Автореферат (Изучение роли транскрипционного фактора KNOX 3 в процессе органогенеза клубеньков бобовых растений), страница 5

Подавление экспрессии MtKNOX3(MtKNOX3-RNAi) не вызывало изменения в клубенькообразовании, тогда как одновременноеподавление экспрессии MtKNOX3/5/9/10 приводило к формированию «слитых» клубеньков.Это можно объяснить тем, что функции генов MtKNOX у Medicago, подобно их ортологам уарабидопсиса, перекрываются, поэтому уменьшение экспрессии одного гена будеткомпенсировано другими генами KNOX.Кроме того, нами была показана активация экспрессии MtKNOX3/5/9 и MtIPT3 в листьяхв ответ на инокуляцию.

Более того, мы показали, что активация экспрессии MtKNOX5/9 иMtIPT3 зависит от CLV1-подобной киназы SUNN в побеге (см. Рисунок 14). SUNN-зависимаяактивация экспрессии MtIPT3 в побеге согласуется с данными, полученными дляортологичного гена LjIPT3 у лядвенца. Таким образом, можно предположить, чторегуляторный модуль KNOX-IPT/LOG может функционировать не только в меристеме побега,но и в других программах развития: в развивающихся клубеньках, а также в листьях приактивации системы авторегуляции клубенькообразования (см. Рисунок 14).Кроме того, мы показали, что экспрессия генов MtKNOX регулируется с участием киназыSUNN не только в побеге, но и в корне. Интересно, что локализация экспрессии MtKNOX3меняется в клубеньках у мутанта sunn-3: в частности, у мутантов sunn-3 наблюдаетсяэкспрессия гена MtKNOX3 в меристеме клубеньков, чего не наблюдали у растений дикоготипа.

Согласно литературным данным, в меристеме клубеньков экспрессируется близкийпаралог MtKNOX3, ген MtKNOX5 (Di Giacomo, et al., 2016, Limpens, et al., 2013, Roux, et al.,2014), функция которого, как предполагается, может перекрываться с функцией MtKNOX3 (DiGiacomo, et al., 2016). Помимо этого, у мутанта sunn-3 мы не наблюдали активации экспрессииMtKNOX5 в корнях в ответ на инокуляцию. Мы предполагаем, что у мутанта sunn-3 отсутствиеэкспрессии гена MtKNOX5 в клубеньках может приводить к тому, что паралог гена MtKNOX5,MtKNOX3, начинает выполнять его функцию, в результате чего у мутанта sunn-3 наблюдаетсяэктопическая экспрессия MtKNOX3 в меристеме клубеньков, где у растений дикого типаэкспрессируется ген MtKNOX5.Возможная взаимосвязь ТФ MtKNOX3 с компонентами системы авторегуляцииклубенькообразования была исследована через возможное его влияние на экспрессию геновCLE.

В дополнение к генам MtCLE12 и MtCLE13, участие которых в авторегуляцииклубенькообразования было показано ранее (Mortier et al., 2010), нами было показаноувеличение экспрессии ряда ранее не охарактеризованных генов CLE приклубенькообразовании. Экспрессия индуцируемых в клубеньках генов CLE былапроанализирована нами в трансгенных корнях с подавлением экспрессии MtKNOX3 путем17интерференции РНК.

Было показано уменьшение экспрессии ряд генов CLE в трансгенныхкорнях с подавлением экспрессии MtKNOX3. Известно, что CLE-пептиды, в частности CLE13,индуцируются цитокинином (Mortier et al., 2010), и действуют в пути регуляции развитияклубеньков после этапа, контролируемого LOG1 (Mortier et al., 2014). Мы предполагаем, чтоТФ MtKNOX3 через активацию биосинтеза цитокинина может влиять на экспрессию геновCLE. На основе этих данных можно предположить, что взаимосвязь ТФ MtKNOX скомпонентами авторегуляции может осуществляться не только в побеге, но и в корне, черезактивацию биосинтеза цитокинина, и как следствие влияние на экспрессию генов CLE.Таким образом, ТФ MtKNOX, также как и цитокинин, могут играть двойную роль вразвитии клубеньков.

Во-первых, MtKNOX3 через действие на цитокинин можетрегулировать пролиферацию клеток в корне при развитии примордиев клубеньков. Во-вторых,MtKNOX3 через активацию продукции цитокинина в побеге, а также через опосредованноевлияние на экспрессию CLE, могут быть вовлечены в AON (см. Рисунок 14).Рисунок 14 – Предполагаемая схема участия ТФ MtKNOX в развитии клубеньков и вавторегуляции клубенькообразования.Выводы:1) Среди изученных генов семейства KNOX, выявлен ген KNOX3, который участвует вразвитии клубеньков.

Анализ активности промотора гена KNOX3 с помощью репортерногогена GUS выявил его экспрессию в пролиферирующих клетках примордия, а затем вапикальной зоне клубенька, а также в месте формирования будущих проводящих тканей.2) Показано, что гены семейств MtIPT (MtIPT1/2/3/5/9) и MtLOG (MtLOG1/2/3),контролирующие биосинтез и активацию цитокинина, экспрессируются при развитииклубеньков.3) На основании анализа растений с эктопической и подавленной в результате РНКинтерференции экспрессии гена MtKNOX3, установлено его участие в активации геновбиосинтеза цитокинина (MtIPT3/5, MtLOG2).4) Выявлено взаимодействие гомеодомена ТФ MtKNOX3 c регуляторнымипоследовательностями генов MtIPT3, MtIPT5, MtLOG1, MtLOG2 с использованием методовEMSA (Electrophoretic Mobility Shift Assay) и SPR (Surface Plasmon Resonance).5) Показано, что гены MtKNOX3/5/9 участвуют в системе авторегуляцииклубенькообразования и их экспрессия, зависит от CLV1-подобной киназы SUNN.186) Регуляторный модуль KNOX-IPT (ТФ KNOX и их гены-мишени IPT) функционирует нетолько в меристеме побега, но и при формировании симбиотических клубеньков на корняхбобовых растенийПубликации автора:Статьи1.

Azarakhsh M., Lebedeva М.А., Lutova L.А. Identification and expression analysis of Medicago truncatulaisopentenyl transferase genes (IPTs) involved in local and systemic control of nodulation // Frontiers in plantscience 9 - 2018 - DOI:. 9. 10.3389/fpls.2018.00304.2. Azarakhsh M., Kirienko A., Zhukov V., Lebedeva M., Dolgikh E., Lutova L. KNOTTED1-LIKEHOMEOBOX 3: a new regulator of symbiotic nodule development // Journal of Experimental Botany. – 2015.– Vol. 66, № 22. – P.

7181-7195.3. Lebedeva M.A., Tvorogova V.E., Vinogradova A.P., Gancheva M. S., Azarakhsh M., Ilina E. L.,Demchenko K.N., Dodueva I.E., Lutova L.A. Initiation of spontaneous tumors in radish (Raphanus sativus):cellular, molecular and physiological events //Journal of plant physiology – 2015 –Vol.173 –P.97-104.4.

Додуева, И. Е., Творогова В. Е., Азарахш М., Лебедева М. А., и Лутова. Л. А. Стволовые клеткирастений: единство и многообразие // Вавиловский журнал генетики и селекции – 2016 – Т. 20, № 4 –С. 441-458.5. Матвеева Т.В., Азарахш М. Генно-инженерно-модифицированные организмы, разрешённые квыращиванию и разведению в России // экологическая генетика. – 2016 – Т. 14, № 4 – С. 32-40.Главы книгAzarakhsh M., Lebedeva M.A., Lutova L.A. MtKNOX 3 - a possible regulator of cytokinin pathway duringnodule development in Medicago truncatula In “The Model Legume Medicago truncatula” ed. Frans J. deBruijn, Wiley, Ожидаемая дата выпуска - Sep 2018.Конференции1. Azarakhsh M., Lebedeva M.A., Lutova L.A.

Identification and expression analysis of Medicago truncatulaIPT genes during nodulation // 20th international congress on nitrogen fixation (Granada, Spain) – 2017 - p.212.2. Azarakhsh M., Lebedeva M.A., Lutova L.A. KNOX3 as a Possible Activator of Cytokinin BiosynthesisGenes in Medicago truncatula // 12th European Nitrogen Fixation Conference (Budapest, Hungary) – 2016 p. 188.3.

Azarakhsh M., Osipova M., Lutova L. KNOX3- a new regulatory component in symbiotic noduledevelopment // 19th international congress on nitrogen fixation (California, USA) – 2015 - p. 58.4. Azarakhsh M., Osipova M., Lutova L. Studying the role of KNOX genes in symbiotic nodule development// 18th international congress on nitrogen fixation (Miyazaki, Japan) – 2013 - p.79.5. Azarakhsh M., Osipova M., Lutova L. Activation of cytokinin metabolism genes upon symbiotic noduledevelopment, Auxin and cytokinin in plant development and interactions with other phytohormones (Prague,Czech republic) – 2014 - p 130.6. Азарахш М., Осипова М., Лютова Л.

Изучение роли генов KNOX в развитии симбиотическихклубеньков // VI съезд вавиловского общества генетиков и селекционеров (ВОГиС) и ассоциированныегенетические симпозиумы (Ростов-на-Дону) – 2014 - С.78.7. Осипова М.А., Азарахш М., Долгих Е.А., Лутова Л.А. Роль меристем-специфичных генов в развитииазотфиксирующих клубеньков // конференция по биологии развития в связи со 135-летием со днярождения П.П. Иванова "ЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ, МОРФОГЕНЕЗ И ЭВОЛЮЦИЯ" (СанктПетербург) - 2013.8.

Osipova M.A., Dodueva I.E., Tvorogova V.E., Azarakhsh M., Kiriushkin A.S., Lutova L.A. Interaction ofGenes of Cytokinin Metabolism and Transcription Factors in the Development of Genetic Tumors in Radish(Raphanus sativus L.) Inbred Lines // 21st Conference of the International Plant Growth SubstancesAssociation (IPGSA) (Shanghai, China) – 2013 - P. 155.19.