П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 2. Физиология растений, страница 99

ред.стении, что используют для очень чувстви­тельных биотестов (см. 7.6.3.3).7 . 6 . 3 . 1 . МногообразиегиббереллиновГиббереллины были открыты сначалакак болезнетворный фактор гриба, пора­жающего рисовые растения, Gibberellafujikuroi (несовершенная форма Fusariummoniliforme). Пораженные растения растутчрезмерно сильно в длину и склонны кполеганию из-за слишком слабых механи­ческих тканей (поэтому в Японии болезнь326| ГЛАВА 7. ФИЗИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯназывается «баканоэ» — «болезнь бешеныхпроростков»). Этот фактор был назван гибберелловой кислотой.

Однако скоро сталиизвестны многочисленные родственныеему соединения, так что была введена про­стая система номенклатуры: гиббереллин ++ А (от англ. acid, кислота) + число. К на­стоящему моменту известны гиббереллины А1-А116 (GA r GAn 6 ). Гибберелловаякислота из возбудителя баканоэ по этойноменклатуре обозначается GA3. Наряду сGibberella fujikuroi гиббереллины синтези­руются также грибом Sphaceloma manihoticola, который вызывает гигантский рост урастений маниока. Синтез гиббереллина унизших растений распространен не стольшироко, однако обнаружен у всех высшихрастений.

Состав гиббереллинов может бытьразличным как у видов растений, так и уразличных органов данного растения. Какправило, в растительном организме встре­чаются несколько гиббереллинов одновре­менно (у риса, например, 14, в незрелыхсеменах яблони — 24), однако большин­ство из них являются либо предшествен­никами, либо катаболитами активных гиб­береллинов. Важнейшие физиологическиактивные гиббереллины покрытосемен­ных — гиббереллин Al (GA,) и гибберел­лин А4 (GAt); гибберелловая кислота (GA3)встречается у высших растений редко (на­пример, у ячменя, где она играет важнуюроль при мобилизации запасных веществэндосперма, см. 7.6.3.3). Многие регулиру­емые гиббереллином процессы можно выз­вать с помощью GA3, поэтому этот гиббе­реллин, получаемый из культуральнойжидкости Gibberella в больших количествах,чаще используется в эксперименте.7.6.3.2.

Метаболизм и транспортБиосинтез гиббереллинов многоступен­чатый и протекает в три этапа и в трех раз­личных клеточных компартментах, одна­ко при участии лишь нескольких типовэнзимов (рис. 7.51).1. Образование экт-каурена из общегодитерпенового предшественника геранилгеранилпирофосфата (см. 6.16.2). Эта реак­ция протекает в два этапа через промежу­точный продукт эн/и-копалилпирофосфати катализируется двумя ферментами — копалилпирофосфатсинтазой и эя/я-кауренсинтазой, которые относятся ктерпенциклазам и локализованы в пластидах. Этотэтап биосинтеза гиббереллина ингибируется такими ингибиторами, как хлорхолинхлорид (= Cyclocel, ССС) (рис.

7.52).Cyclocel имеет практическое значение привозделывании зерновых (прежде всего,пшеницы) и используется как вещество,замедляющее рост стебля для снижения по­легания (полегание — это надлом стебляпод действием ветра или соответственноосадков, затрудняющий механизирован­ную уборку урожая).2. Водонерастворимый чистый углеводо­род эн/я-каурен покидает неясным образомпластиды и поэтапно окисляется на эндоплазматическом ретикулуме до эн/я-кауреновой кислоты, а она — до гиббереллинаА53 (GA53). Вся последовательность реакцийкатализируется ферментами из группы цитохром-Р450-монооксигеназ, содержащимижелезо в форме гема (общая схема реак­ций, рис. 7.53). Ингибитором этого этапабиосинтеза гиббереллина является анцимидол (см.

рис. 7.52), который также можетиспользоваться для выращивания растенийс укороченными междоузлиями.3. Образование активного гибберелли­на (чаще всего GA^ из GA53 и его после­дующая инактивация (не обязательно в тойже клетке) протекают в цитоплазме и ка­тализируются диоксигеназами, содержа­щими негеминовое железо, которые окис­ляют в качестве второго субстрата 2-оксоглутарат (общую схему реакций см.

на рис.7.53). При этом сначала окисляется атомС-20 и удаляется в виде С0 2 , после чегосамопроизвольно образуется характерныйдля активных гиббереллинов скелет из 19атомов углерода С с лактоновым кольцом(GA20). Активация происходит путем Зргидроксилирования GA2o с помощью фер­мента СА20-Зр-гидроксилазы с образова­нием GA;. С помощью СА г 2р-гидроксилазы активный гиббереллин А! превраща­ется в GA8, который полностью неакти­вен. Активности Зр- и 2р-гидроксилазы яв­ляются, таким образом, решающими дляколичества активного фитогормона в клет­ке. Транскрипция генов этих двух фермен-7.6.

Контроль развития с п о м о щ ь ю ф и т о г о р м о н о в |Эндоплазматическийретикулум\ ^3 2 7/~\о-®-®КапалилпирофосфатсинтазаГеранилгеранилпирофосфатЭнт- копал илпирофосфатЭнт-кауренсинтаза**| ^ Ф Ф „ , н2о4хдиметилаллилпирофосфатш•Пируват+Р-глицеральдегид-3-фосфатЭнт-кауренПластидысоонЭнт-кауреноваякислотаЦитоплазма2$-гидролазаGA8неактивнаs/л-горохGA,GA,,аКТИВНаС-20-оксидаза•GAsrd,-кукуруза,/е-горохJL_Цитохром-Р450монооксигеназыДиоксигеназыР и с .

7 . 5 1 . К о м п а р т м е н т а ц и я б и о с и н т е з а гиббереллина.Д в о й н ы е стрелки о т р а ж а ю т м н о г о с т у п е н ч а т ы е последовательности р е а к ц и й , в результате к о т о р ы хчетыре С5-единицы объединяются в геранилгеранилпирофосфат. Дальнейшие объяснения с м . в т е к с т еСН 3+CI - C H 2 - C H 2 - N - C H 3 СГЦитохром-Р450-монооксигеназаR—Н + 0 2;•v — * • R — ОН + Н 2 0сн.Хлорхолинхлорид(Cyclocel, ССС)НАДФН + Н+ДиоксигеназаОНN=/AR - H + О, +Анцимидолj—#ноос—(НАДФ+РV - с/СН2— СНзСОСГIС=0IСН,— -*•IСН 2IСОО"2-оксоглутаратСО,СОО"R-OH+СН2СН,СОО"СукцинатПрогександионРис.

7 . 5 3 . Общие уравнения реакций, катали­зируемых моно- и диоксигеназами.Рис. 7 . 5 2 . Ингибиторы биосинтеза гибберел­линаОба т и п а ф е р м е н т о в у ч а с т в у ю т в б и о с и н т е з ег и б б е р е л л и н о в и во м н о г и х д р у г и х р е а к ц и я хобмена веществ328 L ГЛАВА 7. ФИЗИОЛОГИЯРАЗВИТИЯтов находится под строгим контролем. Не­давно были разработаны специфичныеингибиторы Зр-гидроксилазы, которыепредставляют собой замещенные циклогександионы (например, прогександион, см.рис. 7.52).

Они вызывают очень эффектив­ное укорочение междоузлий, которое мож­но устранить только с помощью GA,, ноне GA20 или GA8. Циклогександионы яв­ляются конкурентными ингибиторами ккосубстрату гидролазы 2-оксоглутарату ипрепятствуют его перемещению в катали­тический центр фермента.Мутанты d\ кукурузы (англ. dwarf, кар­лик) и /е-мутанты гороха (с которыми ещеГрегор Мендель проводил экспериментыпо скрещиванию, англ. length — длина)также являются доказательствами того, чтов ходе биосинтеза появляется только одинединственный гиббереллин.

В качестве ак­тивного гиббереллина у кукурузы и горохавыступает GA^ у обоих мутантов утраченафункция Зр-гидролазы, их карликовыйрост можно нормализовать только с помо­щью GA b но не GA20 или GA8 (можно,правда, как уже было сказано, вместо GA,использовать грибной гиббереллин GA3). Уi/й-мутантов гороха (англ. slender — тон­кий, слабый), которые отличаются чрез­мерным ростом в длину, повреждена в 2р~гидролаза, инактивации активного гиббе­реллина не наступает.Наряду с рассмотренным здесь основ­ным путем биосинтеза гиббереллина су­ществуют, например, у голосеменных,варианты, которые ведут к гиббереллинам,замещенным в различных положениях. Од­нако общая схема протекания биосинтезагибберелинов во всех растениях, как пред­полагают, одинакова.Гены многочисленных ферментов био­синтеза гиббереллинов уже клонированы,поэтому их экспрессию в растении можноисследовать точнее и тем самым получитьсведения о местах их биосинтеза.

Он про­текает, очевидно, во многих быстро рас­тущих тканях (меристемы побега, расту­щие листья, зоны роста побега, кончиккорня) и на ранних стадиях образованиясемян; место образования и действия гиб­береллинов в этих случаях пространствен­но разделить невозможно.В побеге гиббереллины транспортиру­ются не полярно, в корне иногда наблюда­ется слабая полярность от кончика к осно­ванию, скорость перемещения 5 — 30 мм • ч~'.На короткие расстояния (например, в зер­новках злаковых, см. 7.6.3.3) транспортпроисходит, по-видимому, путем простойдиффузии. Гиббереллины были обнаруже­ны как во флоэмном соке, так и в ксилемном соке 1; они распределяются в расте­нии с массовым током питательных ве­ществ.7.6.3.3.

Действие гиббереллиновГиббереллины контролируют множе­ство физиологических процессов: на ста­дии вегетативного развития — элонгациюоси побега (растяжение междоузлий), припрорастании семян — прерывание покоя(см. 7.7.1.2) и мобилизацию запасных ве­ществ, особенно в зерновках злаков. Настадии генеративного развития гибберел­лины могут оказывать влияние на образо­вание цветков, пол цветка и закладку пло­дов. При этом гиббереллины действуютотчасти сходно с ауксином. Так, и те и дру­гие вызывают партенокарпию у яблонь итоматов, однако есть много процессов, прикоторых гиббереллины и ауксины оказы­вают противоположное действие.

Так, гиб­береллины стимулируют прорастание клуб­ней картофеля (ауксин ингибирует), ингибируют закладку боковых корней (аук­син стимулирует) и стимулируют рост кор­ня (ауксин стимулирует в очень низких кон­центрациях и ингибирует в высоких); гиб­береллины не оказывают влияние на ростколеоптиля, тогда как ауксины не стиму­лируют растяжение междоузлий. Различияв регуляции процессов роста междоузлий иколеоптилей являются основой для оченьчувствительных и специфичных биотестовна гиббереллины, при которых использу­ются карликовые сорта (например, ^-му­танты кукурузы), где синтез гиббереллиновсокращен или отсутствует (рис. 7.54).Стимуляция растяжения междоузлийгиббереллинами объясняется стимуляци­ей как клеточного роста, так и клеточногоделения. Молекулярные механизмы в зна­чительной степени неизвестны.

Правда,7.6. Контроль развития с помощью фитогормонов |Карликовый [мутант 0 0 0 1329Дикий тип0,010,11Гибберелловая кислота,мкг на растениеРис. 7.54. Ростовая реакция проростков карликовых мутантов (dwarf]) кукурузы на однократноедобавление различных количеств гибберелловой кислоты (GA3 нанесена в виде водного раствора впазуху первого листа) (по B.O.Phinney, С. A.West).Слева — карликовое растение без добавления GA3; справа — растение дикого типа того же возрас­та (контроль)гиббереллин индуцирует образование ксилоглюканэндотрансгликозидазы (ХЕТ —см.

7.6.1.4) и снижает тем самым, как иауксин, пороговый потенциал для плас­тичной деформации клеточной стенки, таккак этот фермент частично гидролизует гемицеллюлозную сеть первичных клеточныхстенок. Это должно обеспечить экспансину улучшенный доступ к водородным свя­зям между гемицеллюлозой и целлюлозой,которые под его воздействием разрушают­ся. В отличие от ауксина под действием гиббереллина не наступает, однако, подкис ление апопласта.

Различие влияний гиббереллина и ауксина следует также из того,что вклады обоих фитогормонов в стиму­ляцию роста аддитивны.При индукции цветения или стимуляциизакладки органов цветка, прежде всего урозеточных растений, добавление гиббереллина часто может заменить действиевнешнего фактора: например эффект низ­ких температур (см. 7.7.1.2, 7.7.1.3) илииндуктивный фотопериод у длиннодневныхрастений, не нуждающихся в холоде, та­ких, как Hyoscyamus niger или Spinaciaoleracea (см. 7.7.2.2).