No abstract

It is well known that pesticides are toxic for mitochondria of animals. The effect of pesticides on plant mitochondria has not been widely studied. The goal of this research is to study the impact of metribuzin and imidacloprid on the amount of damage in the mtDNA of potato (Solanum tuberosum L.) in various conditions. We developed a set of primers to estimate mtDNA damage for the fragments in three chromosomes of potato mitogenome. We showed that both metribuzin and imidacloprid considerably damage mtDNA in vitro. Imidacloprid reduces the rate of seed germination, but does not impact the rate of the growth and number of mtDNA damage in the potato shoots. Field experiments show that pesticide exposure does not induce change in aconitate hydratase activity, and can cause a decrease in the rate of H2O2 production. We can assume that the mechanism of pesticide-induced mtDNA damage in vitro is not associated with H2O2 production, and pesticides as electrophilic substances directly interact with mtDNA. The effect of pesticides on the integrity of mtDNA in green parts of plants and in crop tubers is insignificant. In general, plant mtDNA is resistant to pesticide exposure in vivo, probably due to the presence of non-coupled respiratory systems in plant mitochondria.

В настоящее время существует интерес к оценке повреждений мтДНК как к маркеру окисли-тельного стресса, при этом данный вопрос недостаточно изучен для мтДНК растений. Однако мито-хондриальный геном растений обладает рядом особенностей, которые могут существенно затруднять проведение ПЦР. При недостаточной очистке митохондрий пробы всё ещё могут быть контаминиро-ваны ядерной и пластидной ДНК, что может привести к неспецифичному отжигу праймеров. Целью данной работы является оптимизация процесса выделения мтДНК из картофеля (Solanum tube- rosum L.) при использовании различных сорбционных носителей. Применение методов сорбции на твердофазных носителях является наиболее эффективным для крупных по размерам молекул мтДНК. Нами было проведено сравнение эффективности трёх коммерческих наборов для выделения ДНК: diaGene (Диа-М, Россия), Проба-ГС (ДНК-Технология, Россия) и Plasmid miniPrep (Evrogen, Россия). Эти методы подразумевают связывание ДНК с поверхностью сорбционных колонок (diaGene, Plasmid miniPrep), либо на силикатном сорбенте (Проба-ГС). Для оценки эффективности рассмотренных ме-тодов с помощью количественной ПЦР был измерен уровень обогащения мтДНК. Также приведено сравнение эффективности выделения ДНК при разных степенях очистки исходного материала – при использовании гомогената картофеля, при очистке дифференциальным и центрифугированием в гра-диенте Перколла. Низкий уровень насыщенности мтДНК наблюдался при выделении из гомогената, высокий – при выделении митохондрий градиентным центрифугированием. При использовании гра-диентного центрифугирования высокий уровень обогащения мтДНК наблюдался только при выделе-нии ДНК набором Проба-ГС. Нами было обнаружено, что наибольшим насыщение материала мтДНК будет при использовании набора Plasmid miniPrep при предварительной очистке митохондрий гради-ентным центрифугированием. Только градиентное центрифугирование способно максимально очи-стить митохондрии от примесей. Использование набора Plasmid miniPrep, предназначенного для вы-деления плазмидной ДНК, показывает свою эффективность и для мтДНК, которые аналогично пла-стидным ДНК являются преимущественно кольцевыми. В результате удалось разработать оптимизи-рованный процесс выделения мтДНК картофеля, пригодного для проведения дальнейших молекуляр-но-генетических исследований. Этот метод может быть использован для любых научных изысканий, связанных с изучением митохондриального генома растений.

No abstract