Регулация на генната експерсия – Тематични направления

Молекулярни и клетъчно-биологични механизми, свързани с постембрионалното развитие на растенията

Постембрионално развитие на кореновата система при моделни растения
Изследване на вътреклетъчния мембранен трафик в растителните клетки чрез нови химични модулатори
Клетъчна, тъканна и органна специфичност на хормоналните сигнали и взаимодействия

Епигенетична регулация на генната експресия

Влияние на епигенетичните модификации на ДНК върху развитието на растенията
Епигенетичен контрол на гени, свързани с абиотични стресови фактори
Проучване на генните функции в хетероложни системи
Генетични и епигенетични механизми на ядърцевото доминиране

Структурна организация на растителния геном в условия на абиотичен стрес

Молекулярно-цитогенетична характеристика на диви, културни и хибридни видове с повишена устойчивост към неблагоприятни фактори на средата
Генотоксична оценка на растителния геном в условия на абиотичен стрес

Молекулна и фенотипна характеристика на растенията в условия на абиотичен стрес

Молекулни и фенотипни маркери за изследване на генетичните основи на толерантността на растенията към абиотичен стрес
Транскрипционна и пост-транскрипционна регулация на експресията на хлоропластни гени в условия на стрес
Изменения в количеството и активността на ключови белтъци при стресови въздействия. Протеомен анализ

Молекулярни и клетъчно-биологични механизми, свързани с постембрионалното развитие на растенията

Постембрионално развитие на кореновата система при моделни растения

Проучват се гени и сигнални пътища, включени във формирането на кореновата система при моделните растения Arabidopsis thaliana и Lotus japonicus. Особено внимание се отделя на идентифицирането на ранни регулатори, контролиращи спецификацията на иницииращите клетки и последващите структурирани асиметрични и симетрични клетъчни деления, водещи до образуване на латерални коренови зачатъци. Изследва се ауксин-зависимата миграция на клетъчното ядро в иницииращите клетки, която е важна предпоставка за асиметричните клетъчни деления. Всички етапи на коренообразуването се контролират от фитохормона ауксин и проучването на ключови компоненти от ауксиновата сигнализация e важен елемент от разбирането на адаптационните промени в хода на развитието на растенията и при неблагоприятни фактори на средата.

Поляризиране и асиметрични клетъчни деления на иницииращи клетки от кореновия перицикъл на Arabidopsis thaliana

  • Fernandez A, Drozdzecki A, Hoogewijs K, Vassileva V, Madder A, Beeckman T, Hilson P. 2015. The GLV6/RGF8/CLEL2 peptide regulates early pericycle divisions during lateral root initiation. Journal of Experimental Botany 17, 5245-5256.
  • Chen Q, Liu Y, Maere S, Lee E, Van Isterdael G, Xie Z, Xuan W, Lucas J, Vassileva V, Kitakura S, Marhavý P. 2015. A coherent transcriptional feed-forward motif model for mediating auxin-sensitive PIN3 expression during lateral root development. Nature Communications 6, 8821.
  • Boycheva I, Vassileva V, Revalska M, Zehirov G, Iantcheva A. 2015. Cyclin-like F-box protein plays a role in growth and development of the three model species Medicago truncatula, Lotus japonicus and Arabidopsis thaliana. Research and Reports in Biology 6, 117-130.
  • Revalska M, Vassileva V, Zehirov G, Iantcheva I. 2015. Is the auxin influx carrier LAX3 essential for plant growth and development in the model plants Medicago truncatula, Lotus japonicus and Arabidopsis thaliana? Biotechnology & Biotechnological Equipment 29, 4, 786-797.
  • Berckmans B, Vassileva V, Schmid S, Maes S, Parizot B, Naramoto S, Magyar Z, Kamei CLA, Koncz C, Persiau G, De Jaeger G, Bogre L, Friml J, Simon R, Beeckman T, De Veylder L. 2011. Auxin-dependent cell cycle reactivation through transcriptional control of E2Fa by LATERAL ORGAN BOUNDARY proteins. Plant Cell 23, 10, 3671-3683.
  • De Rybel B, Vassileva V, Parizot B, Demeulenaere M, Grunewald W, Audenaert D, Van Campenhout J, Overvoorde P, Jansen L, Vanneste S, Möller B, Holman T, Van Isterdaele G, Brunoud G, Vuylsteke M, Vernoux T, De Veylder L, Inzé D, Weijers D, Bennett M, Beeckman T. 2010. A novel Aux/IAA28 signalling cascade activates GATA23-dependent specification of lateral root founder cell identity. Current Biology 20, 19, 1697-1706.
  • De Smet I, Vassileva V, De Rybel B, Levesque MP, Grunewald W, Van Damme D, Van Noorden G, Naudts M, Van Isterdael G, De Clercq R, Wang JY, Meuli N, Vanneste S, Friml J, Hilson P, Jürgens G, Ingram GC, Inzé D, Benfey PN, Beeckman T. 2008. Receptor-like kinase ACR4 restricts stem cell divisions in the Arabidopsis root. Science 322, 5901, 594-597.


Изследване на вътреклетъчния мембранен трафик в растителните клетки чрез нови химични модулатори

За изучаване на функционалната взаимовръзка между ендомембранния трафик и фитохормоналните вериги за сигнална трансдукция могат успешно да бъдат използвани нискомолекулни химични съединения, идентифицирани чрез широкомащабен скрининг на синтетични химични библиотеки. С помощта на химичната генетика могат да бъдат преодолени съществени недостатъци на класическия генетичен подход, каквито са леталният характер на много от мутациите и липсата на специфичен фенотип в резултат на припокриване на генетични функции. Ключово предимство на този подход при анализирането на комплексни и силно динамични биологични процеси, какъвто е вътреклетъчният мембранен трафик, е огромното разнообразие от химични структури, които могат да бъдат използвани за изучаване на функциите на растителните белтъци, към които съединенията обратимо се свързват. Основно предизвикателство пред растителната химична генетика е идентифицирането на белтъчните мишени на биоактивните съединения, което е от съществено значение за изясняване на механизмите на действие на малките молекули и тяхната специфичност.

Схематично представяне на главните пътища на вътреклетъчен мембранен трафик и известните до момента нискомолекулни инхибитори на трафика в растителните клетки (Chem Biol 20, 2013, 475-486, с допълнения).

Взаимовръзка между вътреклетъчния мембранен трафик и фитохормоналните сигнални пътища. Пример, илюстриращ директния ефект на ендоцитозата върху сигналните пътища на ендогенни растежни регулатори, е трафикът на брасиностероидния рецептор BRASSINOSTEROID INSENSITIVE1 (BRI1), който непрекъснато се придвижва от плазмената мембрана към ендозомите и обратно (Curr Opin Plant Biol 22, 48-55).

  • Dejonghe W, Kuenen S, Mylle E, Vasileva M, Keech O, Viotti C, Swerts J, Fendrych M, Ortiz-Morea FA, Mishev K, Delang S, Scholl S, Zarza X, Heilmann M, Kourelis J, Kasprowicz J, Nguyen le SL, Drozdzecki A, Van Houtte I, Szatmári AM, Majda M, Baisa G, Bednarek SY, Robert S, Audenaert D, Testerink C, Munnik T, Van Damme D, Heilmann I, Schumacher K, Winne J, Friml J, Verstreken P, Russinova E. 2016. Mitochondrial uncouplers inhibit clathrin-mediated endocytosis largely through cytoplasmic acidification. Nature Communications 7, 11710.
  • Dejonghe W, Mishev K, Russinova E. 2014. The brassinosteroid chemical toolbox. Current Opinion in Plant Biology 22, 48-55.
  • Mishev K, Dejonghe W, Russinova E. 2013. Small molecules for dissecting endomembrane trafficking: a cross-systems view. Chemistry & Biology 20, 2013, 475-486.
  • Irani N, Di Rubbo S, Mylle E, Van den Begin J, Schneider-Pizoń J, Hniliková J, Šíša M, Buyst D, Buyst D, Vilarrasa-Blasi J, Szatmári AM, Van Damme D, Mishev K, Codreanu MC, Kohout L, Strnad M, Caño-Delgado AI, Friml J, Madder A, Russinova E. 2012. Fluorescent castasterone reveals BRI1 signaling from the plasma membrane. Nature Chemical Biology 8, 6, 583-589.


Клетъчна, тъканна и органна специфичност на хормоналните сигнали и взаимодействия

Клетъчното делене и нарастване, стоящи в основата на увеличаването на размера на растителните органи, се контролират от специфични хормони. Различните сигнални пътища сформират от своя страна сложно устроена регулаторна система, която контролира множество физиологични и биохимични процеси в отговор на различни екзогенни и ендогенни стимули. Установено е, че отделни видове клетки имат водеща роля при приемането и преноса на конкретни хормонални сигнали, регулиращи физиологичните и биохимични процеси в растителния организъм. По-доброто разбиране на механизмите, чрез които различните хормони координират действието си в отделните растителни тъкани и органи, за да ограничат или стимулират растежа при нормални или неблагоприятни условия на околната среда, подпомага разработването на молекулни стратегии за създаване на устойчиви към стрес растения. Това знание би намерило приложение при дизайна на нови биотехнологични инструменти за прецизирана манипулация на регулаторните механизми на растежа, което може да увеличи устойчивостта към стрес и да подобри желани характеристики в икономически важни култури.

Кореново-специфична експресия на генетични компоненти от сигналния път на етилена. Изображението е създадено с помощта на Arabidopsis eFP Browser (AREX Database, Birnbaum et al. 2003, Science 302; Brady et al 2007, Science 318).

  • Vaseva-Gemisheva I, Todorova D, Malbeck J, Travnickova A, Machackova I, Karanov E. 2006. Cytokinin pool dynamic changes and distribution of cytokinin oxidase/dehydrogenase activity in peas in relation to developmental senescence. Comp. Rend. Bulg. Acad. Sci. 59 (1): 65-70.
  • Todorova D, Vaseva I, Malbeck J, Trávníčková A, Macháčková I, Karanov E 2007. Cytokinin oxidase/dehydrogenase activity as a tool in gibberellic acid/cytokinin cross talk. Biol. Plantarum 51 (3): 579-583.
  • Vaseva I, Todorova D, Malbeck J, Trávníčková A, Macháčková I. 2008.  Response of cytokinin pool and cytokinin oxidase/dehydrogenase activity to abscisic acid exhibits organ specificity in peas. Acta Physiologiae Plantarum 30 (2): 151-155
  • Vandenbussche F, Vaseva I, Vissenberg K, Van Der Straeten D. 2012. Ethylene in vegetative development: a tale with a riddle. New Phytologist 194, 4, 895-909.
  • Vaseva I, Vandenbussche F, Simon D, Vissenberg K, Van Der Straeten D. 2016. Cell type specificity of plant hormonal signals: Case studies and reflections on ethylene. Russian Journal of Plant Physiology 63, 5, 577-586.


Епигенетична регулация на генната експресия

Влияние на епигенетичните модификации на ДНК върху развитието на растенията

Епигенетичните модификации активират или деактивират определени гени или участъци от молекулата на ДНК без промяна в нуклеотидната последователност, което осигурява гъвкава и обратима регулация на генната експресия. Тази регулация се осъществява чрез метилиране на ДНК, хистонови модификации и некодиращи РНКи (ncRNA), които определят компактизацията на хроматина. Анализират се епигенетично променени участъци от генома, стабилността на промените и тяхното унаследяване, както и активността на индивидуални гени. Проучват се ефектите на редуцираното/липсващо метилиране, и комплементационното му възстановяване чрез директен трансфер на ДНК или генетични кръстоски, като се търси взаимовръзка между фенотипните промени в растенията и промените в генната експресия, индуцирани от епигенетични модификации в растителния геном.

Коренов фенотип на мутантни растения A. thaliana с редуцирано поддържащо метилиране на ДНК: контрола (Col-0), met1-1.

Адаксиален епидермис от листа на мутантни растения A. thaliana с атипично метилиране на ДНК: контрола (Col-0), met1-1, ddm1-10, cmt3.

  • Boycheva I, Vassileva V, Revalska M, Zehirov G, Iantcheva A. 2017. Role of the histone acetyltransferase HAC1 gene in development of the model species Medicago truncatula, Lotus japonicus and Arabidopsis thaliana. Protoplasma 254, 2, 697-711
  • Vassileva V, Hollwey E, Todorov D, Meyer P. 2016. Leaf epidermal profiling as a phenotyping tool for DNA methylation mutants. Genetics and Plant Physiology 6, 1-2, 3-13
  • Boycheva I, Vassileva V, Iantcheva A. 2014. Histone acetyltransferases in plant development and plasticity. Current Genomics 15, 1, 28-3


Епигенетичен контрол на гени, свързани с абиотични стресови фактори

Актуалността на изследванията е свързана с континенталния климат на страната, който включва изключително студени зими и продължителни периоди на засушаване. За създаването на толерантни към промените на околната среда растения, е необходимо да се изучават защитните и адаптационните механизми, както и регулаторните процеси при растенията. Проучва се взаимовръзката между промените в метилирането на ДНК и адаптацията на растенията към абиотичен стрес. Унаследяемите промени в метилирането са важна предпоставка за трайни адаптационни изменения за оцеляване на растенията в екстремни условия. Част от изследванията с A. thaliana са посветени на гените от сигналния път SOS (Salt Overly Sensitive), които имат плътно метилиране в промоторната област. Степента на метилиране на стрес-индуцируеми гени при моделни растения, както и при толерантни и чувствителни към студ и засушаване сортове и линии пшеница се изследва чрез метода на бисулфитната модификация на ДНК и метилационно-чувствителни рестрикционни анализи.

Анализ на метилирането на промотора на SOS1 чрез бисулфитно превръщане и последващо секвениране.


Проучване на генните функции в хетероложни системи

Използват се моделни растения като алтернативни експериментални системи за проучване на функциите на гени с висока степен на еволюционна консервативност. Редица заболявания при човека са свързани с генни мутации, чийто летален ефект затруднява тяхното изследване. Растенията предлагат добра алтернатива, тъй като в много случаи са по-толерантни към мутации, в сравнение с животинските организми. За разлика от бозайниците, моделното растение A. thaliana толерира мутации в епигенетичните системи и може да преживява и дава поколение при загуба/редукция на метилирането. По тази причина, използваме това растение като експериментален модел за проучване на степента на консервативност и дивергентност в системите за специфично CG метилиране. Изследва се възможността за функционална взаимозаменяемост на DNMT1 и MET1, които изпълняват ключова роля в поддържащото метилиране, съответно в бозайници и растения.

Проучваме, също така, еволюционно консервативни гени, кодиращи нискомолекулни протеини с NudC домен, които функционират не само като молекулни шаперони, но имат важна роля в развитието на организмите. Семейството на NudC протеините присъства във всички еукариоти, включително и в човек, което предполага важни фукции, запазени в хода на еволюцията. Обект на нашето изследване са NudC гените от A. thaliana, като се търси и функционална хомология между растителните NudC и гени от дрожди (Saccharomyces cerevisiae).

Структурна консервативност на метилтрансферази, поддържащи метилирането на ДНК в растения (MET1) и бозайници (DNMT1).

Протеинова секвенция на високо консервативния NudC домен при различни растителни видове и човек.


Генетични и епигенетични механизми на ядърцевото доминиране

Изследват се молекулните механизми на регулацията на биосинтезата на рибозомална РНК (рРНК) в хромозомни мутанти на ечемик, свързани с промяна в позицията или целостта на единия от ядърцевите организатори (ЯО). Нашата работа включва структурен анализ на междугенния спейсер (IGS) на рРНК гените при Hordeum vulgare, характеризиране на активността на РНК полимераза І в run-on експерименти, картиране на хипометилираните и на чувствителните към ДНКаза І места, както и участието на висшите нива на организация на хроматина.

1 – скорост на елонгация на транскрипцията в норма и при делетиран ЯО; 2 – разпределение на рДНК в бримковата и матриксно-свързаната фракция при нормална и подтисната активност на ядърцевите организатори; 3 – картиране на хипометилираните места при промяна в позицията или целостта на единия ЯО; 4 – картиране на чувствителните към ДНКаза І места при промяна в позицията или целостта на единия ЯО.

  • Dimitrova AD, Georgiev О, Mishev К, Tzvetkov S, Ananiev ED, Karagyozov L. 2016. Mapping of unmethylated sites in rDNA repeats in barley NOR deletion line. J. Plant Physiol. 205, 97-104.
  • Dimitrova AD, Gecheff KI, Ananiev ED. 2012. Methylation pattern of ribosomal RNA genes in NOR-deleted and NOR-reconstructed barley lines (Hordeum vulgare L.). Organization of IGS in rDNA repeat unit. Genet. Plant Physiol. 2, 1–2, 3–14.
  • Dimitrova AD, Ananiev ED, Gecheff KI. 2009. DNase I hypersensitive sites within the intergenic spacer of ribosomal RNA genes in reconstructed barley karyotypes. Biotechnol. & Biotechnol. Eq. 23, 1, 1039-1043.
  • Dimitrova AD, Ananiev ED, Stoilov LM, Gecheff КI. 2008. Ribosomal RNA gene expression in reconstructed barley karyotypes. Compt. Rend. Acad. Bulg. Sci. 61, 9, 1159-1168.
  • Dimitrova A, Stoilov L, Gecheff K. 2004. Loop organization of ribosomal DNA in barley. Compt. Rend. Acad. Bulg. Sci. 57, 9, 57-60.


Структурна организация на растителния геном в условия на абиотичен стрес

Молекулярно-цитогенетична характеристика на диви, културни и хибридни видове с повишена устойчивост към неблагоприятни фактори на средата

Характеризират се хибриди между диви и културни близкородствени видове и генната интрогресия между тях. Прехвърлянето на генетичен материал от родителските видове в хибридните растения служи като източник на гени, свързани с ценни стопански и биологични качества като устойчивост към абиотични и биотични фактори и др. Изследванията се извършват с помощта на стандартни и модерни молекулярно-цитогенетични методи (in situ хибридизация). Подготвят се физични карти, които служат за бърза и точна идентификация на хромозомите и за локализация на гените.

FISH/GISH характеристика на хибрид 55(1-57) между пшеница и пирей.

  • Georgieva M, Kruppa K, Tyankova N, Molnár-Láng M. 2016. Molecular cytogenetic identification of a novel hexaploid Wheat-Thinopyrum intermedium partial amphiploid having high protein content. Turkish Journal of Biology, 40, 554-560.
  • Georgieva M, Sepsi A, Molnár-Láng M, Tyankova N. 2011. Molecular cytogenetic analysis of Triticum aestivum and Thinopyrum intermedium using the FISH technique. Comptes rendus de l’Académie bulgare des Sciences 64, 12, 1713-1718.
  • Georgieva M, Sepsi A, Tyankova N, Molnár-Láng M. 2011. Molecular cytogenetic characterization of two high protein wheat-Thinopyrum intermedium partial amphiploids. Journal of Applied Genetics, 52, 269–277.


Генотоксична оценка на растителния геном в условия на абиотичен стрес

Извършва се оценка на генотоксичните ефекти на различни абиотични стресови фактори от околната среда като йонизираща радиация, UV радиация, химикали, пестициди, фитокомпоненти, тежки метали, наночастици и др. Възникналите повреди в ДНК на растенията служат като неспецифичен биомаркер за състоянието на средата и за предсказване на последиците от различни замърсявания. Анализът на възникналите първични повреди в ДНК (едно- и двойно-верижни скъсвания) и тяхното възстановяване се извършва с помощта на кометен анализ.

Неутрален кометен анализ върху изолирани ядра от грах, облъчени с UV-C радиация.

Индуцирани от радионуклиди ДНК повреди (едно- и двойно-верижни скъсвания) в изолирани ядра от соя, анализирани чрез алкален и алкално-неутрален кометен анализ.

  • Georgieva M, Tsenov B, Dimitrova  A. 2017. Dual effects of N-nitroguanidine neonicotinoids on plants. Genetics and Plant Physiology (in press).
  • Georgieva M, Rashydov NM, Hajduch M. 2017. DNA damage, repair monitoring and epigenetic DNA methylation changes in seedlings of Chernobyl soybeans. DNA repair 50, 14-21.
  • Georgieva M, Nikolova I, Bonchev G, Katerova Z, Todorova D. 2015 A comparative analysis of membrane intactness and genome integrity in pea, barley and wheat in response to UVC-irradiation. Turkish Journal of Botany 39, 6, 1008-1013.
  • Stoilov L, Georgieva M, Manova V, Liu L, Gecheff K. 2013. Karyotype reconstruction modulates the sensitivity of barley genome to radiation-induced DNA and chromosomal damage. Mutagenesis 28, 2, 153-160.
  • Georgieva M, Stoilov L, Rancheva E, Todorovska E, Vassilev D. 2010. Comparative аnalysis of data distribution patterns in plant comet assay. Biotechnology & Biotechnological Equipment 24, 4,  2142-2148.
  • Georgieva M, Stoilov L. 2008. Assessment of DNA strand breaks induced by bleomycin in barley by the comet assay. Environmental and Molecular Mutagenesis 49, 5, 381-387.


Молекулна и фенотипна характеристика на растенията в условия на абиотичен стрес

Молекулни и фенотипни маркери за изследване на генетичните основи на толерантността на растенията към абиотичен стрес

Изследва се ефектът на различни абиотични стресови фактори върху преживяването и продуктивността на растенията, както и защитните механизми, с които растенията противодействат на приложения стрес. Целта е да се разбере как някои генотипове се адаптират към променените условия на средата и защо един генотип е толерантен, а друг – чувствителен към стрес. За анализите се използват физиолого-биохимични, молекулярно-генетични и морфологични маркери:

- Белтъчни маркери: профили на изоензими и резервни белтъци; променено ниво на Рубиско (рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа), Рубиско-свързващ белтък, Рубиско активаза, протеини на топлинния стрес, различни протеази и ензими, включени в защитата на растителните клетки от окислителен стрес.

1 – Изоензимен профил на естерази от мутантни линии ечемик; 2 - Имуноблот анализ на екстракти от сортове пшеница с различна устойчивост към засушаване; 3 - Имуноблот анализ на дехидрини в Trifolium; 4 - Протеазна активност в гел на сортове пшеница с различна устойчивост към засушаване.

- ДНК маркери: RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism), RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), STS (Sequence Tagged Sequences), CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequences), REMAP (REtrotransposon Microsatelite Amplified Polymorphism), SSAP (Sequence Specific Amplified Polymorphism), AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) и SSR (Simple Sequence Repeats).

1 – CAPS профил на мутантни линии ечемик; 2 – AFLP профил на мутантни линии ечемик; 3 – REMAP профил на мутантни линии ечемик.

- Генни маркери: анализ на нивото на експресия на стрес-индуцируеми гени при различни типове абиотичен стрес.

Индуциране на експресията на гени, кодиращи протеини на топлинния шок след тричасово въздействие с 42°C. Като референтен ген е използван EF1а.

- Хромозомни маркери: флуоресцентна in situ хибридизация.

Флуоресцентна in situ хибридизация на мултиреконструирана линия ечемик Pk 19x88.

- Фенотипни маркери: микроморфология на растителни органи и ултраструктурен анализ на клетъчни органели в растения, подложени на абиотичен стрес.

Трансмисионни електронни микрографии на мезофилни клетки от сортове пшеница с различна устойчивост към засушаване.

  • Vaseva I, Zehirov G, Kirova E, Simova-Stoilova L. 2016. Transcript profiling of serine- and cysteine protease inhibitors in Triticum aestivum varieties with different drought tolerance. Cereal Research Communications 44, 1, 79–88.
  • Todorovska E, Dimitrova A, Stoilov L, Christov N, Vassilev D, Gecheff K. 2013. Molecular variability in barley structural mutants produced by gamma-irradiation. Plant Mutation Rep. 3, 1, 4-8.
  • Georgieva M, Gecheff K. 2013. Molecular cytogenetic characterization of a new reconstructed barley karyotype. Biotechnology & Biotechnological Equipment 27, 1, 3577-3582.
  • Vassileva V, Demirevska K, Simova‐Stoilova L, Petrova T, Tsenov N, Feller U. 2012. Long-term field drought affects leaf protein pattern and chloroplast ultrastructure of winter wheat in a cultivar specific manner. Journal of Agronomy and Crop Science 198, 2, 104–117.
  • Grigorova B, Vassileva V, Klimchuk D, Vaseva I, Demirevska K, Feller U. 2012. Drought, high temperature, and their combination affect ultrastructure of chloroplasts and mitochondria in wheat (Triticum aestivum L.) leaves. Journal of Plant Interactions 7, 3, 204-213.
  • Grigorova B, Vaseva I, Demirevska K, Feller U. 2011. Combined drought and heat stress in wheat: changes in some heat shock proteins. Biologia Plantarum 55, 1, 105-111.
  • Grigorova B, Vaseva I, Demirevska K, Feller U. 2011. Expression of selected heat shock proteins after individually applied and combined drought and heat stress. Acta Physiologiae Plantarum 33, 5, 2041-2049.
  • Vassileva V, Signarbieux C, Anders I, Feller U. 2011. Genotypic variation in drought stress response and subsequent recovery of wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Plant Research 124, 1, 147-154.
  • Simova-Stoilova L, Vaseva I, Grigorova B, Demirevska K, Feller U.2010. Proteolytic activity and cysteine protease expression in wheat leaves under severe soil drought and recovery. Plant Physiology and Biochemistry 48, 2-3, 200-206.
  • Vassileva V, Simova-Stoilova L, Demirevska K, Feller U. 2009. Variety-specific response of wheat (Triticum aestivum L.) leaf mitochondria to drought stress. Journal of Plant Research 122, 4, 445-454.
  • Demirevska K, Zasheva D, Dimitrov R, Simova-Stoilova L, Stamenova M, Feller U. 2009. Drought stress effects on Rubisco in wheat: changes in the Rubisco large subunit. Acta Physiol. Plantarum 31, 1129-1138.
  • Dimitrova А, Todorovska E, Christov NK, Stoilov L, Atanassov A, Gecheff K. 2008. Molecular characterization of structural barley mutants produced by gamma-irradiation. Genetics and Breeding, 37, 3-4, 15-26.
  • Demirevska K, Simova-Stoilova L, Vassileva V, Vaseva I, Grigorova B, Feller U. 2008. Drought induced leaf protein alterations in sensitive and tolerant wheat varieties. General and Applied Plant Physiology, Special Issue 34, 1-2, 79-102.
  • Demirevska K, Simova-Stoilova L, Vassileva V, Feller U. 2008. Drought response of Rubisco and some ATP-dependent chaperone proteins in wheat plants. Plant Growth Regulation 56, 97–106.
  • Kirova E, Tzvetkova N, Vaseva I, Ignatov G. 2008. Photosynthetic responses of nitrate-fed and nitrogen-fixing soybeans to progressive water stress. Journal of Plant Nutrition 31, 445–458.
  • Stoilova T, Dimitrova A, Angelova T, Gecheff K. 2006. Assessment of the genetic diversity in barley mutant lines using biochemical markers. Genetics and Breeding 35, 3-4, 3-10.


Транскрипционна и пост-транскрипционна регулация на експресията на хлоропластни гени в условия на стрес

Отличителна особеност на генната експресия в хлоропластите е значително по-сложната регулация, на която е подложена, в сравнение с тази в предшествениците на хлоропластите – цианобактериите. Различията между пластидите и прокариотите са свързани главно със системата за транскрипция и последващото зреене на първичните хлоропластни РНК-транскрипти. В презаписването на пластидните гени участват два типа РНК-полимерази – хлоропластно-кодирана РНК-полимераза (РЕР) и две ядрено-кодирани РНК-полимерази (NEP). Важен механизъм на регулация на хлоропластната генна експресия в условия на абиотичен стрес е контролът върху стабилността на синтезираната РНК. Често колебанията в скоростта на транскрипция на даден ген не корелират с промените в нивата на съответната РНК.

Експресията на маркерни хлоропластно‐кодирани гени се анализира по отношение на количеството на транскриптите (Northern blotting или qPCR), както и на дела на транскрипционната регулация при натрупването на хлоропластни транскрипти (run-on транскрипция в изолирани интактни хлоропласти).

  • Ananieva K, Ananiev ED, Doncheva S, Stefanov D, Mishev K, Kaminek M, Motyka V, Dobrev P, Malbeck J. 2011. Local induction of senescence by darkness in Cucurbita pepo (zucchini) cotyledons or the primary leaf induces opposite effects in the adjacent illuminated organ. Plant Growth Regulation 65, 459-471.
  • Mishev K, Dimitrova A, Ananiev ED. 2011. Darkness affects differentially the expression of plastid-encoded genes and delays the senescence-induced down-regulation of chloroplast transcription in cotyledons of Cucurbita pepo L. (zucchini). Zeitschrift für Naturforshung, 66c: 159-166.
  • Mishev K, Ananiev ED, Humbeck K. 2011. Organ-specific effects of dark treatment on photosynthesis and the expression of photosynthesis-related genes. Biologia Plantarum 55, 269-278.
  • Ananieva K, Ananiev ED, Mishev K, Georgieva K, Malbeck J, Kaminek M, van Staden J. 2007. Methyl jasmonate is a more effective senescence-promoting factor in Cucurbita pepo (zucchini) cotyledons when compared with darkness at the early stage of senescence. Journal of Plant Physiology 164, 1179-1187.
  • Mishev K, Denev I, Radeva G, Ananiev ED. 2006. RNA transcription in isolated chloroplasts during senescence and rejuvenation of intact cotyledons of Cucurbita pepo L. (zucchini). Comptes rendus de l’Academie Bulgare des Sciences 59, 1287-1293.


Изменения в количеството и активността на ключови белтъци при стресови въздействия. Протеомен анализ

Белтъците участват пряко във всички процеси, засягащи клетъчната структура и функция, и в приспособяването към измененията в околната среда, което е в основата на фенотипната пластичност. Белтъчният състав на клетката е променлив и невинаги съответства на състава на транскриптите, поради сложната регулация на генната експресия. Създаването на бази данни с частично/напълно секвенирани растителни геноми и експресиращи се последователности, както и на референтни протеомни карти, съществено улеснява използването на протеомни изследвания в търсене на подходящи белтъчни маркери за асистирана селекция. Двумерната електрофореза в комбинация с мас-спектрометрия улавя предимно белтъци, които количествено са по-добре застъпени, каквито са много от ключовите метаболитни ензими. По този начин се получава информация за основни биологични процеси, засегнати от стреса, както и за изоформи и пост-транслационни модификации. По-добро покритие на протеома, особено за по-слабо представените като количество белтъци (напр. със сигнална, транспортна функция), се постига с второ поколение протеомика (shotgun), като двата подхода са взаимно допълващи се.

Представителен двумерен гел с белтъчен профил на листен екстракт от детелина. Петната, най-засегнати от приложения стрес (заблатяване), се обозначени с номера и са идентифицирани с мас-спектрометрия (Stoychev et al Advances in Environmental Research. Vol. 39, 2015, 131-162).

Абиотичните стресове с дехидратационен компонент (засушаване, засоляване, измръзване) имат негативно въздействие върху белтъчния състав на клетката. Наблюдава се увеличено количество на денатурирани, агрегирани и окислително увредени белтъци. Съществува система за контрол на качеството на белтъците, която се мобилизира при стрес и е жизнено важна за оцеляването в стресови условия. Тя отговаря за поддържането на белтъците във функционално активна конформация, предотвратява агрегирането на ненативни белтъци, възстановява нативната конформация или отстранява нефункциониращи и потенциално вредни за клетката белтъци. При стрес се синтезират защитни белтъци като дехидрини и различни видове шаперони, а необратимо увредените белтъци се разграждат от цял набор протеази. Активността на протеазите се контролира в известна степен от вътреклетъчни протеазни инхибитори. В условия на подтисната фотосинтеза разграждането на ненужни и запасни белтъци допълнително захранва метаболизма с градивни блокчета и източници за АТФ. Някои протеини от системата за контрол на качеството на белтъците са потенциални биохимични маркери за устойчивост към стрес.

  • Simova-Stoilova L, Vassileva V, Feller U. 2016. Selection and breeding of suitable crop genotypes for drought and heat periods in a changing climate: which morphological and physiological properties should be considered? Agriculture 6, 26, doi:10.3390/agriculture6020026
  • Simova-Stoilova LP, Romero-Rodriguez MC, Sánchez-Lucas R, Navarro-Cerrillo RM, Medina- Auñón A, Jorrin-Novo JV. 2015. 2-DE proteomics analysis of drought treated seedlings of Quercus ilex supports a root active strategy for metabolic adaptation in response to water shortage. Frontiers in Plant Science 6, 627.
  • Stoychev V, Simova-Stoilova L, Vassileva V, Jorrín Novo JV, Vaseva I, Velikova V, Tsonev T, Demirevska K. 2015. Changes in 2-DE Protein Profile of White and Red Clover Leaves in Response to Waterlogging Stress and Recovery. Advances in Environmental Research 39, 131-162. Ed. Justin A. Daniels, Nova Sci Publ. New York.
  • Vaseva II, Anders I, Feller U. 2014. Identification and expression of different dehydrin subclasses involved in the drought response of Trifolium repens. Journal of Plant Physiology 171, 213–224.
  • Vaseva II, Anders I, Yuperlieva-Mateeva B, Nenkova R, Kostadinova A,  Feller U. 2014. Dehydrin expression as a potential diagnostic tool for cold stress in white clover. Plant Physiology and Biochemistry 78, 43-48.
  • Stoychev V, Simova-Stoilova L, Vaseva I, Kostadinova A, Nenkova R, Feller U, Demirevska K. 2013. Protein changes and proteolytic degradation in red and white clover plants subjected to waterlogging. Acta Physiol. Plant. 35, 6, 1925-1932.
  • Vaseva II, Feller U. 2013. Natural antisense transcripts of Trifolium repens dehydrin. Plant Signaling & Behavior 8, 12, e27674.
  • Grigorova B, Vaseva I, Demirevska K, Feller U. 2011. Combied drought and heat stress in wheat: changes in some heat shock proteins. Biol. Plantarum 55, 1, 105-111.
  • Grigorova B, Vaseva I, Demirevska K, Feller U. 2011. Comparative study of HSP expression after individualy applied and combined drought/heat stress in wheat plants. Acta Physiol. Plant. 33,  2041-2049.
  • Vaseva I, Akiscan Y, Demirevska K, Anders I, Feller U. 2011. Drought stress tolerance of red and white clover – comparative analysis of some chaperonins and dehydrins. Scientia Horticulturae 130, 653–659.
  • Vaseva I, Sabotič J, Šuštar-Vozlič J, Meglič V, Kidrič M, Demirevska K, Simova-Stoilova L. 2011. Response of plants to drought stress – the role of dehydrins, chaperones, proteases and protease inhibitors in maintaining cellular protein functionIn: Neves DF& Sanz JD (Eds.) Droughts: New Research, Chapter 11, Nova Science Publishers, Inc.
  • Simova-Stoilova L, Vaseva I, Grigorova B, Demirevska K, FellerU. 2010. Proteolytic activity and cysteine protease expression in wheat leaves under severe soil drought and recovery. Plant Phys. Biochem. 48, 2-3, 200-206.
  • Vaseva I, Grigorova B, Simova-Stoilova L, Demirevska K, Feller U. 2010. Abscisic acid and late embryogenesis abundant protein profile changes in winter wheat under progressive drought stress. Plant Biology 12, 5, 698-707.
  • Simova-Stoilova L, Demirevska K, Petrova T, Tsenov N, Feller U. 2009. Antioxidative protection and proteolytic activity in tolerant and sensitive wheat (Triticum aestivum L.) varieties subjected to long-term field drought. Plant Growth Regulation 58, 1, 107-117.


Go Back

В интернет

Намерете ни на адрес:
http://www.ifrg-bg.com/

Пишете ни

Електронна поща:
ifrg@bio21.bas.bg

Елате да се запознаем

ул. 'Акад. Георги Бончев', бл. 21
гр. София 1113, България

Свържете се с нас

Тел.: +359 2 9792606
Тел.: +359 2 8728170
Факс: +359 2 8739952