ктивность, но идентичных по относительной электрофоретической подвижности. Так, белковые зоны одновременно могут проявлять перокси-дазную, полифенолоксидазную, цитохромоксидазную и эстеразную активность [Jaaska V., Jaaska V., 1969; Sheen, Calvert, 1969; Ладыгина и др.,1970, 1972]. Н. Д. Тупик [1972] и Сахулка [Sahulka, 1970] отмечают, что из шести идентифицированных изоэнзимов перокидазы половина обладала также и ауксиноксидазной активностью. Причина проявления разной ферментативной активности одним и тем же изоэнзимом не ясна. Высказываются предположения, что действие пероксидазы и полифенолоксидазы функционально сопряжено, при извлечении белков они могут структурно связываться, образуя белковый комплекс [Sheen, Calvert, 1969]. Вполне возможно также, что при электрофорезе изоэнзимы разных ферментов, имея одинаковый заряд, движутся вместе и дают полосы с одинаковым значением Rm. Однозначного ответа на этот вопрос пока нет.

Многочисленные данные подтверждают наличие у растений как ферментов, общих для всех тканей, так и изоэнзимов, специфичных только для отдельных органов или появляющихся лишь в определенные периоды развития организма [Shannon, 1968; Jaaska V., Jaaska V., 1969; Scan-dalios, 1969; Рубии, Будилова, 1970; Брежнев и др., 1970; Сафонова и др., 1970]. Это свидетельствует о дифференцированной активности генов, контролирующих биосинтез определенных изофермеитов в отдельных тканях и органах [Яаска В., Яаска В., 1971].

Как считает Скандалиоз [Scandalios, 1969, 1974], отдельные изопе-роксидазы несут различные функци in vivo, но могут проявлять перекрывающуюся специфичность к субстратам, когда они испытываются in vitro, вследствие чего пероксидаза, скорее всего, есть «семейство» ферментов. В пользу этого говорит и то, что отдельные изопероксидазы различаются по многим характеристикам. Гибсон и Ли [Gibson, Liu, 1978] поддерживают мнение, что пероксидаза представляет собой семейство близко связанных по действию, но различающихся генетически ферментов.

2.4. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СИНТЕЗА

В деле изучения генетического контроля синтеза различных ферментных белков важную роль сыграло предложение Хантера и Маркета [Hunter, Markert, 1957] использовать для этой цели метод зимограмм, основанный на способности высокомолекулярных соединений разделяться в электрическом поле. Совершенствование методов исследований и дальнейшее изучение электрофоретических спектров различных белков показали, что множественность молекулярных форм ферментов (ММФФ) является правилом для всех ферментов. Одной из причин существования различных форм изоэнзимов может служить множественность генетических локусов, образующихся в результате дупликации генов в процессе эволюции [Moss, 1982]. Дупликация является основным путем начала дивергенции белков и даже возникновения их с новыми функ-

24

циями. Она дает возможность одному гену изменяться, тогда как другой, его дублер, подолжает обеспечивать старую функцию [Хесин, 1975, 1980].

Давно установлено, что синтез белка идет под контролем определенного гена нли нескольких генов. Однако, как пишут Э. В. Луговской и Н. В. Кивенко [1985], взаимосвязь между генами и синтезированными на их основе белками намного сложнее, чем это еще недавно представлялось. Так, некоторые локусы могут кодировать, кроме пероксидазы, и другие ферменты, например фосфатазу и эстеразу [Rick et al., 1974]. Строение молекулы пероксидазы свидетельствует о том, что за биосинтез этого фермента отвечает не менее трех систем структурных генов [Tyson et al., 1978]. Макникол [Macnicol, 1973], характеризуя изоферментный спектр пероксидазы и генотипы растений гороха, сделал вывод, что изоэнзимы Сз и Ct контролируются аллелями одного и того же гена. Хоез с сотр. [Hoess et al., 1974], скрещивая растения близких видов табака (Nicotiana langsdorfii и N. sanderae), установили, что анодный изоэнзим пероксидазы контролируется геном Pxi с двумя кодоминант-ными аллелями — Рхг1 и Рхг2. Авторы считают, что ген Pxi сцеплен с геном, определяющим окраску.

Генетический анализ изоферментов пероксидазы и их органной специфичности у различных гибридных растений риса провели Пай и др. [Pai et al., 1973]. Идентифицированные ими гены Рх2, R*b' R*s контролируют один из изоэнзимов пероксидазы — 4С, и, следовательно, синтез только одной полипептидной цепи могут определять три различных гена. Последние два гена рассматриваются как «регуляторные гены», контролирующие активность P\ic. Ген R*b функционирует в тканях листовой пластинки, другой, R*| — в тканях влагалища.

Структурный ген prxD у петунии кодирует медленную анодную перок-сидазу, чувствительную к высоким концентрациям перекиси водорода [Hartings, Wijsman, 1985]. Исследователи выяснили, что этот ген контролирует синтез двух различных электрофоретических вариантов изопероксидаз. С помощью четырехточечного скрещивания, с использованием генов ргхА, prxD, Mf I и Hfl, было выяснено, что ген prxD был локализован в хромосоме III. Установлено, что изофермент, контролируемый геном PRX, присутствует в зрелых и старых листьях и тканях стебля взрослых цветущих растений. Вместе с тем этот изоэнзим отсутствует в тканях венчика цветка и корнях.

Вопрос о регуляции генной активности, в результате которой осуществляется синтез того или другого изоэнзима, пока остается открытым [Созинов, 1985]. Ряд авторов считают, что ведущая роль в этом процессе может принадлежать фитогормонам [Galston, Davies, 1969; Кефели, 1970, 1973]. Так, установлено, что ИУК регулирует уровень активности двух катодных изопероксидаз, связанных с рибосомами. При этом эффект влияния фитогормона на синтез этих изоэнзимов можно объяснить через его действие на уровне экспрессии определенного гена [Pennon et al., 1970].

Изменение состава изопероксидаз может происходить и под влиянием различных индукторов, но, как считает А. В. Войлоков [1978], способность к индукции генетически детерминирована и находится под

25

контролем доминантного гена. Скандалиоз посвятил этому вопросу две обзорные статьи, в которых приводится обширный материал по генетическому контролю многообразия молекулярных форм различных ферментов (каталазы, пероксидазы, фосфатазы, лактатдегидрогеназы и др.), их значению в развитии и дифференциации растительных тканей [Scandalios, 1969, 1974]. Он считает, что пероксидаза является менее подходящим ферментом для генетических исследований, так как имеет в своем составе большое число физиологически лабильных изоэнзимных форм.

Действительно, при сравнительном изучении гибридов сложность изучения этого фермента состоит в том, что часть изопероксидаз родительских форм может отсутствовать в спектре из-за репрессии некоторых форм [Gleba, Hoffmann, 1978]. Возможна и дерепрессия генов, нефункциональных в родительских клетках, или увеличение числа изоэнзимов за счет посттрансляционной модификации фермента в гибридной клетке. Однако накопленнвш фактический материал свидетельствует о возможности использования изоэнзимов фермента пероксидазы в качестве генетических маркеров [Титов, 1975, 1978]. Генетическое и биохимическое изучение отдельных изоферментных систем в процессе индивидуального развития дает наибольшую информацию о действиии гена и контроле генной активности у высших растений.

2.5. ИЗОЭНЗИМЫ— МАРКЕРЫ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Каждый белок — уникальный продукт своего гена и может служить надежным маркером этого гена. Так как молекула любого белка-фермента обладает определенной биохимической специфичностью, то маркирование белками биологических свойств и различных признаков растений возможно через генетические системы. При этом способ маркирования в каждом отдельном случае определяется характером признака и организацией кодирующей системы [Конарев, 1985]. В случае пероксидазы отдельные ее изоэнзимы тоже могут быть уникально представлены у различных генотипов растений. Это дает возможность обнаружить генотипы по присутствию характерных для них изоэнзимов в генетически неоднородном материале. Характеристика гибридных растений по составу белков-маркеров — надежный критерий оценки исходного и полученного материала [Конарев, 1983]. Автор считает, что по спектрам полиморфных белковых систем наиболее эффективна также оценка популяций на экологическую пластичность. При этом отдельные типы спектра белка могут быть маркерами тех генетических систем, которые непосредственно участвуют в адаптации популяции к меняющимся условиям среды, в том числе к неблагоприятным факторам.

В последние годы все чаще появляются статьи, в которых авторы предлагают использовать спектр изоэнзимов пероксидазы и других ферментов как диагностический признак для биохимических исследований [Виг-lina, 1980; Karege et al., 1982; Духарев и др., 1983; Тютерев и др., 1983; Vahl, Muller, 1984]. Об использовании молекулярных форм ферментов в качестве генетического теста пишут Смит и сотрудники, которые проанализировали 61 вид рода Nicotiana и нашли, что для растений

26

этих видов характерно присутствие 33 различных изоэнзимов пероксидазы, в разных сочетаниях распределяющихся у растений, изучаемых видов этого рода [Smith et al., 1970, 1976]. Авторы идентифицировали в среднем по семь изопероксидаз на один вид. Однако для некоторых видов (N. tomentosa, N. tomentosiformis, N. corymbosa) их могло быть и по десять. Судя по электрофоретическим спектрам, лишь один из изоэнзимов был общим и обнаружен у 32 исследуемых видов растений этого рода. Это свидетельствует о том, что спектр зимограмм пероксидазы является хорошим тестом при сравнительном анализе исследуемых растений.

Пероксидаза — функционально очень лабильный фермент, способный реагировать на большинство нарушений гомеостаза. При этом происходят изменения как в наборе молекулярных форм фермента, так и в проявлении их активности. Болгарские ученые [Nakov et al., 1982; Янкулова, Качармазов, 1984] считают, что пероксидазный тест можно использовать при оценке селекционного материала на вирусо-устойчивость. Ранее Шин и Дайхун [Sheen, Diachun, 1978а], применяя метод перекрестного скрещивания внутри клонов красного клевер