показано, что геном митохондрий растений, кроме высокомолекулярных форм Д Н К , содержит многочисленные субгеномные кольцевые Д Н К , образующие- ся, как полагают, за счет рекомбинаций основного генома в районах прямых повторов и, наконец, в ряде случаев плазмидоподобные Д Н К [2]. Изучению митохондриального генома растений в последние годы уделяется все большее внимание, поскольку показано, что помимо ос- новной функции — энергетического обеспечения внутриклеточных про- цессов — митохондрии ответственны за целый ряд таких практически важных свойств растений, как устойчивость к патотоксинам и цито- плазматическая мужская стерильность [3]. Д л я понимания функцио- нирования митохондриального генома важное значение имеет исследо- вание особенностей структурной и пространственной организации мтДНК. Изучению этого вопроса, а также биохимическому анализу гетеро- генности состава митохондриального генома фертильных растений са- харной свеклы посвящена эта работа. Материалы и методы. В работе исследовали мтДНК, выделенные из растений фертильной линии сахарной свеклы СОАН-102 (коллекция лаборатории полиплоидии Ин-та цитологии и генетики Сиб. отд-ния АН СССР). Митохондрии выделяли из пятидневных этиолированных проростков методом дифференциального центрифугирования, обрабатывали ДНКазой для освобождения от ядерной ДНК, отмывали от фермента и центрифугировали в ступенчатом 1,2 и 1,6 Μ сахарозном градиенте для очистки от примеси пластид и других субклеточных компонентов. Для выделения Д Н К очищенные митохондрии собирали из фракций 1,35—1,45 Μ сахарозы и инкубировали в 1 %-ном Na-саркозиле с протеиназой К («Sigma», США, 100 мкг/мл) в течение 30 мин при 37 °С, чтобы разрушить мембра- ны и гидролизовать белки, и далее при выделении и очистке мтДНК следовали мето- ду, описанному в [4]. Фенольную депротеинизацию мтДНК проводили до исчезнове- ния видимой интерфазы. Электрофоретический анализ мтДНК осуществляли в 1,5 %-ном агарозном геле, в каждой пробе содержалось по 30 мкг ДНК. Условия электрофореза и окраски бро- мистым этидием были стандартными. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1988.—Т. 4. № б 321 Рис. 1. Электронно-микроскопические фотографии изолирован- ных митохондрий сахарной свеклы на срезах (а) и мтДНК на распластанных (по методу белково-монослойной техники) препаратах (б — е); б — кольцевая молекула мтДНК, упако- ванная в розетку; в — высокомолекулярная форма мтДНК, состоящая из связанных розеток; г — е — последовательные стадии расправления отдельной компактной глобулы в розет- ку Fig. 1. Electron micrographs of isolated mitochondria of sugar beet on thin section (a) and mtDNA on spreaded preparations (б — e)\ б — circular molecule of mtDNA forming a rosette, в — high molecular mtDNA consisting of interconnected roset- tes; г — e — consecutive stages of decondensation of a separate compact globule into a rosette Препараты мтДНК обрабатывали Si-нуклеазой («Sigma», 5 ед. активности) в течение 10 мин при 20 °С для получения релаксированных кольцевых форм Д Н К или в течение 10 мин при 37 °С для получения линейных форм. Электронно-микроскопический анализ макромолекул в препаратах мтДНК про- водили методом белково-монослойной техники [5]. Для изучения структуры высоко- молекулярных мтДНК митохондрии сахарной свеклы обрабатывали 1 %-ным Na-cap- козилом в 0,1 Μ трис-HCl, рН 8,0, 10 мМ ЭДТА (30 мин, 37°С). Выделенные препа- 322 БИОПОЛИМЕРЫ И К Л Е Т К А . — 1 9 S S - Т . 4, № і раты мтДНК исследовали на различных стадиях очистки: после одной, трех и восьми фенольных депротеинизаций. Дополнительную обработку мтДНК, полученных после восьми фенольных депротеинизаций, протеиназой К (100 мкг/мл) проводили в тече- ние 30 мин при 37 °С. Препараты напыляли сплавом платина — палладий под углом 7°. Параллельно проводили электронно-микроскопический анализ чистоты выделенных митохондрий на срезах. Материал фиксировали 1 %-ным 0 s 0 4 и заливали в арал- дит. Препараты исследовали в электронном микроскопе JEM-100C (Япония). Контур- ную длину молекул Д Н К измеряли курвиметром. В качестве маркера длины исполь- зовали Д Н К фага М13 размером 7200 п. н. Результаты и обсуждение. Электронно-микроскопический анализ фракции изолированных митохондрий выявил достаточную ее чистоту и хорошую сохранность оболочки и крист митохондрий (рис. Ι , α ) . Исследование распластанных по методу Кляйншмидта препаратов мтДНК показало, что она представлена гетерогенной популяцией коль- цевых молекул с различной степенью упаковки Д Н К (рис. 1,6—е, рис. 2), среди которых иногда наблюдаются линейные молекулы. По результатам электронно-микроскопического анализа мтДНК можно разделить на две основные группы: высокомолекулярную с размером молекул от 20 до 160 мкм (62—496 т. п. н.) и выше и пизкомолекуляр- ную, состоящую из плазмидоподобных Д Н К , которые по контурным размерам можно условно разделить на большие (1 —10 мкм или 3,1 — 31 т. п. н.) и малые (0,2—0,8 мкм или 0,6—2,4 т. п. н.). Высокомолекулярные мтДНК после трех фенольных депротеини- заций еще сохраняют связь с белками и видны на препаратах как в релаксированном, так и суперспирализованном состоянии. Релаксиро- ванные высокомолекулярные мтДНК имеют вид отдельных (рис. 1,6, е) или связанных между собой (рис. 1,в) розеткоподобных структур (розеток), содержащих центральную плотную глобулу (40—60 нм) и радиально отходящие от нее замкнутые петли Д Н К различных размеров (0,6—1,5 мкм). При этом число петель в отдельных розетках колеблет- ся от 16 до 30 и составляет в среднем 2 2 ± 3 . Аналогичная упаковка мтДНК описана ранее у животных орга- низмов после мягкого осмотического шока митохондрий [6] или разде- ления Д Н К в градиенте плотности сахарозы [7], а также в Д Н К кине- топластов динофлагелят [8]. Что касается растений, то скопления пе- тель, не содержащих центральной глобулы, но напоминающих розетки, наблюдали недавно на фотографиях крупных кольцевых молекул мтДНК, выделенных из проростков кормовых бобов [9]. Все вышеизложенное позволяет предположить, что розеткоподоб- ная организация Д Н К отражает основной принцип упаковки крупных кольцевых молекул в геноме митохондрий различных типов организмов. В поддержании розеткоподобной организации высокомолекуляр- ной мтДНК участвуют, вероятно, прочно связанные с Д Н К белки, ко- торые полностью не удаляются даже после восьми фенольных депро- теинизаций. И только дополнительная обработка мтДНК протеиназой К приводит к появлению свободных кольцевых молекул, не уложенных в розетки (рис. 2 , 6 ) . Сходные результаты были получены при иссле- довании мтДНК животных [7]. Наряду с релаксированными розеткоподобными структурами в составе высокомолекулярной мтДНК встречаются (до 30 %) более компактные образования, состоящие из связанных между собой и от- дельно лежащих глобул размером 150—200 нм (рис. 1 ,г) , а также их промежуточные формы, находящиеся на разных стадиях декомпакти- зации, которая сопровождается появлением петель Д Н К (рис. 1,3, рис. 2, а ) . Такие структуры наблюдаются только на начальных этапах выделения Д Н К из митохондрий. Можно предположить, что такие крупные глобулы представляют собой плотно упакованные розетки, петли которых суперспирализованы и, возможно, связаны с гистоно- подобными белками, присутствие которых в митохондриях показано пока только у дрожжей [10, 11]. Эти компактные глобульт сходны по БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1988.—Т. 4. № б 323 Рис. 2. Электронно-микроскопические фо- тографии различных форм м т Д Н К са- харной свеклы на распластанных препа- ратах: а — высокомолекулярная форма мтДНК в виде связанных компактных глобул и розеток, содержащая в своем составе фибриллы и гранулы (стрелки) разных размеров; б — крупная кольце- вая молекула мтДНК после обработки протеиназой К; в—г — суперспирализо- ванные кольцевые формы мтДНК (стрел- кой указана компактная частица, представляющая суперспирализованную миникольцевую ДНК) ; д—ж — реклами- рованные формы плазмидоподобных ко- льцевых Д Н К Fig. 2. Electron micrographs of different sugar beet mtDNA forms on spreaded preparations: a — high molecular mtDNA which are seen as interconnected compact globules and rosettes containing fibrils and regularly distributed granules (ar- rows) of different sizes; б — a large circular DNA molecule after incubation of the material with proteinase K\ в-г — supercoiled circular mtDNA forms (arrow indicates a compact particle of supercoi- led minicircular DNA); д-ж — relaxed forms of minicircular DNA размерам и морфологии с хромомероподобными структурами, обнару- женными нами ранее у прокариот [12], и с хромомерами, выявляемы- ми обычно в хроматине и метафазных хромосомах растений [13] и жи- вотных [14]. В составе промежуточных форм Д Н К (рис. 2, а) выявляются тон- кие фибриллы толщиной 7—8 нм, представляющие расправленные нити Д Н К , а также фибриллы, толщиной 12—14 и 30—40 нм, на которых, видны регулярно расположенные гранулы сходных размеров, весьма напоминающие нуклеосомы (10—12 нм в диаметре) и нуклеомеры Рис. 3. Гистограмма распределения высокомолекулярных форм мтДНК, содержащих различное число розеток. По оси абсцисс — количество розеток в структуре, которое оценивали по числу центральных плотных глобул. По оси ординат — число молекул Fig. 3. Histogram of distribution of high molecular mtDNA according to the number of rosettes. On the abscissa axis is number of rosettes (counted by the number of central compact globules). On the ordinate axis — number of molecules Рис. 4. Гистограмма распределения кольцевых суперспирализованных форм мтДНК по длине. По оси абсцисс — размеры суперспирализованных молекул, мкм. По оси орди- нат — число молекул Fig. 4. Histogram of distribution of circular supercoiled mtDNA moleculcs according to their length. On the abscissa axis — sizes of superspiralized molecules in μιη. On the ordinate — the number of molecules (25—30 им в диаметре) эукариот. Хромомеро-, нуклеомеро- и нуклео- сомоподобные структуры в митохондриальном геноме растений в на- стоящей работе описаны впервые. Полученные данные свидетельствуют, очевидно, о существовании универсального способа упаковки Д Н К не только ядерных, но и митохондриальных геномов различных типов жи- вых организмов. Количественный анализ показал, что среди высокомолекулярных форм Д Н К , представленных одиночными розетками (измерено 38 мо- лекул) более половины составляют Д Н К с контурной длиной 20— 37 мкм. Основная же масса высокомолекулярных форм Д Н К представлена структурами, состоящими из связанных между собой розеток (рис. Ι ,β , рис. 3) (измерено 146 молекул), контурная длина Д Н К в которых (по приблизительным оценкам) составляет 130—160 мкм (403—496 т. п. н.). Эти значения близки к размерам высокомолекулярной мтДНК сахар- ной свеклы (375ч=24 т. п. н.), полученным с помощью рестрикционно- го анализа [15]. В то же время на препаратах встречаются и более крупные скопления Д Н К , состоящие из большего числа розеток. При- сутствие подобных структур, возможно, связано с амплификацией ми- тохондриального генома [16] либо с его репликацией, хотя нельзя ис- ключить и случайной агрегации розеток в процессе выделения. Плазмидоподобные мтДНК обнаруживаются на препаратах в виде суперспирализованных кольцевых молекул размером 0,2—1,5 мкм (рис. 2, в, г) либо компактных частиц размером 0,02—0,05 мкм (рис. 2, в) . Среди первых наиболее многочисленными являются моле- кулы, имеющие в суперспирализованном состоянии размеры 0,4; 0,5; 0,6 и 0,8 мкм (рис. 4), которые после обработки Si-нуклеазой (10 мин, БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1988.—Т. 4. № б 325 20 °С) превращаются в релаксированные кольцевые молекулы с кон- турной длиной Д Н К 1 — Ю мкм (рис. 2,(3). Подобные субгеномные кольцевые молекулы обнаружены в составе м т Д Н К других высших растений [17]. Есть данные, указывающие на то, что они возникают в результате рекомбинаций по участкам прямых повторов основной вы- сокомолекулярной формы м т Д Н К [18]. Исследование первичной струк- туры подобных кольцевых Д Н К показало наличие в их составе уни- кальных последовательностей [19], однако функциональное значение этих генетических элементов пока не установлено. Рис. 5. Электрофоретический анализ мтДНК, выделенной из фертилыюй линии сахар- ной свеклы, в 1,5 %-ном агарозном геле. В качестве маркеров использовали продукты расщепления Д Н К фага λ рестриктазой PstI (1); 2—мтДНК; 3— мтДНК, обработан- ная Sj-нуклеазой 10 мин, 20 °С (релаксированные кольцевые формы); 4 — мтДНК, об- работанная так же при 37 °С (линейные формы ДНК) Fig. 5. Electrophoresis in 1.5 % agarose gel of mtDNA from fertile line of sugar beet. Products of digestion of phage λ DNA by PstI were taken as markers (I); 2 — intact mtDNA; 3 — mtDNA digested by S r n u c l e a s e for 10 min at 20°С (relaxed circular forms); 4 — mtDNA digested by S r nuc l ca se for 10 min at 37 °С (linear DNA forms) Вторая подгруппа плазмидоподобных мтДНК, выявляющаяся в суперспирализованном состоянии как небольшие компактные частицы (рис. 2, в) , после обработки Si-нуклеазой (10 мин, 20 °С) приобретает вид миникольцевых Д Н К контурной длиной 0,2—0,8 мкм (рис. 2 , е , ж ) у среди которых чаще всего встречаются молекулы длиной 0,4—0,5 мкм (1,3—1,55 т. п. н.). При электрофоретическом анализе м т Д Н К было обнаружено, что помимо высокомолекулярной Д Н К имеются три низкомолекулярные фракции в нижней части 1,5 %-ного агарозного геля (рис. 5, дорожка 2). Они представлены суперспирализованными кольцевыми молекула- ми, что было установлено по изменению электрофоретической подвиж- ности после обработки м т Д Н К Si-нуклеазой в различных условиях (рис. 5, дорожки 5, 4) \ размер их, оцененный путем сравнения электро- форетической подвижности линейных форм этих молекул (рис. 5, до- рожка 4) с подвижностью маркерных фрагментов (рис. 5, дорожка / ) , 326 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1988.—Т. 4. № б 326 составлял 1,3; 1,4; 1,6 т. п. н. Полученные данные согласуются с ре- зультатами электронно-микроскопического анализа и совпадают с дан- ными Томаса [20], который обнаружил в составе м т Д Н К сахарной свеклы три класса миникольцевых Д Н К размером 1,3; 1,4 и 1,6 т. п. н. Предполагается, что миникольцевые м т Д Н К растений имеют отноше- ние к явлению цитоплазматической мужской стерильности, поскольку обнаружена корреляция между наличием этого признака и отсутстви- ем некоторых из миникольцевых молекул [21]. Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что митохондриальный геном сахарной свеклы, как и других высших растений, представлен гетерогенной популяцией молекул, среди кото- рых обнаруживаются высокомолекулярные сложно организованные формы и субгеномные плазмидоподобные Д Н К . Впервые продемонст- рировано наличие различных уровней организации Д Н К в составе ми- тохондриального генома. Высокомолекулярная Д Н К представляет со- бой, вероятно, гигантское кольцо размером до 500 т. п. н., которое ком- пактизовано, во-первых, за счет образования нуклеосомо- и нуклеоме- роподобных глобулярных структур (рис. 2, а) и, во-вторых, за счет укладки такой Д Н К в петли, образующие розеткоподобные структуры (рис. 1,6, в, е). Сердцевиной таких розеток являются, очевидно, спе- циализированные белки, которые могут иметь сродство к определен- ным последовательностям нуклеотидов в составе м т Д Н К . Такой прин- цип укладки ядерной Д Н К в петли исследован в настоящее время до- статочно детально [22]. Можно допустить, что такие петли представляют собой функциональные единицы транскрипции. Обнаруженные в м т Д Н К розеткоподобные и хромомероподобные структуры аналогичны тем, которые наблюдаются в нуклеоиде бакте- рий, а также в метафазных хромосомах и интерфазном хроматине растительных и животных клеток [13, 14]. Среди плазмидоподобных миникольцевых Д Н К в составе генома митохондрий, судя по данным электрофоретического и электронно-мик- роскопического анализов, преобладают три класса (1,3; 1,4 и 1,6 т. п. н.). По-видимому, эти молекулы, д а ж е если они образовались путем ре- комбинаций по участкам прямых повторов высокомолекулярной м т Д Н К [20], выполняют какие-то существенные функции. Это следует из того, что не происходит их элиминации в процессе эволюции, а наоборот, они сохраняются в геноме митохондрий сахарной свеклы и других выс- ших растений. В пользу этого свидетельствует и то, что полное или частичное отсутствие таких плазмидоподобных Д Н К у кукурузы, сорго, сахарной свеклы сопряжено с цитоплазматической мужской стериль- ностью [2, 20, 21]. Авторы выражают благодарность С. И. Малецкому за предостав- ление семян сахарной свеклы, Е. С. Беляевой — за полезное обсужде- ние полученных результатов, В. А. Мельникову и Н. А. Дементьевой — за техническую помощь в работе. STRUCTURAL ANALYSIS OF MITOCHONDRIAL GENOME OF BETA VULGARIS L. Ε. V. Kiseleva, N. A. Dudareva, A. E. Boyarintseva, A. G. Majstrenko, N. B. Khristolyubova, R. I. Salganik Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of the Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk S u m m a г у It is shown by electron microscopy and biochemical methods that mitochondrial DNA (mtDNA) of Beta vulgaris L. is multicomponent and consists of high molecular DNA ( — 500 kb) and minicircular plasmid-like DNA molecules (1.3, 1.4 and 1.6 kb). High molecular mtDNA when not entirely free of proteins is presented by resembling chro- momers of globular and rosette-like structures. The typical rosette has a protein core БИОПОЛИМЕРЫ И К ЛЕТКА,— 1988 — Т. 4, № б 327 and stemming from it DNA loops. The globules and rosettes are interconnected betwe- en themselves by thick and thin DNA fibrils along which nucleosome- and nucleomere- like structures are regularly distributed. The plasmid-like DNA molecules are in super- coiled forms. 1. Sederoff R. R. Structural variation in mitochondrial D N A / / A d v . Genet.— 1984.— 22.—P. 1 — 108. 2. Leaver C. JGray M. W. Mitochondrial genome organization and expression in higher p l a n t s / / A n n u . Rev. Plant Physiol.— 1982,—33.—P. 373—402. 3. Негрук В. И. Внеядерные геномы высших растений//С.-х. биология.— 1984.— № 11.—С. 103—108. 4. Syrtenki R. ΜLevings С. S., Shan D. Μ. Physicochemical characterization of mito- chondrial DNA from soy b e a n / / P l a n t Physiol.— 1978,—61, N 3.—P. 460—464. 5. Kleinschmidt A. K. Monolayer techniques in electron microscopy of nucleic acid mo- lecu les / /Meth . Enzymol.— 1968.—12B.— P. 361—377. 6. Mitochondrial DNA. 3. Electron microscopy of DNA released from mitochondria by osmotic shock / E. F. J. van Bruggen, С. M. Runner, P. Borst ct al. / / Biochim. et biophys. acta.— 1968,—161, N 2,—P. 402—414. 7. Van Tiule J. C., Pherson M. L. A compact form of rat liver mitochondrial DNA sta- bilized by bound p r o t e i n s / / J . Biol. Chem.— 1979.—254, N 13,—P. 6044—6055. 8. Renger H. C., Wolstenholme D. R. The form and structure of kinetoplast DNA of Crithidia / / J. Cell Biol.— 1972,—54, N 2 — P. 346—364. 9. Diversity of Vicia faba circular mtDNA in whole plants and suspension cu l tures / V. I. Negruk, G. J. Eisner, T. D. Redichkina et al. / / Theor. and Appl. Genet.— 1986.-72, N 4,—P. 541-547. 10. Kuroiwa T. Mitochondrial nuclei / / Int. Rev. Cytol.— 1982.—75.-—P. 1—58. 11. Caron F., J acq C., Rouviere-Yaniv J. Characterization of a histone-like protein ex- tracted from yeast mi tochondr ia / /Proc . Nat. Acad. Sci. USA.— 1979,—76, N 9 — P. 4265—4269. 12. Электронно-микроскопический анализ уровней структурной организации хромосо- мы Escherichia coli / Ε. В. Киселева, Ε. В. Лихошвай, Н. А. Сердюкова, Н. Б. Хри- столюбова / / Докл. АН СССР.— 1986.—289, № 5.—С. 1235—1237. 13. Горунг Ε. М., Поляков В. Ю., Ченцов Ю. С. Уровни компактизации ДНК в ин- терфазных и митотических хромосомах высших растений//Цитология.—1986.— 28, № 9,—С. 911—914. 14. Зацепина О. В., Поляков В. Ю., Ченцов Ю. С. Электронно-микроскопическое изу- чение хромонемы в митотических и интерфазных хромосомах / /Там же.— 1983.— 25, №? 2.—С. 123—129. 15. Powling A. Restriction endonuclease analysis of mitochondrial DNA from sugarbeet with normal and male-sterile cytoplasms/ /Heredi tv .— 1982.—49, N 1.— P. 117— 120. 16. J amet-Viernetf C., Be gel O., Belcour L. Senescence in Podospora anserina: amplifi- cation of a mitochondrial DNA sequence/ /Cel l .— 1980—21, N 1,—P. 189—194. 17. Levings C. S. Ill, Pring D. R. The mitochondrial genome of higher p l a n t s / / S t a d - ler Symp.— 1978.—10.—P. 77—94. 18. Milligan R. M., Walbot V. Gene expression and recombination in plant mitochondri- al g e n o m e s / / T r e n d s Genet.—1986,—2, N 10,—P. 263—266. 19. Quetier F., Vedel F. Heterogeneous population of mitochondrial DNA molecules in higher p l a n t s / / N a t u r e . — 1977,—268, N 5618.—P. 365—368. 20. Thomas С. M. The nucleotide sequence and transcription of minicircular mitochond- rial DNA's associated with male-fertile and cytoplasmic male-sterile lines of sugar- beet / / Nucl. Acids Res.— 1986,—14, N 23.—P. 9353—9370. 21. Powling Α., Ellis T. W. N. Studies on the organelle genomes of sugarbeet with male-fertile and male-sterile cy top lasms/ /Theor . and Appl. Genet.— 1983.—65, N 4,— P. 323—328. 22. Георгиев Г. П., Бакаев В. В. Три уровня структурной организации хромосом эу- кариот/ /Молекуляр . биология.— 1978.-12, № 6.—С. 1205—1230. Ин-т цитологии и генетики Получено 07.08.87 Сиб. отд-ния АН СССР, Новосибирск 328 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.—1988.—Т. 4, X* 6

Структурный анализ митохондриального генома Beta vulgaris L.

Institution

Ähnliche Einträge