Активная защитная реакция растений

ТЕМА 4. Активная защитная реакция растений

Активная защитная реакция растений. Продуцирование видов реактивного кислорода и оксида азота (окислительная вспышка). Укрепление клеточных стенок. Перепрограммирование транскрипции и синтез PR белков и других связанных с защитой белков. Синтез фитоалексинов. Синтез салициловой и жасмоновой кислот. Глушение генов как реакция устойчивости к вирусам. Реакция сверхчувствительности как форма апоптоза. Развитие системной приобретенной устойчивости.

Продуцирование видов реактивного кислорода и оксида азота (окислительная вспышка)

Продуцирование видов реактивного кислорода,  вероятно, играет ключевую роль в защите растений. Часто это является первым откликом, активируемым при многих несовместимых взаимодействиях. Doke и соавторы (1983, 1988) были первыми, кто сообщил, что супероксидные анионы (O₂^{∙ ─}) продуцируются при несовместимых взаимодействиях, первоначально между картофелем и Phytophthora infestas, а затем между табаком и вирусом табачной мозаики. Генерируемый O₂^{∙ ─} быстро дисмутирует либо неферментативно, либо через катализируемую супероксиддисмутазой реакцию до перекиси водорода HO₂^∙ + O₂^{∙ ─} + Н⁺ ↔ Н₂О₂ + О₂  либо 2O₂^{∙ ─} + 2Н⁺ ↔ Н₂О₂ + О₂, и таким образом у большинства растительных систем обнаруживается накопление H₂О₂. При кислом рН, таком, который наблюдается в клеточной стенке растения, период полужизни супероксида составляет <1 секунды. Поскольку H₂О₂ не имеет неспаренного электрона, она может пересекать биологические мембраны, что заряженные виды O₂^{∙ ─} могут делать очень медленно. Как O₂^{∙ ─}, так и H₂О₂ имеют промежуточную степень реакционной способности, и клеточные повреждения, вызываемые реактивными видами кислорода (ROS) по-видимому обусловлены их превращением в более реактивные виды. Протонирование  O₂^{∙ ─}, которое происходит более легко при низком рН, дает гидропероксильный радикал HO₂^∙. Поскольку  HO₂^∙ является менее полярным, чем O₂^{∙ ─}, он может пересекать биологические мембраны примерно так же эффективно, как и H₂О₂. В отличие от O₂, HO₂^∙ может непосредственно атаковать жирные кислоты, и, как показано, превращает линоленовую, линолевую и арахидоновую кислоты в перекиси липидов. Таким образом, при подходящих условиях, генерация O₂^{∙ ─}, приводящая к образованию  HO₂^∙, может приводить к повреждению мембран и образованию массива потенциальных сигнальных молекул перекисей липидов.

В присутствии Fe²⁺, H₂О₂ может претерпевать реакцию Фентона {Fenton reaction}, которая приводит к появлению крайне деструктивного гидроксильного свободного радикала OH∙:

Fe³⁺ + O₂^{∙ ─} → Fe²⁺ + O₂ ;   Fe²⁺ + H₂О₂ → OH∙ + OH^–  + O₂

который может инициировать самопроизвольное перекисное окисление липидов. Если H₂О₂, входящая в цитоплазму клетки, сохраняется в достаточно высокой концентрации, чтобы достичь ядра растения или патогена, она может реагировать с внутриклеточными ионами металлов, образуя OH∙, который, как известно, фрагментирует ДНК сайт-специфической атакой. Таким образом, продуцирование ROS может приводить к значительному повреждению как хозяина, так и патогена и заставляет растительные клетки активировать массивы защитных механизмов.

В относительно недавних исследованиях с использованием культуры клеток растений было показано, что растения, вероятно, имеют механизм продуцирования O₂^{∙ ─}, в котором принимает участие NADPH-оксидаза, аналогичная той, которую используют нейтрофилы млекопитающих.

Однако клетки растений имеют еще два других пути генерации ROS. Во-первых, это  белок оксалатоксидаза, которая может продуцировать H₂О₂  из щавелевой кислоты. Во-вторых, H₂О₂ могут продуцировать пероксидазы клеточной стенки.

Рекомендуемые материалы

Для ROS предполагается несколько ролей в защите растения. Например, H₂О₂ может непосредственно быть токсичной для  микробов на уровнях, которые продуцируются в растениях. H₂О₂ также может вносить вклад в структурное упрочнение клеточных стенок растения; H₂О₂ необходима для образования предшественников лигниновых полимеров посредством активности пероксидазы   и было показано, что обогащенные гидроксипролином и пролином гликопротеины клеточной стенки быстро окислительно  сшивались в клеточных стенках после обработки грибным элиситором. Это поперечное сшивание белков также снижает «доступность протопласта», таким образом делает клеточную стенку растения более устойчивой к микробному проникновению и ферментативной деградации.

Также вероятна сигнальная роль для H₂О₂. H₂О₂ повышает ферментативную активность гидрокислазы бензойной кислоты, которая необходима для биосинтеза салициловой кислоты  (SA). Кроме того, H₂О₂ активирует некоторые защитные механизмы, например, экспрессию гена глутатион-S-трансферазы, в  смежных клетках.

Вероятно, генерация ROS будет приводить к изменению окислительно-восстановительного баланса в реагирующей клетке. У млекопитающих, многие факторы транскрипции, такие как ROS-отзывчивый фактор NF-kB, как известно, регулируются окислительно-восстановительным состоянием. Подобное может происходить и у растений. Имеются данные, которые наводят на мысль, что O₂^{∙ ─} может быть одним из сигналов, который координирует индукцию генов защиты растения.

Оксид азота привлек значительный интерес фитопатологов благодаря установленной его роли в регуляции антимикробной защиты у млекопитающих, в частности через программируемую клеточную гибель (PCD).

NO действует как сигнальная молекула у видов всех биологических царств, эта особенность обусловлена его физическими свойствами, которые обеспечивают ему исключительно богатую химическую активность. NO высоко реактивный, благодаря присутствию неспаренного электрона, и подобно кислороду, он может существовать в виде ряда восстановленных состояний, ^–NO (нитроксильный ион, nitroxyl ion), NO и ⁺NO (ион нитрозония, nitrosonium ion), и в каждом из них реактивные промежуточные соединения азота (reactive nitrogen intermediate (RNI)) способны осущетсвлять специфические взаимодействия. ^·NO способен реагировать с атмосферным  O₂ с образованием NO₂. Далее, NO является замечательно мобильной молекулой, способной легко пересекать мембраны, и, поскольку он мало растворим в водных растворах, он легко переходит в газообразную фазу. Это заметно повышает его потенциал как сигнальной молекулы.

В биологических системах, NO вмешивается в пути передачи сигналов посредством целого ряда действий. Многие эффекты NO обусловлены окислительным повреждением, связанным с образованием потенциального оксиданта пероксинитрата через взаимодействие с суперокисидом (NO + O₂^– → ^–ONOO). Менее жестким действием является электрофильная атака  со стороны ^·NO тиоловых групп, в частности остатков цистеина, что приводит к S-нитрозилированию молекул, таких как глутатион или белки. S-нитрозилирование может модулировать активность белка; например, мономерной связывающий  GTP белок, p21ras, активируется S-нитрозилированием, тогда как, в противоположность этому, киназа JNK1 при этом инактивируется.

Альтернативно NO может модифицировать белки посредством нитрирования, в частности остатков тирозина. Сродство NO к переходным металлам (например Fe²⁺/Fe³⁺), приводит к формированию комплексов железо-нитрозил; такое взаимодействие также используется для регуляции биологической активности. Это взаимодействие является центральным в классическом пути передачи сигналов, в котором NO связывается с группами гема растворимой и ассоциированной с мембраной гуанилилциклазы, что приводит к изменению конфигурации и активации энзиматической продукции cGMP из GTP. Увеличение уровня cGMP повышает активность киназы (NO-G-kinase) и фосфодиэстразы, которые влияют на регуляцию cGMP ионных каналов. Одной из хорошо документированных целей NO-G-киназы является легкая цепь миозина.

Другое важное взаимодействие включает связывание NO с группами гема в пределах ферментов P450, и это ингибирует их активность. Особенно интересным является взаимодействие NO с гемоглобином (Hb), поскольку этот комплекс имеет способность доставлять, запасать и окислять (детоксифицированть) NO. Гемоглобины растений, как было показано, реагируют с NO с образованием NO₃ при аэробных условиях в двустадийном процессе. На первой стадии, NO окисляет гем с образованием метагемоглобина, из которого NO₃ высвобождается после восстановления редуктазой, содержащей NADPH или флавин. Этот путь представляет механизм, посредством которого уровни NO быстро изменяются в биологических системах.

NO/пероксинитрит может также обратимо нарушать активность ферментов, содержащих в активном центре железо и серу (4Fe-4S), что приводит к потере железа ([4Fe-4S]²⁺+ONOO^– + H⁺ → [3Fe-4S]⁺ + NO^– + ^·NO₂ + Fe²⁺), которая затрагивает энзиматическую активность. Хорошо охарактеризованными целями в подобном случае является фермент цикла Кребса аконитаза, которая катализирует изомеризацию цитрата в изоцитрат, и комплексы I и II в электрон-транспортной цепи. Таким образом, взаимодействие NO/белок 4Fe-4S будет усиливать окислительный стресс посредством нарушения функций митохондрий и посредством способствованию образованию реактивного гидроксильного радикала через реакцию Фентона (Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + HO^– + ^·HO).

В биологических системах, NO может генерироваться ферментативным путем и неферментативно. Наиболее хорошо описанными ферментами, продуцирующими NO, явлюется синтаза оксида азота (NOS) и нитратредуктаза (NR). NOS катализирует двухстадийное окисление L-аргинина в NO и цитруллин (L-аргинин + NADPH₂ + O₂ → N^ω-гидроксиаргинин → + NADPH₂ + O₂ → L-цитруллин + NO); данная реакция может также катализироваться цитохромом P450. NR генерирует NO из нитрита с использованием NADPH в качестве донора электронов.

Несмотря на идентификацию гена  NOS растений, очевидные доказательства показывают, что растения могут продуцировать ^·NO из нитрита с помощью NADPH-зависимой нитратредуктазы (NO₃ → NO₂ → ^·NO + O₂). Использование высоких уровней нитратов при условиях аноксии увеличивает продуцирование NO. Также допускается, что NO у растений может образовываться посредством неферментативного восстановления нитрита (2NO₂ + 2H⁺ ↔ 2HNO₂ → NO + NO₂ + H₂O), этой реакции благоприятствуют кислые условия, подобные тем, которые обнаруживаются в апопласте алейронового слоя ячменя.

Укрепление клеточных стенок

Микробы должны преодолеть кутикулу растения и/или клеточную стенку для того, чтобы достигнуть клетки, хотя проникновение может иногда происходить через повреждения или естественные отверстия. Укрепление клеточной стенки растения может повысить устойчивость несколькими путями. Для внеклеточных биотрофов, таких как Pseudomonas syringae или Cladosporium fulvum, уплотнение клеточных стенок может затруднять утечку цитоплазматического содержимого, таким образом снижая доступность питательных веществ для патогена. Для некротрофов, таких как Botrytis cinerea, которые зависят от гидролиза клеточных стенок растения для продвижения растущих гиф, диффузия токсинов и ферментов к чувствительным клеткам растений будет замедлена. Кроме того, низкомолекулярные фенольные предшественники лигнина и свободные радикалы, образующиеся в течение реакций полимеризации в клеточных стенках растений, могут нарушать пластичность мембран патогена или инактивировать токсины и ферменты. Сами гифы также могут стать лигнифицированными. Для гаусториальных биотрофов, предотвращение входа гриба в клетку растения будет предотвращать паразитизм.

Одним из типов укрепления стенки, который быстро протекает в ответ на внедрение гриба, является формирование папилл. Папиллы часто образуются  под гифой проникновения и являются гетерогенными по составу; они, как считается, физически блокируют проникновение гриба в клетку хозяина.

Быстрое отложение каллозы в клеточных стенках также часто ассоциировано с сайтом несовместимости с патогенном. Блокировка плазмодесм каллозой является существенным компонентом защиты, необходимым для задержки движения вирусов из клетки в клетку.

Основные обогащенные гидроксипролином белки, как считают, играют ключевую роль в организации архитектуры первичной клеточной стенки и могут действовать как очаги инициации полимеризации лигнина. Быстрое окислительное поперечное сшивание сформированных заранее  HRGPs через или меж- или внутримолекулярные изодитирозиновые связи может представлять один из наиболее ранних защитных откликов, сопровождающих окислительную вспышку.

Дополнительным, но более слабым механизмом, который помогает становиться клеточным стенкам более непроницаемыми, является локальное повышение в них содержания лигнина.

Перепрограммирование транскрипции и синтез PR белков и других связанных с защитой белков.

Термин «связанные с патогенезом белки» (PR белки) был первоначально использован для описания многочисленных внеклеточных белков, которые накапливаются в ответ на заражение ВТМ восприимчивых генотипов табака. Впоследствии, при ряде взаимодействий растение–патоген, дифференциальная индукция генов PR была найдена в ассоциации с несовместимостью. Недавно определение PR белки было расширено и включает локализованные внутри- и внеклеточно белки, которые накапливаются в интактных растительных тканях  или культурах клеток после атаки патогенов или обработки элиситорами.

Играют ли PR белки причинную роль в устойчивости? Несколько PR белков обладают либо антигрибной, либо антибактериальной активностью in vitro и, как сейчас известно, являются хитиназами, или глюканазами, или связывают хитин. Деградация структурных полисахаридов клеточной стенки гриба, или нарушение архитектуры клеточной стенки, могут задерживать или сильно ослаблять рост грибов. Более того, конститутивная экспрессия PR белков с известной или неизвестной функцией в трансгенных растениях  приводит к повышенной устойчивости к некоторым грибным патогенам. Ряд данных наводят на мысль, что для проявления устойчивости требуется координированная активность нескольких генов PR.

Основные обогащенные цистеином (тионины), выявляемые главным образом в злаках, являются другой группой связанных с защитой белков с известной антимикробной активностью. Подобно PR белкам, эти тионины также дифференцированно накапливаются в течение несовместимых взаимодействий.

Синтез фитоалексинов

Честь открытия фитоалексинов (ФА) принадлежит немецким фитопатологам Мюллеру и Боргеру. Долгое время ФА рассматривались как главный механизм устойчивос­ти растений. Однако в настоящий период помимо ФА в растениях обнару­жены и другие иммунные ответы. Конечно, ФА не утеряли свою значимость, одна­ко их уже следует рассматривать на фоне мультикомпонентного ответа растительной клетки.

К настоящему времени охарактеризовано около 350 ФА у растений из 30 семейств. Их большая часть принадлежит к семейству бобовых (около 130 ФА). Основное число ФА выделено из двудольных растений, но охарактеризованы и некоторые ФА однодольных, в частности у риса, ку­курузы, сорго, ячменя, овса, пшеницы, лука и лилий. ФА являются липофильными соединениями, ло­кализованными вокруг места инфекции. Из-за разнообразия их структуры трудно судить о единых механизмах их антимикробной ак­тивности.

Фенилпропаноидные ФА приурочены к растениям семейства бобовых, пасленовых, вьюнковых, зонтичных и злаковых. Известна некоторая струк­турная специфичность ФА, отражающая таксономическое положение их продуцентов. Так, изофлавоноидные ФА, в основном, сосредоточены в растениях семейства бобовых, но их нет у пасленовых, и наоборот, сесквитерпеноидные ФА присущи пасленовым, но не обнаруживаются у бо­бовых.

Образование ФА тесно связано с реакцией сверхчувствительности (СВЧ). Мертвые (некротизированные) клетки, образующиеся в ре­зультате реакции СВЧ, играют особую функциональную роль в явлении ус­тойчивости, поскольку они являются резервуарами для накопления ФА. Сами по себе мертвые клетки вряд ли могут остановить развитие патогена, но они являются местом складирования или вместилища ФА. Поэтому, что­бы судить о защитной роли ФА в качестве антигрибного барьера на пути распространения инфекции, надо рассчитывать их количество не на едини­цу веса инфицированной ткани, где присутствуют как живые, так и погиб­шие клетки, а на их концентрацию в некротизированных клетках. В таких клетках ФА накапливаются в чрезвычайно высоких антигрибных кон­центрациях, которые вряд ли могут выдержать живые растительные клетки.

Что заставляет перемещаться ФА из живых клеток, где они или их близ­кие предшественники образуются, в мёртвые, некротизированные, где они накапливаются, не известно. Возможно, накопление ФА в некротизирован­ных клетках определяется еще и тем, что системы деградации ФА в таких клетках подавлены. Иными словами присутствие ФА в мертвых клетках как бы саморегулируется, поскольку ФА в некрозе инактивируют систему их собственной деградаций, тем самым, способствуя их накоплению.

ФА являются достаточно слабыми антигрибными агентами. Доказательств их пере­движения в растениях не существует. Однако скорость накопления ФА и их локализация в месте инфекции способствует поддержанию в растении токсичной для грибов концентрации. Исход взаимоотношений растения и паразита зависит от двух факторов: от количества образовавшегося ФА и от чувствительности к нему патогена.

Хотя большинство растений продуцируют ФА, существуют виды (огурцы, дыни и арбузы), образование ФА в которых не установлено, хотя есть все основания предполагать их присутствие.

Синтез салициловой кислоты

Несовместимые патогены часто вызывают накопление салициловой кислоты (SA). Она может оказывать непосредственное антимикробное действие. Однако наиболее важная роль салициловой кислоты состоит в координировании экспрессии PR генов и других генов защиты через специфические зависимые от салициловой кислоты сигнальные пути. Абсолютная потребность в SA показана при обусловленной генами  устойчивости к различным вирусам, бактериям и грибам. Кроме того, салициловая кислота считается

Глушение генов (gene silencing)

В течение длительного времени была распространена точка зрения, что зараженное вирусами восприимчивое растение не может выздороветь. На устойчивом растении симптомы заболевания могут ослабеть или исчезнуть, но восприимчивое растение не может стать снова здоровым. Однако недавно выздоровление  было получено в некоторых комбинациях восприимчивое растение/вирус. Первоначально зараженное вирусом растение выявляло типичные симптомы, вирус распространялся системно, однако вновь образовавшиеся части растения не имели ни симптомов заболевания, ни вирусных частиц. При этом выздоровевшие бессимптомные и безвирусные части растения также проявили устойчивость к последующему заражению вирусом, показывая формирование приобретенной устойчивости. Этот тип устойчивости растений может быть обусловлен особой формы подавления активности генов.

Большое значение подавления генной активности имеет у трансгенных культур, в которых внедренный ген экспрессировался неэффективно. В большинстве случаев «заглушенный ген» в трансгенных растениях транскрибировался, однако матричная РНК разрушалась. Это явление было названо посттранскрипционным глушением генов. Интересно, что в дополнение к глушению внедренного гена, эндогенные гомологичные гены трансгенных растений также были заглушены. В селекции растений глушение генов является нежелательным механизмом.

Глушение генов является специфическим механизмом, действующий только на гомологичные последовательности нуклеиновых кислот. Было показано, что даже определенные части вирусного генома, например ген белка оболочки или ген репликазы вируса, внедренные в растение, способны индуцировать устойчивость (глушение) по отношению к вирусной инфекции у этих трансгенных растений. Этот тип устойчивости эффективен только по отношению к тем штаммам вирусов, которые имеют гомологию к вирусу, который послужил источником трансгенных  последовательностей.

Механизм глушения генов и устойчивости к вирусам объясняют с помощью модели порогового значения. Растения, возможно, распознают количество чужеродной трансгенной мРНК или вирусной РНК и, при определенном пороговом значении, инициируется деградация РНК. Первоначально повышается активность РНК-зависимой РНК-полимеразы и синтезируется цепь антисмысловой РНК, гомологичной трансгенной РНК или вирусной РНК. Это приводит  к формированию двухцепочечной структуры РНК. Такая структура является чужеродной для растений, и растения ее разрушают с использованием нескольких рибонуклеаз. В общем, механизм глушения генов является сложным; например, некоторые вирусы растений кодируют супрессорные белки для системы глушения генов.

Реакция сверхчувствительности как форма апоптоза.

Сверхчувствительность — это защитная реакция растения в ответ на заражение патогенами, проявляющаяся в быстрой локальной гибели клеток растения и сопровождающаяся накоплением в погибших клетках токсичес­ких продуктов. Растение как бы жертвует своей частью ради спасения це­лого. РС может быть фенотипически различной, варьируя от гибели отдельной клетки до распространения некротических зон, сопровождающегося ограниченной колонизацией патогена. Кроме этого, появление РС зависит от окружающих условий и в частности может ослабевать при условии высокой влажности. Вместе с клетками растения погибает внедривший­ся патоген.

Клеточная смерть известна с момента открытия клетки. Мертвые клетки коры дуба были описаны первооткрывателем клетки Гуком в 1665 г. В XIX веке уче­ные описали смерть клеток как процесс. В XX веке были выделены две формы клеточной гибели у животных: апоптоз, или программируемая клеточная смерть, и некроз, или патологическая гибель клеток, сопровож­дающаяся воспалением. Это открытие сыграло важнейшую роль в разви­тии современных представлений о клеточной гибели и приблизило к по­ниманию конкретных механизмов гибели на клеточном уровне. В настоя­щее время программируемая клеточная гибель известна у широкого кру­га представителей разных систематических групп живых организмов: у жи­вотных, растений, грибов, микроорганизмов, включая прокариот. Апоптоз возник у прокариот, по всей видимости, как защита от вирусов или от пов­реждающего действия активных форм кислорода (АФК), т.е. как механизм выбраковки клеток с избыточной продукцией токсичных форм одноэлектронного восстановления кислорода. В ходе эволюции расширялись фун­кции апоптоза. Гибель клеток имеет большое значение для эмбриогенеза, морфогенеза, дифференцировки, как отклик на неблагоприятные факто­ры среды, а также инструмент иммунного ответа. Широко известны при­меры апоптоза у растений — развитие ксилемы, флоэмы, формообразо­вание листьев, прорастание пыльцевой трубки (гибель клеток пестика на пути трубки),опадание листьев и созревание плодов. Исследования последних лет выявили много общего между апоптозом у животных и реакцией сверхчувствительности у растений.

Морфологические изменения клеток при апоптозе и некрозе. Типичные признаки апоптоза у животных — это конденсация и дробле­ние ядра, разрыв нити ДНК на олигонуклеосомные фрагменты, которые образуют "ДНК-лесенку" при электрофорезе, формирование апоптозных телец — мембранных структур, содержащих фрагменты ДНК. При этом цитоплазматическая мембрана остается интактной до образования апоп­тозных телец. Клетка, претерпевающая апоптоз, резко уменьшается в объе­ме, протопласт съёживается, а мембрана приобретает складчатость. Далее разрыхляется хроматин. Наблюдается увеличение уровня ядерного гетерохроматина и перемещение его к краям ядра. Ядерная ДНК разрыва­ется на фрагменты длиной приблизительно 50 тысяч пар оснований. В даль­нейшем такие фрагменты под действием Са²⁺-зависимой эндонуклеазы разрываются на олигонуклеосомные фрагменты длиною около 180 пар ос­нований. Апоптозные тельца с фрагментами ДНК мигрируют из центра клетки к ее периферии.

Все признаки апоптоза у животных выявлены у растений при реакции сверхчувствительности. Разрезание ДНК на длинные фрагменты отмеча­лось при сверхчувствительном отклике растений в ответ на заражение ви­русами, бактериями и грибами. В клетках зараженных растений при этом идентифицируются свободные З'-ОН концы, выявлена активация Са²⁺-за-висимой эндонуклеазы, обнаружены фрагменты ДНК длиной 50 тыс. пар оснований, а также олигонуклеосомные фрагменты, дающие характерную "ДНК-лесенку" при разгоне в агарозном геле. Для модельной системы то­мат – Alternaria alternata f.sp. lycopersici показано, что фрагментация ДНК с образованием олигонуклеосомных фрагментов происходит только в не­совместимых комбинациях растение-патоген (то есть при воздействии авирулентных штаммов гриба, но не вирулентных). Кроме того, были обнаруже­ны остаточные апоптозные тельца, мигрирующие к периферии клетки. У животных апоптозные везикулы поглощаются соседни­ми или специализированными клетками, такими как макрофаги. У расте­ний фагоцитозу препятствует клеточная стенка. При реакции сверхчувст­вительности плазмодесмы разрываются, а вокруг очага поражения обра­зуется перидерма (вследствие приобретения здоровыми клетками меристематической активности). Поврежденная клеточная стенка либо пол­ностью разрушается при участии гидролитических ферментов, действую­щих очень локально, либо укрепляется за счет целлюлозных утолщений, лигнификации, сшивки белков, отложения кремния. Упрочнение клеточ­ной стенки замуровывает проникшего патогена внутри клетки и затрудня­ет проникновение новых патогенов.

Вместе с этой лекцией читают "28 Патологическая продукция мышления".

Важную роль в программируемой гибели клеток как животных, так и растений играют митохондрии. Под воздействием индукторов апоптоза резко снижается мембранный потенциал ми­тохондрий. Деполяризация обусловлено увеличением про­ницаемости внутренней мембраны митохондрий вследствие образования гигантских пор. Их диаметр позволяет пересекать мембрану веществам с молекулярной массой 1,5 кДа и ниже. Митохондриальный матрикс набуха­ет. Это вызывает разрыв наружной мембраны митохондрий. Следствие раз­рыва — высвобождение белков межмембранного пространства митохондрий, что является важным этапом апоптоза. Хлоропласты растений также могут принимать участие в непос­редственном регулировании программируемой гибели растительных кле­ток при реакции сверхчувствительности: предполагается участие хлоропластов как источников активных форм кислорода и координационного центра в гибели клеток растений при сверхчувствительном отклике. Высказываются предположе­ния и о роли других мембранных структур, например мембраны вакуоли тонопласта, в запуске механизмов гибели растительных клеток.

При некрозе объем клетки значительно увеличивается. Изменяется проницаемость цитоплазматической и вну­триклеточных мембран. Цитоплазма вакуолизируется. Повреждается тонопласт. Органеллы набухают и разрушаются. В дальнейшем мембраны разрываются, происходит дезинтеграция клетки. Остатки органелл лизируются. Содержимое клетки попадает в межклеточное пространство.

При некрозе не происходит активирования какой-либо генетической про­граммы. Апоптоз, напротив,— результат запуска определенной генетичес­кой программы. Обнаружены многочисленные позитивные и негативные регуляторные гены апоптоза. Эти гены могут непосредственно акти­вировать апоптоз через индукторы, блокировать через репрессоры, изме­нять метаболизм растений, влиять на сигнальные молекулы, их рецепторы или непосредственна на другие гены. Области гомологии между последова­тельностями регуляторных генов апоптоза у животных и растений редки. Это указывает на то, что либо у растений эволюционировали свои генети­ческие механизмы регуляции программируемой клеточной гибели, либо дивергенция генов зашла так далеко, что они уже не идентифицируются как гомологичные.

Системная приобретенная устойчивость. Приобретенная устойчивость развивается в растениях после первичной инфекции; при этом окружающие ткани или  отдаленные части растения становятся устойчивыми к последующему заражению. Этот тип устойчивости является неспецифическим; он эффективен по отношению к различным стрессам и повторному заражению растений, прежде всего по отношению к биотическим и абиотическим факторам, которые индуцируют некрозы клеток и тканей растений.

О локальной приобретенной устойчивости первоначально упомянули  Yarwood (1960) и Ross (1961) в отношении вирусной устойчивости. Системная приобретенная устойчивость была выявлена Ross (1961) для табака, зараженного вирусом табачной мозаики.

Сейчас становится понятным, что системная приобретенная устойчивость эффективна в отношении, вероятно, только биотрофных патогенов. Ее развитие опосредовано салициловой кислотой, но молекулярные и биохимические детали этого явления пока плохо понятны.  Более того,  заражение растений некротрофными патогенами, возможно, вообще не индуцирует системную приобретенную устойчивость, хотя для окончательного вывода необходимы дальнейшие исследования.