Genetic Control and Phytohormonal Regulation of Plant Embryogenesis

The review is devoted to genetic mechanisms of regulation of plant embryonic development. Numerous families of genes identified to date that control this phase of plant ontogenesis are presented in detail; their key role in the formation and development of plant seed is described. Data concerning important role of different classes of phytohormones such as auxins, cytokinins, gibberellic acid, brassinosteroids, abscisic acid, ethylene and jasmonic acid in the regulation of plant growth and development during embryogenesis are resulted

Screening and peculiarity of the biological action of synthetic plant growth regulators

As a result of biological screening among synthetic compounds that have growth regulatory activities in culture tissues in vitro and in vivo in plants, 5 perspective substances were chosen as the substitutes of phytohormones. Thus, it was found that Ivin (N-oxide 2,6-dimethylpyridine) revealed predominant cytokinin activity in vitro and a cytokinin-gibberelin activity in vivo; Methyur (Na-derivative 6-methylthyouracyl) showed an expressive cytokinin-gibberellin activity in vivo; Triamelon (Iodide tris (2,2-trimethylammoniummethyl phosphate) revealed a cytokinin-anxin activity in vitro; preparation D-107 (l-acetyl-amino-1-acetylthyo-2-oxo-2-phenylethan) revealed an auxine-like effect and the preparation N 2622 (derivative tetrahydrothyophendioxide) showed an expressive auxin activity in vivo. The model of mediated action of plant growth regulators through phytohormones is proposed.У процесі біологічного скринінгу синтетичних препаратів, які виявляють ріст-регулюючу активність у культурах тканин in vitro і на рослинах in vivo, відібрано п'ять препаратів як перспективних замінників фітогормонів: Івін (N-oxide-2,6- dimethy[pyridine) з переважною цитокініновою активністю in vitro і цитокінін-гібереліновою активністю in vivo; Метіур (Na-derivative 6-methylthyouracyl) з вираженою цитокінін-гібереліновою активністю in vivo; Тріамелон (iodide tris (2,2-trimethylammonium,methyl phosphate)) – з цитокінін-ауксиновою активністю in vitro; D-107 (1 -acetylamino-1-acetylthyo-2-oxo-2-phenylethan) з ауксиноподібним ефектом та № 2622 (derivative tetrahydrothyophendoixide) з яскраво вираженою ауксиновою активністю in vivo. Запропоновано модель опосеред­кованої дії регуляторів росту рослин через фітогормони.В процессе биологического скрининга синтетических препара­тов с рост-регуліірующей активностью в культурах тканей in vitro и на растениях in vivo были отобраны пять препаратов как перспективные заменители фитогормонов: Ивин (N-oxide-2,6-dimethylpyridine) с преобладающей цитокининовой актив­ностью in vitro и цитокинин-гиббереллиновой in vivo; Метиур (Na-derivative 6-methylthyouracyl) с выраженной цитокинин-гиб­береллиновой активностью in vivo; Триамелон (iodide tris (2,2-trimethylammoniummethyl phospate) – с ицтокинин-ауксиновой активностью in vitro; D-107 (1-acetylamina- 1-acetylthyo-2-oxo-2-phenylethan) с ауксиноподобным еффектом и № 2622 (derivative tetrahydrothyophendioxide) с ярко выраженной ауксиновой активностью in vivo. Предложена модель опосредованно­го действия регуляторов роста растений через фитогормоны

The phytohormone-mediated action of the synthetic regulators on cell extension growth in higher plants

It was shown that the action of synthetic growth activators on growth and development of isolated «non-decapitated» embryonic axes was analogous to action on embryonic axes of the intact haricot bean seeds; for the 72-hours period size increase of the embryonic axes depended on incubative medium composition: distilled water lutidine N-oxide - 6-methylthiouracil N-окис лутидину - 6-метилтіо-урацил N-окись лутидина - 6-метил­тиоурацил < МУК В опытах с зародышевыми осями, у кото­рых было сохранено по одной семядоле («однодольные» проро­стки), как в случае с «недекапитированными», так и «декапитированными» зародышевыми осями увеличение размера было идентично таковому зародышевых осей в интактных семенах фасоли и также зависело от состава инкубационной среды: диситиллированная вода < N-окись лутидина в 6-метилтиоу­рацил < [¹⁴C] Изучение фракционного состава новосинтезированных ([¹⁴С]-импульсно меченных) белков зародышевых осей методом одномерного ПАГ-электрофореза с последующей флюорографией гелей показало, что N-окись лутидина усили­вает синтез всех фракций клеточных белков с преобладающим увеличением синтеза некоторых высоко- и низкомолекулярных полипептидов, а 6-метилтиоурацил усиливает синтез только одного полипептида с молекулярной массой 30 кДа. Полученные данные рассматриваются соответственно как доказа­тельство в пользу развиваемых нами представлений о фитогормон-опосредуемом действии синтетических регуляторов роста растений и о разнонаправленности механизмов ростактивирующего действия N-окиси лутидина и 6-метилтиоурацила. Предложена схема опосредуемого фитогормонами ме­ханизма действия синтетических регуляторов на рост кле­ток растяжением у высших растений

An unusual minor protein appearing in embryonic axis cells of haricot bean seeds following germination process stimulated by 6-methylthiouracil

Using the two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis approach, an unusual – 30 kDa protein was found in embryonic axis cells of haricot bean seeds following seed germination process stimulated by 6-methyluracil. No similar protein was found both in control and lutidine N-oxide stimulated seeds. The synthesis of an additional low molecular weight protein was also detected in a cell-free system prepared from rabbit reticulocytes in the presence of poly(A)⁺RNA isolated from 6-methylthiouracil stimulated embryonic axes of haricot been seeds. At the same time the lutidine N-oxide was found to stimulate drastically the total polypeptide synthesis in an in vitro system prepared from wheat embryo in the presence of a standards poly(A)⁺RNA preparation, no similar effect of the 6-melhylthiouracil having been seen. The ratio of informosomes, free and incorporated into polyribosomes, was investigated following RNP-particles fractionation in a preformed CsCl gradient; the 6-methylthiouracil seed stimulation was shown to induce the development of an additional peak of synthetically active informosomes, their buoyant density being 1.46 g/cm . The 6-methylthiouracil stimulated seed germination causes a significant shortening of haricot plant ontogenesis period without any harmful changes of plant phenotype, the lutidine N-oxide stimulation leads, however, to deformed accelerated vegetative organ appearance accompanied by no reproductive organ development. Nature of 30 kDa protein as well as some problems concerning the correlation between different stimulator-induced cellular gene expression changes taking place during early postembryogenesis and further processes of haricot bean plant growth and development are discussed; some possible practical consequences of our exoeriments arc also mentioned.За допомогою двомірного електрофорезу білків у поліакриламідному гелі виявлено незвичайний мінорний білок з молекулярною масою ~ 30 кДа у клітинах зародкової осі при стимуляції проростання насіння квасолі (Phaseolus vulgaris L.) 6-метилтіоурацилом. Появу цього білка не зафіксовано в нормі та при проростанні, стимульованому N-оксидом лутидина. Синтез додаткового низькомолекулярного білка спостерігався також у безклітинній системі з ретикулоцитів кроля на матриці полі(А)⁺РНК, одержаній з клітин зародкової осі квасолевого насіння, обробленого 6-метилтіоурацилом. У той же час у безклітинній системі з проростків пшениці при використанні «стандартного» препарату полі(А)⁺РНК показано, що N-оксид лутидина різко стимулює синтез поліпептидів, а метилтіоурацил прямо не впливає на процес трансляції. Вивчаючи співвідношення рибосом, вільних та включених у полірибосоми in vivo, за допомогою фракціонування РНП-часточок у преформованому градієнті густини CsCl, встановлено присутність додаткового піка (1,46 г/см ) у фракції полірибосом. з зародкових осей насіння, обробленого 6-метилтіоурацилом. Така стимуляція суттєво скорочує період онтогенезу, ніяк не пошкоджуючи фенотипу рослини. При цьому обробка пророщуваного насіння N-оксидом лутидина призводить до деформованого прискореного розвитку вегетативних органів без розвитку органів розмноження рослини. Обговорюється природа білка 30 кДа і взаємозалежність між змінами в експресії генів, шр викликані ростовими стимуляторами у клітинах зародкової осі під час раннього постембріогенезу, та наступними різнонаправленими процесами росту та розвитку рослин квасолі. Розглянуто також деякі практичні напрямки застосування ростових стимуляторів, пов'язані з результатами проведених експериментів.С помощью двухмерного электрофореза белков в полиакриламидном геле показано появление в клетках зародышевой оси при стимулируемом 6-метилтиоурацилом прорастании семян фасоли (Phaseolus vulgaris L.) необычного минорного белка с молекулярной массой около 30 кДа. Этот белок не обнаруживался в норме и при стимулируемом N-окисью лутидина прорастании семян растений. Синтез дополнительного низкомолекулярного белка отмечен и в бесклеточной системе белкового синтеза из ретикулоцитов кролика на матрице поли(А)⁺РНК из клеток зародышевых осей со стимулируемым 6-метилтиоурацилом прорастанием семян фасоли. В то же время с помощью бесклеточной системы белкового синтези из проростков пшеницы с использованием в качестве матрицы стандартного препарата поли(А)⁺РНК установлено, что N окись лутидина резко стимулирует синтез гюлипвптидов, а 6-метилтиоурацил не оказывает прямого влияния на процесс трансляции. Изучение соотношения свободных и включенных в полирибосомы информосом in vivo методом фракционирования РНП-частиц в преформированном градиенте плотности CsCl выявило присутствие во фракции полирибосом из зародышевых осей при стимулируемом 6-ме.тилтиоурацилом прорастании семян дополнительного пика активных в белковом синтезе информосом с плавучей плотностью 1,46 г/см . Показано, что стимуляция прорастания семян фасоли 6-метилтиоурацилом приводит к существенному сокращению сроков онтогенеза растения фасоли без каких-либо нарушений фенотипа растения, а стимуляция N-окисью лутидина – к деформированному ускоренному развитию вегетативных органов без развития репродуктивных органов растения. Обсуждается, природа белка 30 кДа и связь между различиями в изменении ростстимуляторами экспрессии генов в клетках зародышевых осей в раннем постэмбриогенезе и последующими разнонаправленными процессами роста и развития растений фасоли, а также некоторые практические аспекты, вытекающие из этог

Circadian rhythms of gene expression at leaves of vegetating plants

Abstract Using DOT-blot hybridization DNA with RNA the analysis of degree homology of products of gene expression (cytoplasmical mRNAs) is fulfilled from the cells of dicotyledonous (soya, pea) and monocotyledonous plants (wheat, corn) leaves, after their separation from plants in an early period with weak photosynthesis (at 5 a.m.), in a middle period (at 2 p.m.) with strong photosynthesis and in the evening period with weak photosynthesis to the relation to mRNA from plant leaves, being in a dark phase (at 2 a.m.). It is shown that divergence in populations between experience and control begins in the early morning at weak sunshine, sharply increases at daily light (at 2 p.m.) and goes out on sunset. It is assumed that these changes occur by the “windmill” switching genes, belonging to one family, but possessing different activity due to location them under promoters of different force (promoters of weak, moderate and strong force) and that plasticity (maneuverability) of plant adaptation to the environment is arrived by such mechanism.Методом ДОТ-блот гибридизации ДНК с РНК проведен анализ степени гомологии продуктов экспрессии генов (цитоплазматических мРНК) из клеток листьев двудольных (сои, гороха) и однодольных растений (пшеницы, кукурузы), после отделения их от растений в ранний период со слабым фотосинтезом (5 утра), в средний период (14 часов дня) с сильным фотосинтезом и в вечерний период с угасающим фотосинтезом по отношению к мРНК листьев растений, находящихся в темновой фазе (2 часа ночи — контроль). Показано, что разница в популяциях между опытом и контролем начинается ранним утром при слабом солнечном освещении, резко усиливается при дневном освещении (14 часов дня) и угасает на заходе солнца. Предполагается, что эти изменения происходят путем “веерного” переключения генов, принадлежащих к одному семейству, но обладающих разной активностью за счет расположения их под промоторами разной силы (промоторах слабой силы, умеренной силы и сильных промоторах) и что путем такого механизма достигается пластичность (маневренность) адаптации растений к окружающей среде.Методом ДОТ-блот гібридизації ДНК із РНК проведено аналіз ступеня гомології продуктів експресії генів (цитоплазматичних мРНК) з клітин листків дводольних (сої, гороху) і однодольних (пшениці, кукурудзи) рослин, після відділення їх від рослин в ранній період зі слабким фотосинтезом (о 5-й годині ранку), в середній період (о 14-й годині) з сильним фотосинтезом і в вечірній період із згасаючим фотосинтезом по відношенню до мРНК листків рослин, що знаходились в темновій фазі (о 2-й години ночі — контроль). Показано, що різниця в популяціях між дослідом і контролем починається вже вранці при слабкому сонячному освітленні, різко посилюється при денному освітленні (о 14-й годині дня) та знижується на заході сонця. Припускається, що ці зміни відбуваються шляхом “віяльного” переключення генів, що належать до однієї родини, але виявляють різну активність за рахунок розташування їх під промоторами різної сили (промоторах слабкої сили, помірної сили та сильних промоторах) і що шляхом такого механізму досягається пластичність (маневреність) адаптації рослин до оточуючого середовища

Genetic Control and Phytohormonal Regulation of Plant Embryogenesis

The review is devoted to genetic mechanisms of regulation of plant embryonic development. Numerous families of genes identified to date that control this phase of plant ontogenesis are presented in detail; their key role in the formation and development of plant seed is described. Data concerning important role of different classes of phytohormones such as auxins, cytokinins, gibberellic acid, brassinosteroids, abscisic acid, ethylene and jasmonic acid in the regulation of plant growth and development during embryogenesis are resulted

Triamelon - a new effective inductor of organogenesis in plant tissue culture in vitro

It is set the first, that chemical compound Triamelon (Iodide tris (2,2-trimethylammoniummethyl phosphate)) showing before high growth regulatory activity on melons cultures can be used as an effective inductor of organogenesis in plant tissue culture of Solanaceae family in vitro.Вперше встановлено, що хімічна сполука триамелон (йодид трис (2,2-триметиламонійметилфосфат)), яка раніше показала високу рістрегулюючу активність на баштанних культурах, може використовуватись як ефективний індуктор органогенезу у культурах тканин рослин сімейства пасльонових in vitro.Впервые установлено, что химическое соединение триамелон (йодид трис (2,2-триметиламмонийметилфосфат)), показавшее ранее высокую рострегулирующую активность на бахчевых культурах, может быть использовано как эффективный индуктор органогенеза в культуре тканей растений семейства пасленовых in vitro