С.С. Медведев - Физиология растений (DJVU) (1134223), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Одним из наиболее ранних эффектов этилена является активация экспрессии различных генов. Начинают экспрессироваться, " гены, участвующие в биосинтезе этилена и регулирующие созревание плодов, повышается количество транскриптов генов, коднрующих такие ферменты, как целлюлаза, з хитиназа, )3-1,3-глюканаза и пероксидаза, а также белки, участвующие в патогенезе 220 при формировании реакции сверхчувствительности (см. главу 12). У многих генов, экспрессия которых активируется этиленом, в промоторной зоне выявлена консервативная нуклеотидная последовательность, содержащая два ССС-бокса, которую называют згпплеи-чрвствительньои элемептпом ЕВЕ (егЬу1епе гезропзе е1ешеп1).
Наличие ЕВЕз является необходимым и достаточным условием для транскрипционного контроля гена этиленом. У табака обнаружено 4 белка, которые связываются с ЕВЕз. Эти белки называют ЕВЕВРа (егЬу!епе геэропю е1епгепгз Ь)пйпя ргоге1пз). Общее количество выявленных ЕВЕВРэ превышает 30. Гены, которые кодируют ЕВЕВРз, являются генами первичного ответа на этилен. Они кодируют транскрипционные факторы, регулирующие активность генов вторичного ответа, которые контролируют формирование физиологических реакций на этот гормон.
Для поиска мутаций, связанных с процессами проведения этиленового сигнала, чаще всего используют «тройной ответь растения на обработку этиленом (см. выше), коюрый у арабидопсиса включает угнетение роста гипокотиля в длину н его разрастание в ширину, торлюжение удлинения корня, увеличение апикального «крючкам Именно на этих эффектах (или их отсутствии) был основан поиск мутантных растений. Удалось выделить два типа этиленовых мутантов: мутанты, у которых снижена способность отвечать па обработку этиленом (зтнлен-устойчивые, или зтилен-нечувствительные мутанты), и мутанты, которые демонстрируют этиленовую реакцию даже в отсутствие гормона (мутанты с конститутивным ответом на этилен, т.е.
с постоянной гормональной реакцией). К последним относится мутант арабидопсиса с1г1 (сопэй1пйче 1пр!е геэропж1). Кодируемый геном СТК! белок является одним из ключевых эле:,:. :ментов в системе рецепции и трансдукции этиленового сигнала (рис. 7.21). Тот факт, ' что мутация сй"1 вызывает активацию ростовых реакций зтиленового типа, свидетельствуег о том, что СТВ1-белок у растений дикого типа функционирует как репрессор ':: передачи зтиленового сигнала.
Первым мутантом, не реагирующиь~ на обработку этиленом, был ей1 (е1Ьу1епе пхерФог 1). Когда ЕТА1 ген был клонирован (СЬапя е. а, 1993), оказалось, что кодируе,":.. иый им белок гомологичен известному бактериальному рецептору — двухкомпонентной гястидинкиназе. Следует отметить, что ЕТВ1-белок был первым примером эукариотических рецепторов гистидинкиназного типа, которые вскоре были найдены в дрожжах ':. и животных организмах. У растений двухкоъшонентная гистидинкиназа, кодируемая ':;.' геном СЛЕ1, является также рецептором для цитокининов. Рецеппюр этилена функционирует как димер, состоящий из двух трансмембран" ных белков, соединенных дисульфидными связями: сенсорного элемента — собственно !';"-гястидинкнназы, способной к автофосфорилированию по остатку гистидина, и регу:.'ляторного элемента, содержащего остаток аспарагнновой кислоты, на которую пере:.! носится фосфатная группа (см.
рис.7.21). Местом связывания гормона является Х- ,:.;-терминальный участок зтиленового рецептора, который содержит три пересекающих " плазмалемму гидрофобных домена и ион(ы) меди. Рецепторами этилена у арабидопсиса являются интегральные мембранные белки, !' представленные пятью семействами: ЕТВ1 и ЕТВ2 (еСЬу1епе гесергог 1 и 2), Е1Х4 ",, (е1Ьу!епе-1пзепв111ге 4), ЕВБ1 и ЕВБ2 (е1Ьу1епе гезропзе яепзог 1 и 2).
Семейство зтиле:; новых рецепторов имеет перекрывающиеся функции. Повреждение одного или двух ;,:генов, кодирующих синтез рецепторов, вызывает незначительный эффект. Если же ;";,':вваггивируются три или четыре рецептора, дефекты в способности клеток отвечать ';-"яа этилен становятся весьма заметными. Относительно большое число этилеповых ре,-'., цепторов позволяет расширить диапазон эффективных концентраций этилена н под- 221 н, ,н СИНТЕЗ ЭТИЛЕНА С=С РЕ$ХЕПНИЯ и' 'н Си Сп ::1 Рис.
7.21. Мехавизм проведения сигналов и ответных реакций растительной клетки 1 при воацействии втиленом (доьпвоп, Есйег, 199В). держивать сигнал более длительное время, тем более, что паттерн экспрессии генов, кодирующих различные рецепторы, на разных этапах онтогенеза растения отличаегся. Механизм проведения сигналов и ответных реакций растительной клетки при воздействии этиленом приведен на рис. 7.21. Под воздействием внешних стимулов, таких, как затопление, инфицирование патогенами или поранение, а также при созревании плодов, старении или повышении концентрации ауксина активируются ферменты синтеза этилена — АЦК-синтаза и АЦК-оксидаза. В результате всех этих процессов содержание этилена в тканях возрастает. Зтилен связывается с рецептором, локализованным в плазмалемме, с участпем ионов меди в качестве кофактора. Предполагается, что при связывании с гормоном происходит инактпвация рецептора.
Отсутствие позитивного регуляторного сигнала от рецептора приводит начальный элемент в сигнальной цепи — белок СТЙ1 в неактивное состояние. При отсутствии этилена рецептор проявляет функции гистндинкиназы, которая активирует белок СТК1, являющийся одним из ключевых белков при передаче этиленового сигнала в каскаде фосфорилирования/дефосфорилировання (см. рис. 7.21). СТИ. 222 представляет собой серии/треониновую протеинкиназу — фермент, относящийся к семейству так называемых На(-киназ, участвующих в передаче гормональных сигналов у животных организмов. Субстратом фосфорилирования для СТН1-киназы являются киназа МАР-киназы (МАРКК) или МЕК-киназа, которая в свою очередь фосфорилирует МАР-киназу (МАРК).
Эти ферменты способны влиять на активность факторов транскрипции, обес- 1' печивая, таким образом, связь между киназным каскадом и процессом транскрипции (см. рис. 7.21). На следующем этапе активируется трансмембранный белок Е1Х2 (имеющий 12 трансмембранных доменов), который может работать как мембранная пора или канал. Известно, что Е1Х2 имеет значительную гомологию с переносчиком двухвалентных катионов (Хгашр) у животных организлюв. Предполагается, что Е1Х2 расположен после киназного каскада. Другие элементы передачи этиленового сигнала (Е1Хб, Е1И6 я Е1Х7) также следуют после СТН1.
Последующим элементом сигнального пути служит ядерный белок Е1ХЗ (или Е1НЗ- подобные белки, ЕН э). Этот белок является транскрипционным фактором, который в ответ на этиленовый сигнал связывается со специфическими нуклеотидными последовательностями в промоторах генов-мишеней и активирует их экспрессию. Одним из ,':. шких этнлен-чувствительных генов является ЕВХ1 (еГЬу1епе гевропэе Гас$ог), который кодирует белок, относящийся к семейству ЕНЕВРэ (е111у1епе геэропэе е1ешепФз Ь1пЖпб рго$е1пэ), т.
е. белков, способных связываться со специфическим (для этиленового сигнала) ССС-боксом. 7.7. БРАССИНОСТЕРОИДЫ У растений вещество стероидной природы, обладающее ростостимулирующим эф- фектом, в чистом виде впервые было получено из липидной фракции пыльцы рапса 1 (Сгоге е. а., 1979), Этот первый стероидный фитогормон, формула которого приведена ниже, получил название брассинолида: но,. но"'" и В настоящее время в растительных организмах выявлено более 60 схожих с брасси- нолидом веществ, называемых брассиностероидами (БС), которые синтезируются глав':-" ным образом из кпмпестерола.
Больше всего БС содержат генеративные органы растений Одной из особенностей БС, отличающей их от других фитогормонов, является способность стимулировать ростовые процессы в очень низких концентрациях (10 ц- 10 щ М). Однако следует отметить, что обработка БС не всегда вызывает положительный эффект в биотестах, характерных для ИУК, гиббереллинов и цитокининов !'- Наиболее специфичный для БС эффект заключается в активации роста второго междо'::, узлия фасоли или гороха. Ни ауксины, ни цитокинины не вызывают такого эффекта, а гиббереллины активируют удлинение междоузлий фасоли только в очень высокой 223 концентрации.
Еще более чувствительным биотестом на БС является рост эпикотилей магна. На этом объекте стимулирующий эффект БС проявляется в концентрации 10 'э М и ниже. Стимулирующее действие БС на ростовые процессы связано с активацией процессов деления и растяжения клеток. Поэтому в отличие от гиббереллинов БС вызывают не только удлинение второго междоузлия ряда бобовых растений, но и его утолщение за счет активации клеточных делений. БС участвуют в регуляции ростовьгх процессов во взаимодействии с другими фитогормонами (Шакирова, 2001).
Выявлено, что ЬС и гиббереллины оказывают а,лди- тивное действие на рост гипокотилей огурца, которые особенно чувствительны к брассинолиду. Обнаружен сильный синергический эффект ИУК и брассинолида, который проявлялся только в том случае, когда растения предварительно обрабатывалнсь БС, а затем ИУК. Если же обработка растений шла в иной поспедовательности, синергизма не наблюдалось. Ингибитор транспорта ауксина 2,3,5-трииодбензойная кислота устраняла синергический эффект.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
