Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
биологических наук. — Московский государственный университет им.
М.В. Ломоносова, 2008. — 45 с.
Специальности 03.00.12 – физиология растений; 03.00.05 – ботаника.
Научный руководитель: д.б.н., профессор Ермаков И.П. Цель работы: Разработка биоинформационных подходов к исследованию реализации позиционной информации в процессах формирования органов филломной природы на вегетативных и генеративных побегах и построение на их основе моделей пространственной организации растительного организма. Научная новизна: Разработана принципиально новая методология формализованного анализа листовых серий для побегов однодольных и двудольных растений.
Впервые проведен формализованный сравнительный анализ низовых чешуй луковиц и выяснена структура побеговой системы у представителей семейства Amaryllidaceae. Предложена гипотеза о гомологии органов у разных родов семейства амариллисовых. Предсказано положение предлиста у Galanthus L. и найдены подтверждения симподиального строения луковиц у этого рода. Изучены ритмологические особенности роста и развития луковиц различных сортов Narcissus L.
С использованием разработанной методологии предложена новая интерпретация строения клубнелуковиц в семействе Iridaceae, базирующаяся на разработанных методах анализа. Выяснено, что в разных подродах рода Crocus L. листовые серии генеративных побегов существенно различаются. Предложены новые признаки, различающие подроды Nudiflori Maw и Involucrati Maw.
Изучено влияние направления вектора силы тяжести на структуру цветка у Gladiolus L.
Выдвинуты основные формальные положения, позволяющие создать математическую модель процесса разметки листовой серии в апикальных меристемах побега растений. Впервые постулаты представлены в виде комбинации принципа доступного пространства и принципа экономии клеточного материала в меристематической зоне. На основании выдвинутых постулатов разработана математическая модель разметки меристемы на зоны, соответствующие презумптивным примордиям.
При отработке методики вычислительного эксперимента получены данные, позволяющие создать математическую модель для двурядного, супротивного и мутовчатого типов листорасположения.
Для цветков впервые выдвинуто положение о биполярной разметке, осуществляющейся в двух направлениях: акропетальном и базипетальном. Проведено математическое моделирование цветка в семействе Cruciferae. Предложена принципиально новая интерпретация структуры цветков у мутантов Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. по генам АВС-системы (apetala2 и agamous). Изменения габитуса органов в листовой серии были рассмотрены с позиций динамической морфологии растений. Выдвинут тезис о частичном сохранении паттерна генетической активности при введении объекта в культуру in vitro.
Впервые изучен полиморфизм строения цветков у культивируемых сортов Iris L., Narcissus L. и видов Rheum L. Разработаны представления о мерности и полноте цветка как о двух параметрах, изменяющихся независимо. На основании предложенной математической модели выдвинуты и проанализированы четыре конкурирующие гипотезы о разметке цветка. Получены результаты, позволяющие предсказать полиморфизм строения цветка у тримерного цветка Rheum, которые можно экстраполировать на однодольные объекты со сходной геометрией цветка. Практическая ценность: Разработаны принципиально новые подходы для изучения структуры листовых серий, применимые для анализа сложных вариантов морфогенеза (укороченные междоузлия, редуцированные филломы в листовой серии и т.д.). Предложены методы качественной оценки конкурирующих гипотез о разметке филломов в побеговой системе (вегетативных побегов или цветка).
Разработанная в результате работы математическая модель позволяет предсказывать случайные отклонения от типичной структуры цветков или от типичного для данного объекта филлотаксиса. Предложена гипотеза о биполярной разметке модельного цветка у крестоцветных (на примере Arabidopsis thaliana), позволяющая более детально предсказывать структуру цветка растений-мутантов по АВС-системе. На основании постулированных физиологических принципов о реализации позиционной информации в процессе инициации органов в ходе совместного исследования нами (Чуб и др., 2003; Алексеев и др., 2005) разработана компьютерная программа «Филлотаксис», позволяющая проводить вычислительные эксперименты в рамках предложенной математической модели. Эта программа может быть использована в исследовательской и учебной работе для анализа позиционной информации, влияющей на процесс инициации и развития органов растения.
Выдвинутая в работе концепция расширяет фундаментальные знания о механизмах регуляции пространственной организации растительного организма. Полученные данные могут быть использованы в исследовательской практике морфологов, генетиков, физиологов растений и включены в курсы лекций по росту и развитию растений, по морфологии веге-тативных и генеративных органов растений, по молекулярной генетике развития растений
Специальности 03.00.12 – физиология растений; 03.00.05 – ботаника.
Научный руководитель: д.б.н., профессор Ермаков И.П. Цель работы: Разработка биоинформационных подходов к исследованию реализации позиционной информации в процессах формирования органов филломной природы на вегетативных и генеративных побегах и построение на их основе моделей пространственной организации растительного организма. Научная новизна: Разработана принципиально новая методология формализованного анализа листовых серий для побегов однодольных и двудольных растений.
Впервые проведен формализованный сравнительный анализ низовых чешуй луковиц и выяснена структура побеговой системы у представителей семейства Amaryllidaceae. Предложена гипотеза о гомологии органов у разных родов семейства амариллисовых. Предсказано положение предлиста у Galanthus L. и найдены подтверждения симподиального строения луковиц у этого рода. Изучены ритмологические особенности роста и развития луковиц различных сортов Narcissus L.
С использованием разработанной методологии предложена новая интерпретация строения клубнелуковиц в семействе Iridaceae, базирующаяся на разработанных методах анализа. Выяснено, что в разных подродах рода Crocus L. листовые серии генеративных побегов существенно различаются. Предложены новые признаки, различающие подроды Nudiflori Maw и Involucrati Maw.
Изучено влияние направления вектора силы тяжести на структуру цветка у Gladiolus L.
Выдвинуты основные формальные положения, позволяющие создать математическую модель процесса разметки листовой серии в апикальных меристемах побега растений. Впервые постулаты представлены в виде комбинации принципа доступного пространства и принципа экономии клеточного материала в меристематической зоне. На основании выдвинутых постулатов разработана математическая модель разметки меристемы на зоны, соответствующие презумптивным примордиям.
При отработке методики вычислительного эксперимента получены данные, позволяющие создать математическую модель для двурядного, супротивного и мутовчатого типов листорасположения.
Для цветков впервые выдвинуто положение о биполярной разметке, осуществляющейся в двух направлениях: акропетальном и базипетальном. Проведено математическое моделирование цветка в семействе Cruciferae. Предложена принципиально новая интерпретация структуры цветков у мутантов Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. по генам АВС-системы (apetala2 и agamous). Изменения габитуса органов в листовой серии были рассмотрены с позиций динамической морфологии растений. Выдвинут тезис о частичном сохранении паттерна генетической активности при введении объекта в культуру in vitro.
Впервые изучен полиморфизм строения цветков у культивируемых сортов Iris L., Narcissus L. и видов Rheum L. Разработаны представления о мерности и полноте цветка как о двух параметрах, изменяющихся независимо. На основании предложенной математической модели выдвинуты и проанализированы четыре конкурирующие гипотезы о разметке цветка. Получены результаты, позволяющие предсказать полиморфизм строения цветка у тримерного цветка Rheum, которые можно экстраполировать на однодольные объекты со сходной геометрией цветка. Практическая ценность: Разработаны принципиально новые подходы для изучения структуры листовых серий, применимые для анализа сложных вариантов морфогенеза (укороченные междоузлия, редуцированные филломы в листовой серии и т.д.). Предложены методы качественной оценки конкурирующих гипотез о разметке филломов в побеговой системе (вегетативных побегов или цветка).
Разработанная в результате работы математическая модель позволяет предсказывать случайные отклонения от типичной структуры цветков или от типичного для данного объекта филлотаксиса. Предложена гипотеза о биполярной разметке модельного цветка у крестоцветных (на примере Arabidopsis thaliana), позволяющая более детально предсказывать структуру цветка растений-мутантов по АВС-системе. На основании постулированных физиологических принципов о реализации позиционной информации в процессе инициации органов в ходе совместного исследования нами (Чуб и др., 2003; Алексеев и др., 2005) разработана компьютерная программа «Филлотаксис», позволяющая проводить вычислительные эксперименты в рамках предложенной математической модели. Эта программа может быть использована в исследовательской и учебной работе для анализа позиционной информации, влияющей на процесс инициации и развития органов растения.
Выдвинутая в работе концепция расширяет фундаментальные знания о механизмах регуляции пространственной организации растительного организма. Полученные данные могут быть использованы в исследовательской практике морфологов, генетиков, физиологов растений и включены в курсы лекций по росту и развитию растений, по морфологии веге-тативных и генеративных органов растений, по молекулярной генетике развития растений