BioScience Blog – Научный Биологический блог

Прорастание семян – это переход семени от состояния покоя к активному росту. При прорастании разворачивается во времени активация метаболизма и подготовка ростовых процессов. Вода играет пусковую роль в прорастании семян, поскольку при набухании постепенно достигаются пороговые для каждого процесса уровни оводненности. Изучение механизмов поступления воды в семена необходимо для понимания прорастания. Вода может проникать в клетку в результате диффузии через липидный бислой, а также через интегральные белки – аквапорины, функционирующие как водные каналы, которые пропускают воду без затраты энергии, по градиенту водного потенциала. Данная работа посвящена выяснению роли аквапоринов в поступлении воды в прорастающие семена. Объектами исследования служили ортодоксальные семена кормовых бобов Vicia faba minor и рекальцитрантные семена конского каштана Aesculus hippocastanum, прорастание которых происходит только за счет растяжения клеток. Эти семена отличаются по водному статусу. Семена кормовых бобов в состоянии вынужденного покоя имеют низкую влажность (8-10%), дальнейшее возрастание влажности до 66 % происходит за счет матричных сил, увеличение влажности до 74 % при инициации роста происходит за счет осмотических сил. Осевые органы каштана поддерживают в покое влажность 63% – уже на уровне насыщения матричных сил и к моменту прорастания влажность возрастает за счет накопления осмотиков до 74%. Из осевых органов семян были выделены мембраны путем дифференциального центрифугирования гомогената и разделения микросом в водной двухфазной полимерной системе. Мембранные белки подвергали ДДС-Na-ПААГ электрофорезу и вестерн блоттингу с поликлональными антителами к аквапоринам плазмалеммы PIP1 и PIP2 и к аквапоринам тонопласта TIP2 и TIP3;1. Аквапорины присутствовали на блотах в виде мономеров, димеров и мультимеров. В осевых органах набухающих и прорастающих семян бобов и каштана обнаружены все изученные аквапорины. В период интенсивного набухания, происходящего за счет физических процессов и на следующем этапе, когда поступление дополнительных количеств воды связано с накоплением осмотически-активных веществ до момента проклевывания содержание аквапоринов PIP1, PIP2 и TIP2 не менялось в осевых органах каштана и бобов. Содержание аквапорина тонопласта TIP3;1 поддерживалось на одном уровне при набухании осевых органах бобов, значительно уменьшалось при инициации роста. Аквапорин TIP3;1 является маркером тонопласта в вакуолях созревающих семян и в белковых телах. В растущих растяжением осевых органах бобов этот аквапорин исчезал, что могло быть связано с превращением белковых тел в вакуоли. TIP3;1 сохранялся в осевых органах каштана в связи с сохранением вакуолей и поддержанием высокого уровня оводненности. Однако тест на участие аквапоринов в поступлении воды показал, что, несмотря на присутствие аквапоринов в период набухания и инициации роста в осевых органах обоих видов семян, они не участвуют в поступлении воды. Поглощение воды происходит при участии аквапоринов только после инициации роста клеток растяжением.