Ефективність репараційних систем ДНК в оптимізацiї процесу праймування насіння цукрового та кормового буряку

Abstract

Осмопраймування широко використовується для пiдвищення якостi посiвного матерiалу сiльськогосподарських культур. Цей процес може бути значно вдосконалено, якщо вдасться визначити ризики, пов’язанi з перепраймуванням насiння, i знайти надiйнi молекулярнi маркери оптимiзацiї передпосiвних обробок. Проаналiзовано ефекти рiзних режимiв праймування цукрового та кормового буряку на стан ДНК у зародках насiння. Встановлено, що стимулюючi обробки призводять до пiдвищення вмiсту високомолекулярної ДНК у клiтинах за рахунок репарацiї ДНК. Однак пiд час висушування праймованого насiння вiдбувається накопичення деградованої (низькомолекулярної) ДНК, вмiст якої пропорцiйний iнтенсивностi праймування. За спiввiдношенням високомолекулярної та низькомолекулярної ДНК у зародках обробленого насiння можна оцiнювати якiсть праймування i передбачати (в певних межах) ризики перепраймування. Виявлено, що репаративний синтез ДНК у першi години проростання насiння вiдображає iнтенсивнiсть репарацiї пошкоджень ДНК, накопичених пiд час праймування. Ефективнiсть репарацiї в обробленого насiння буряку можна тестувати внесенням додаткових пошкоджень у ДНК клiтин зародкiв шляхом гамма-опромiнення. Потенцiйна здатнiсть репарацiйних систем до вiдновлення вiд таких додаткових ушкоджень ДНК разом iз рiвнем iндукцiї ферменту ДНК-лiгази I може бути надiйним маркером оптимальностi праймування насiння цукрового та кормового буряку.

Осмопраймирование широко используют в мире для повышения качества семенного материала сельскохозяйственных культур. Этот процесс можно существенно улучшить, если удастся определить риски, связанные с перепраймированием семян, и найти надежные молекулярные маркеры оптимизации предпосевных обработок. Проанализированы эффекты разных режимов праймирования сахарной и кормовой свеклы на состояние ДНК в зародышах семян. Установлено, что стимулирующие обработки приводят к повышению содержания высокомолекулярной ДНК в клетках за счет репарации ДНК. Однако во время высушивания праймированных семян происходит накопление деградированной (низкомолекулярной) ДНК, содержание которой пропорционально интенсивности праймирования. По соотношению высокомолекулярной и низкомолекулярной ДНК в зародышах обработанных семян можно оценить качество праймирования и предсказать (в определенных рамках) риски перепраймирования. Выявлено, что репаративный синтез ДНК в первые часы прорастания семян отражает интенсивность репарации повреждений ДНК, накопленных в процессе праймирования. Эффективность репарации у обработанных семян свеклы можно тестировать внесением дополнительных повреждений в ДНК клеток зародышей с помощью гамма-облучения. Потенциальная способность репарационных систем восстанавливать ДНК от таких дополнительных повреждений вместе с определением уровня индукции фермента ДНК-лигазы I может служить надежным маркером оптимальности праймирования семян сахарной и кормовой свеклы.

Osmopriming is widely used in the world to improve the seed material quality of agricultural and horticultural species. This process can be further tuned, if we can identify risks from overpriming and find reliable molecular markers for the priming optimization. We analyzed an integrity of DNA after different regimes of priming for sugar and red beet. It turned out that all treatments lead to an increased level of high molecular weight DNA in cells because of the DNA repair function. However, during the drying of primed seed, we also see the accumulation of degraded (low molecular weight) DNA, whose concentration is proportional to the priming intensity. Using the ratio content values of high to low molecular weight DNA in the embryos of treated seeds, it is possible to estimate the priming quality and predict (to a certain extent) the risk of overpriming. It is also shown that the reparative DNA synthesis in the first hours of germination reflects the DNA repair intensity for the damage accumulated during priming. Efficiency of repair in primed beet seed can be tested by the introduction of an additional DNA damage into embryo cells via gamma- irradiation. Potential capability of repair systems to recover from such additional DNA damage together with measurements of DNA-ligase I induction can be used as a reliable molecular marker for the priming optimization of sugar and red beet.