С.С. Медведев - Физиология растений (PDF) (1134225), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Финнея (В .Phinney),7.5который изучал действие гиббереллина ГА 1на рост карликовых мутантов кукурузы. Обработка ГА 1 не влияла на рост нормальных растений, но резко стимулировала удлинение стебля карлика, у которого был нарушен гиббереллиновый обмен. Аналогичный, еще более впечатляющий эффект наблюдали С. Витвер(S. Wittwer)и М. Баковэк (М.Bukovac)при обработке гиббереллином длиннодневных растений, которые в условиях короткого дня находились в розеточной форме (рис.7.6).Гиббереллин индуцировал образование гигантского цветущегостебля.Удлинение стебля под действием гиббереллинов достигается за счет резкой активации процессов деления и растяжения клеток интеркалярных меристем.
Ауксинына этот процесс не оказывают влияния. В свою очередь гиббереллины не действуют(или оказывают слабый эффект) на рост изолированных междоузлий или колеоптилей, сильно реагирующих на обработку ауксином. Предполагается, что гиббереллиныосуществлюот специфическую регуляцию клеточного цикла на этапе перехода от фазыG2к митозу.195Рис .
7.5. Действие гиббереллина (ГАt) на рост нормальных(контроль) и мутантных (карлик) растений кукурузы (Phinney,1985).Состояние покоя многих семян может быть преодолено обработкой гибберелловойкислотой (ГК). В ходе прорастании семян ГК контролирует, по крайней мере, три процесса: рост зародыша, размягчение слоев эндосперма, окружающих зародыш, и мобилизацию запасных питательных веществ эндосперма. Обработка ГК повышает секрециюалейроновым слоем прорастающих семян злаков многочисленных гидрелаз и их активность, особенно а-амилазы. Поэтому в пивоварении для ускорения получения солодаячмень обрабатывают ГК.196Рис.7.6.Влияние гиббереллина (справа) нарост и развитие розеточных растений капусты(Wittwer, Bukovac, 1978).7.3.3.Механизм действия гиббереллиновОсновным объектом в физиологических и молекулярио-генетических исследованияхмеханизма действия гиббереллинов служит изолированный алейроновый слой клетокэндосперма злаков . Главной моделью, которую используют для выяснения молекулярного механизма действия гиббереллинов, является процесс синтеза и секреции алейроновым слоем а-амилазы - фермента, расщепляющего крахмал.
Алейроновый слойсоставляют клетки с толстыми клеточными стенками, окружающими крахмалистыйэндосперм и содержащими много белковых тел (рис .7.7).В ходе прорастания зерновки и на ранних этапах развития проростка под действием гиббереллинов происходит197КлеточнаястенкаРис.7.7.Последовательность процессов, регулируемых гиббереллином в ходе прорастанин зерновки ячменя Hordeum(Jones,MacMillan, 1984).Гиббереллины , синтезируемые в колеоптиле и щитке зародыша,транспортируются в крахмалистый эндосперм ( 1) и далее в алейроновый слой зерновки (2) .
В клетках алейронового слоя под влиянием гиббереллина индуцируется синтез а- амилазы и других гидролаз ,секретирующихся в крахмалистый эндосперм (3) . Крахмал и другиемакромолекулы расщеnляются до растворимых олигамеров (4) , которые поглощаются щитком (5) и поступают в зародыш . На фотографии nоказаны клетки алейронового слоя, содержащие белковые телаи окруженные толстой клеточной стенкой .198активация ферментов , которые гидролизуют крахыал и запасные белки эндосперма. Врезультате образуется много растворимых сахаров и аминокислот, перемещающихся кзародышу.Следует особо отметить, что ГК стимулирует синтез и секрецию только а-амилазы.Другие гидролазы (например, рибонуклеаза , ,В-1,3-глюканаза) синтезируются в алейроновом слое независимо от гиббереллина.
Гиббереллины контролируют только процессих секреции клетками алейронового слоя в крахмалистый эндосперм. Эти факты свидетельствуют о том, что процессы синтеза гидролитических ферментов и их секрецииидут (регулируются) независимо друг от друга.Гидролиз крахмала осуществляется а- и ,В-а~шлазами. Продуктом гидролиза а-амилазы являются олигосахариды , содержащие остатки глюкозы; ,В-амилаза расщепляетэти олигосахариды до дисахарида мальтозы, которая под действием мальтазы превращается в глюкозу. Фермент а-амилаза секретируется в крахмалистый эндоспермкак алейроновым слоем клеток, так и щитком (семядолей зародыша злаков, которая граничит с эндоспермом зерновки, см.
рис.7.7).Большинство из вышеперечисленных процессов контролируется гиббереллинами, которые синтезируются в зародышеи транспортируются вначале в крахмалистый эндосперм, а затем в алейроновый слойэндосперма .Получены убедительные доказательства того, что именно ГК обеспечивает регуляцию экспрессии гена а-амилазы. В промоторной зоне гена а-амилазы ряда злаковвыделена высококонсервативная последовательность из200- 300пар нуклеотидов, которая необходима для регулирования экспрессии гена ГК и которая обеспечивает специфичность именно к этому фитагормону (рис.(gibberellic acid response complex) -7.8).Этот участок называютGARCгибберелл:и:нрегулируе.ми.м ?W.мnле?W.м. В этот комплекс входят три специфические нуклеотrщные последовательности (бокса), необходимые для гиббереллинового ответа - пиримидиновый бокс, ТААСААА- и ТАТССАСпоследовательности. За чувствительность гена а-амилазы к ГК отвечает ТААСАААбокс, который получил названиелшютве-чающего эле.мента.GARE (gibberellic acid response element)- гибберелGARE самостоятельно может обеспечивать чувствительность гена а-амилазы к ГК.
Двадругих бокса - пиримидиновый и ТАТССАС-такженеобходимы для полноценного ответа на гиббереллин. Эти три бокса, объединенные вGARC(гиббереллинрегулируемый комплекс) , и являются мишенью соответствующихфакторов транскрипции, образующихся в ответ на гиббереллин.Гttббереллшtотиечаюш••iiЭJICMCH'I.днк~~~~--- - -- \пир••м•щшюиыи Т ААСААА- ТА ТССАСбоксбоксбоксre11а - амилазы",.,----- - - - ------ ·...,.._______ ___ ____ _ТАТАtНачш1отранскр111ЩШ1Г ибберел.rшн pct·yлируемыiiKOMIIЛCKCРис.7.8.Строение промоторной зоны гена а-амилазы(Jacobsenе .
а.,1995).Установлено, что одним из ранних генов, активируемых гиббереллинами, является ген МУВ, продуктами которого являются ДИК-связывающие белки, относящиеся199...~"'100оР.»:.. 75>:">:9:;;r:::с:..~~50OJU1-:с="'~ Р. 25а-амилаза:ж:l1обо1812Часы после обработки ГК24Рис.7.9.Динамика образования МУВ-мРНК имРНК а-амилазы под влиянием ГК (GuЬ\er е. а.
,1995}.к семейству МУВ-белков, найденных у насекомых, дрожжей и растений. МУВ-белкиявляются транскрипционными факторами, которые регулируют процессы роста и развития . На рис.7.9показано влияние ГК на транскрипцию генов, кодирующих МУВбелок и а-амилазу. Можно видеть, что процесс образования транскриптов МУВ-геназначительно опережает процесс образования транскриптов гена а-амилазы .
Поэтомупредполагается, что именно !viУВ-белок является тем транскрипционным фактором,который связывается с промотором гена а-амилазы и запускает синтез этого фермента. Местом взаимодействия МУВ-белка с промоторной частью гена а-а!\шлазы являетсяGАRС-последовательность нуклеотидов (см . рис.7.8) .1\IУВ-белки также участвуют в регуляции экспрессии других генов, регулируемыхГК, например тех, которые кодируют ряд ферментов синтеза антоцианов. К числу таких ферментов относятся халконсинтаза, халконизомераза и дегидрофлавонол-4-редуктаза.
Однако пока не получено доказательств того, что продукты МУВ-генов участвуютв регуляции удлинения стебля и цветения- самых характерных эффектов, вызываеыых гиббереллинами в растениях.Наиболее эффективным способом выявления возможных рецепторов ГК и механизма передачи mббереллинового сигнала является изучение мутантов, у которых повреждена система ответных реакций на обработку этим гормоном . В процессе скринингабыло выделено два основных типа таких мутантов : нечувствительные к ГК карлики ирастения с сильно удлиненными и утонченными побегами (из-за так называемой slепdеr-мутации) .Получен ряд карликовых мутантов, напримерinsensitive)dB (dwar f)на кукурузе иgai (GA-на арабидопсисе, которые нечувствительны к обработке ГК. Когда генGAIбыл клонирован, оказалось, что его проду ктом является фактор транскрипции, который в отсутствие гормона функционирует как репрессор на пути трансдукции гиббереллинового сигнала. ГК снимает эту репрессию. Однако при повреждении генаGAIмогут появляться не только ГК-нечувствительные карлики, но и ГК-нечувствительныевеликаны .У ГК-ие-чувствителъиого -х:арлш~:а мутацияgaiзатраmвает только ту часть, которая отвечает за взаимодействие с гиббереллином.
Из-за повреждения участка связывания с гормоном белокGAIпродолжает работать как репрессор даже в присутствииГК - растение превращается в ГК-нечувствительного карлика. Если же повреждениязатраmвают участки, отвечающие за саму репрессию, то белокGAIперестает функционировать как репрессор и теряет способность подавлять транскрипцию, растение приэтом превращается в ГК-ие-чувствителъиого велшrаиа.200A.-.citpoнoиыilc.1oii@.(-----~--,("а•IОШ8 <НМЫО;..ll~lloll('pt'. htЧHСа~к:а n.'f:u~I"CIIШ lltfМ'К:~JI. IhiiO.OIOI&JIII&: II'МWii1ll\' 11oflt'pt'. III 01H1 мf.(к•pt':.I. I M IIНHOIII@1/~1!®Воор01•оныl1pt'llpt'<'CQJJ"lpai L"KpШI IHO КПрОЦ("ССИIIr-/~--@ • ..-._"РНК М\ B-r>r. lкar~1118~~~:.~:\([)ГК· :\1\"В -бr. юкJ•1"11a- aмtt.Jall.t( 'и..,'tрО.
IIIЗ КJШ~ \-ЩЩI Н )IЩUCIIt'P'ft~Рис . 7.10. Регуляция(Giiroy, 1996).синтеза а-амилазыв клеткахалейронового слояячменягиббереллиномГК , образующаяси в зародыше , связывается с рецеnтором , находищимся на nоверхности nлазматическоймембраны клетки алейронового слоя {1 ). Комплекс ГК-рецептор взаимодействует с гетеротримерным Gбелком (~} , от которого далее гиббереллиновый сигнал nередается двумя путями . Са-независим.·ый nymъ(3} приводит к образованию еще одногоГК-активируемого сигнального посредника (4} , который связывается с белком- реnреесором (5} и инактивирует его.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
