Диссертация (Изучение роли рецептор-подобной киназы К1 гороха в контроле формирования симбиотических субклеточных структур), страница 8

Выявление этой киназы показывает, что этисигнальные соединения способны активировать у растений «общий» сигнальный путь. Приэтом OsCERK1 играет двойную роль в узнавании как хитина и его производных, так имутерина и его проиводных и необходим для передачи сигнала внутрь клетки (Ao et al.,2014).2.4. LysM-содержащие рецепторы необходимы для развития симбиоза сгрибами арбускулярной микорзы и развитии бобово-ризобиального симбиоза.Для LysM-содержащих рецепторов показано участие не только в активациииммунного ответа при узнавании N-ацетилглюкозамин-содержащих элиситоров, но ихвовлеченность в распознавание сигналов от симбиотических партнеров – грибоварбускулярной микоризы (АМ) (Myc-факторы, короткие олигомеры хитина (n = 4 и 5) иризобиальных бактерий (Nod-факторы).2.4.1. Участие LysM-содержащих рецепторов в контроле развития симбиоза сгрибами арбускулярной микоризы.Известно, что более 80 % наземных растений способны формировать симбиоз сгрибами арбускулярной микоризы представителями отдела Glomeromycota (Проворов и др.,2002).

Формирование симбиоза начинается с колонизации поверхности корня – ветвлениягиф гриба и формирования аппрессорий, после чего гифы приникают внутрь корня черезклетки эпидермиса (Dickson, 2004). После того, как произошло прорастание гиф внутрькорня,происходитформированиеарбускул,черезкоторыепроисходитобменпитательными веществами с растением (Gianinazzi-Pearson, 1996; Кириенко и др., 2013).Симбиоз с грибами арбускулярной микоризы является эволюционно более древним(появился около 450 млн лет назад), чем симбиоз с бактериями ризобиями (появился около60 млн лет назад).Наличие у грибов арбускулярной микоризы молекул, являющихся индукторамиразвития симбиоза, было обнаружено относительно недавно (Maillet et al.

2011). Mycфакторы (от англ. mycorrhization factors – фактор микоризации) представляют собойолигомеры хитина (n = 4 и 5), содержащие на невосстанавливающем конце молекулыжирную кислоту (Maillet et al. 2011). Кроме того, в контроле развития симбиоза с грибамиАМ принимают участие короткие хитоолигосахариды (n = 4 и 5) (Maillet et al. 2011).В настоящеевремя ведутся поиски рецепторов растений, способных узнаватьсигнальные молекулы грибов АМ - Myc-факторы и хитоолигосахариды.

Структура этих32молекул позволяет предположить, что в их рецепцию могут быть вовлечены рецепторы сLysM мотивами во внеклеточных доменах (Zhang et al., 2009).У M. truncatula были выявлены два гена MtLYR1 иMtLYR3, кодирующих LysM-РПК,которые могут быть возможными рецепторами к Myc-факторам.

При заражении растенийGlomus intraradices была показана активация экспрессии гена MtLYR1 (Gomez et al., 2009).Для MtLYR3 была показана способность связывать Myc-факторы с высокой аффинностью(Malkov et al., 2016). Вместе с тем, было установлено, что MtNFP строго необходим дляразвития ранних реакций (прорастания спор и роста гиф на поверхности клетки) (Maillet etal., 2011; Czajaet al.,2012) при заражении растений, но не является необходимым дляконтроля более поздних этапов развития симбиоза - прорастания гиф гриба внутрь корня иформирования арбускул (BenAmor et al.,2003).У L.

japonicus возможным кандидатом на роль рецептора к Myc-факторам можетбыть LysM-РПК Lys11, которая необходима как для развития ранних реакций, так и болеепоздних стадий развития арбускулярной микоризы (Rasmussen et al., 2016).2.4.2. Участие LysM-содержащих рецепторов в контроле развития симбиоза сризобиальными бактериями.При развитии симбиоза бактерии порядка Rhizobiales выделяют Nod-факторы хитоолигосахариды, состоящие из нескольких остатков N-ацетилглюкозамина (от 3 до 6),соединенныхβ-1,4-гликозиднымисвязями,исодержащиежирнуюкислотунанередуцирующем конце молекулы.

В зависимости от вида ризобий структура жирнойкислоты может различаться, также, как и заместители (ацетил, карбамоил, сульфат,фукозил) на восстанавливающем или невосстанавливающем терминальных остатках Nацетилглюкозамин (Spaink, 1991; Denarie, Cullimore, 1993). От структуры Nod-факторазависит хозяйская специфичность ризобий по отношению к растениям, а изменения вструктуре Nod-факторов ведут к смене круга хозяев. В распознавание Nod-факторов урастений вовлечены LysM-рецепторы.2.4.2.1. Формирование симбиоза у растений – многоэтапный процесс,приводящий к формированию симбиотических внутриклеточных структур.Формирование симбиоза у растений включает несколько этапов. На первом из них,при появлении в ризосфере Nod-факторов, у бобовых растений происходит деполяризациямембраны клеток корневого волоска (Ehrhardt et al., 1992) и возникают так называемые«кальцивые волны» - периодические колебания концентрации Ca2+ в ядре и околоядерномпространстве клеток (Ehrhardt et al., 1996).33Изменения концентрации ионов кальция приводят к перестройке цитоскелета, чтоопределяет рост корневого волоска и формирование выроста на его конце (Kropf et al.,1998).Вдальнейшемпроисходитскручиваниекорневоговолоскавокругприсоединившейся бактерии, что приводит к формированию микроколонии бактерий.На втором этапе развития симбиоза у растения в эпидермисе и коре корняпроисходит активация двух подпрограммы развития – инфекционного процесса (ростоминфекционных нитей, позволяющих бактериям проникнуть в ткани растения, иорганогенеза клубенька, протекающие параллельно, но зависимым друг от друга образом(Tsyganov et al., 2002; Borisov et al., 2007).В участке корневого волоска, где формируется микроколония бактерий, происходитразрушение клеточной стенки и бактерии проникают внутрь в структуру, образованнуювпячиванием мембраны клеточной стенки, которая затем преобразуется в инфекционнуюнить (Brewin, 1991).

Одновременно сразвитием инфекционной нити в коре корняпроисходит деление клеток, которые дают начало примордиям клубеньков (Hirsch, 1992).У растений, формирующих клубеньки недетерминированного типа, происходят деленияклеток перицикла и внутренней коры корня, тогда как у растений, формирующих клубенькидетерминированного типа, происходит деление клеток наружной коры корня (Hirsch, 1992;Timmers et al., 1999).Следующий этап развития симбиоза связан с выходом бактерий в цитоплазму клетокклубенькового примордия, который начинается после достижения инфекционной нитьюделящихся клеток примордия.

При этом происходит истончение стенок инфекционнойнити, формирование инфекционных капель, наполненных бактериями, и выход бактерий изних в клетки клубенька (Newcomb, 1981; Rae et al., 1992). Бактерии, вышедшие вцитоплазму растительной клетки, трансформируются в бактероиды – увеличиваются вразмерах и изменяют форму (Roth, Stacey, 1989). В бактероидах синтезируется нитрогеназа– фермент, отвечающий за реакцию азотфиксации, - восстановление N2 в NH4+.2.4.2.2.

LysM - РПК – кандидаты на роль рецепторов к сигнальным молекуламризобий Nod-факторам у растений.Первые кандидаты на роль рецепторов, способных узнавать ризобиальные сигналыNod-факторы, были выявлены у модельного бобового растения лядвенца L.

japonicus.Анализ коллекции мутантов лядвенца, не способных к формированию симбиоза, позволилвыявить два мутанта по генам, кодирующим трансмембранные LysM-содержащиерецептор-подобные киназы (LysM-РПК) LjNFR1 и LjNFR5 (от англ. Nod Factor Receptors рецепторы к Nod-факторам, NFR) (Madsen et al., 2003; Radutoiu et al., 2003). Эти мутанты34были не восприимчивы к действию Nod-факторов и инокуляции ризобиями. Былоустановлено, что LjNFR1 и LjNFR5 относятся к двум разным классам LysM-содержащихрецепторов.LjNFR5 относится к LYR (LYK-related, LYK-подобным) рецепторам, укоторого киназный домен не способен ни к авто-, ни к трансфосфорилированию (Madsen etal., 2003). Другой рецептор LjNFR1 является LYK рецептором (LysM-рецептор-подобныекиназой) с функциональным киназным доменом (Madsen et al., 2011).Фенотипический анализ мутантов по генам nfr1 и nfr5, а также двойного мутантаnfr1/nfr5, показал, что обе LysM-РПК NFR1 и NFR5 в равной степени важны для инициацииразвития симбиоза у лядвенца.

Более того, трансформация растений M. truncatulaконструкциями для экспрессии двух генов LjNFR5 и LjNFR1 одновременно, определяласпособность таких растений взаимодействовать с бактериями Mesorhizobium loti, которыеобычно формируют симбиоз с L. japonicus (Radutoiu et al., 2007). Это свидетельствовало оспецифичности выявленныхLysM-РПК по отношению к структуре узнаваемых лигандов.Вместе с тем было показано, что оба рецептора LjNFR5 и LjNFR1 способны связываться сNod-факторами с высокой аффинностью (Broghammer et al., 2012). Ряд проведенныхэкспериментов показал, что LjNFR5 и LjNFR1 способны формировать гетеродимерныйкомплекс, который необходим для активации сигнального каскада у L. japonicus (Madsen etal., 2011).Поиск рецепторов к Nod-факторам у других бобовых растений, формирующихклубеньки детерминированного типа, был проведен и для сои Glycine max. У этого бобовогобыли выявлены два гомолога рецептора NFR1, которые получили название NFR1a и NFR1b(Madsen et al., 2003).Вместе с тем, уже первые эксперименты по изучению влияния Nod-факторов набобовые растения, которые имеют другой тип клубенькообразования (формируютнедетерминированные клубеньки), показали, что узнавание этих сигнальных молекулможет быть организовано у этих растений более сложным образом, чем у лядвенца и сои.При обработке растений люцерны слабоусеченной M.