Созревание и прорастание зерна ячменя: общие черты и различия метаболических путей и регуляторных сетей, выявленные с помощью новых инструментов профилирования MapMan/PageMan

Семена растений подготавливаются к прорастанию уже в процессе созревания. Мы провели детальный анализ транскриптома при созревании, обезвоживании и прорастании зерна ячменя (Hordeum vulgare) в двух фракциях тканей — мучнистом эндосперме/алейроновом слое и зародыше/щитке — с использованием GeneChip Affymetrix Barley1. Для облегчения оценки данных инструменты MapMan и PageMan, разработанные для Arabidopsis thaliana, были адаптированы для ячменя. Анализ позволил сделать ряд выводов: (1) кластерный анализ выявил плавный переход между программами транскрипции на поздних стадиях созревания семян и при прорастании в тканях зародыша, но не в эндосперме/алейроновом слое; (2) в зародыше сухих зерен ячменя сохраняется более 12 000 транскриптов, многие из которых, вероятно, активируются при прорастании; (3) транскрипционная активация процессов мобилизации запасных веществ происходит на ранней стадии прорастания, задолго до выступания зародышевого корешка; (4) ключевые гены биосинтеза гиббереллина (GA) уже активны во время созревания зерна, когда концентрация абсцизовой кислоты достигает пика, что указывает на формирование эндогенного запаса GA в алейроновом слое. Вероятно, этот GA позднее действует при прорастании наряду с вновь синтезированным GA; (5) помимо хорошо известной роли GA в активации генов при прорастании, данные о пространственно-временной экспрессии и поиск cis-элементов в гомологичных промоторах риса подтверждают столь же важную активирующую гены роль абсцизовой кислоты в этот период развития. Соответствующие регуляторные сети связаны с сетями, контролируемыми ауксином и этиленом. В целом новые биоинформационные инструменты PageMan и MapMan, разработанные для ячменя, были успешно использованы для детального исследования взаимосвязей транскриптомов при созревании и прорастании семян у важной сельскохозяйственной культуры.