Диссертация (1144724), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Так,было показано, что микротрубочки формируют плотную сеть, окружающуюрастущую инфекционную нить и связывающую кончик инфекционной нити сядром, при этом продольные микротрубочки располагались параллельноинфекционной нити (Рисунок 11) (Timmers et al., 1999). Ядро при ростеинфекционной нити перемещалось от места скручивания корневого волоскак его основанию (Timmers et al., 1999).Рисунок 11. — Инфицированный корневой волосокЯдро обозначено красным цветом, микротрубочки — зеленым, аинфекционная нить — синим (Timmers et al., 1999).Обзор литературы68Изменения в расположении ядра наблюдаются и в подлежащихклеткам корневых волосков клетках наружных слоев коры.
В таких клеткахядро занимает центральное положение, а цитоплазма формирует вытянутыетяжи, ориентированные параллельно направлению роста инфекционнойнити, которая проникает в эти тяжи и растет в них. Поэтому данные тяжицитоплазмы получили название «преинфекционные нити» (van Brussel et al.,1992).Преинфекционныенитибылиокруженыпродольнымимикротрубочками, соединяющими разные концы клетки (Timmers et al.,1999).В целом, предполагается, что сеть микротрубочек обеспечиваетполярный рост и служит шаблоном для формирования инфекционной нити(Timmers, 2008). Тем не менее, конкретные гены, контролирующиереорганизацию микротрубочек при инициации и росте инфекционной нити,не были выявлены.Роль актиновых микрофиламентов в развитии инфекционной нитибыла изучена путем анализа мутантов по генам, вовлеченным в регуляцию ихфункционирования.
Такие мутанты характеризовались плейотропнымиэффектами, в частности наряду с дефектами в развитии клубеньков, у нихбыло нарушено развитие трихом (Tansengco et al., 2004). У L. japonucus былвыявлен ген ACTIN-RELATED PROTEIN COMPONENT (LjARPC1), которыйкодирует субъединицу ACTIN-RELATED PROTEIN2/3 (APR2/3) комплекса,контролирующего процесс нуклеации Y-образных разветвленных актиновыхмикрофиламентов (Hossain et al., 2012).
Экспрессия этого гена наблюдаетсяво всех органах растения. Мутанты по данному гену характеризуютсяснижением числа формируемых микроколоний в скрученных волосках, атакже снижением числа инициируемых инфекционных нитей, которые восновном абортировались в корневых волосках. При этом формировались«пустые» клубеньки, в которые не проникали инфекционные нити. У мутантаLjarpc1 отличия от дикого типа в организации F-актина наблюдались лишь вОбзор литературыкороткихкорневых69волосках.Поперечнаяорганизацияактиновыхмикрофиламентов в них была выражена сильнее, в зрелых волоскахактиновые микрофиламенты располагались продольно, сходным образом сдиким типом.
Такие незначительные нарушения в F-актине объясняются тем,что Y-подобные микрофиламенты представляют незначительную фракциюактинового цитоскелета (Hossain et al., 2012). Тем не менее, нарушения в этойфракции F-актина приводят к значительным нарушениям в развитииинфекционной нити, что может указывать на то, что сеть Y-образныхактиновых микрофиламентов может участвовать в начальном отборе местаинициацииинфекционнойцитоплазматическимиполярностиростанитии/илимикротрубочками,(Hossainetal.,последующемуправленииобеспечиваясохранение2012).Сходнымфенотипомхарактеризовались мутанты L. japonius по генам 121F-specific p53 inducibleRNA (Ljpir1) и Nck-associated protein 1 (Ljnap1) (Yokota et al., 2009), а такжемутант M. truncatula по гену required for infection thread (Mtrit–1)ортологичному гену Ljnap1 (Miyahara et al., 2010).
Данные гены кодируюткомпоненты SCAR/WAVE (Supressor of cAMP receptor defect/WASP familyverpolin homologous protein) комплекса, который активирует APR2/3. УмутантовLjnap1иLjpir1наблюдаетсядезорганизацияактиновогоцитоскелета, формирование поперечно ориентированных микрофиламентов вкорневых волосках и отсутствие реорганизации F-актина в ответ наинокуляцию (в частности у мутантов не наблюдалось накопление тонкогоF-актина в кончике корневого волоска) (Рисунок 12). Также у этих мутантовнаблюдались снижение числа микроколоний в скрученных корневыхволосках и дезинтеграция инфекционных нитей, только редкие нитидостигали основания клетки корневого волоска (Yokota et al., 2009). Такимобразом, очевидно, что реорганизация актинового цитоскелета играетведущую роль в инициации и росте инфекционной нити.Обзор литературы70Рисунок 12.
— Актиновый цитоскелет в корневых волосках растений L.japonicus через 30 минут после добавления Nod-фактораА — дикий тип (наконечник стрелки указывает на скопление тонкогоF-актина), Б — мутант Ljpir1 (Yokota et al., 2009).Позднее был выявлен еще один ген L. japonicus, кодирующийкомпонент SCAR/WAVE комплекса — SCAR-Nodulation (LjSCARN) (Qiu etal., 2015). Мутанты по данному гену были блокированы на стадии инициациироста инфекционной нити, после формирования инфекционной камеры. Внекоторых волосках наблюдался выход бактерий в цитоплазму клеткикорневого волоска.
Иногда развитие инфекционных нитей инициировалось,но они абортировались в основании клетки корневого волоска. Так же, как имутанты по генам Ljnap1 и Ljpir1, мутанты по гену Ljscarn формировалипустые неинфицированные клубеньки. В отличие от ранее описанныхмутантов по генам, кодирующим компоненты SCAR/WAVE комплекса, все 5изученных мутаций в гене Ljscarn не влияли на развитие трихом. Уровеньэкспрессии LjSCARN повышался при инокуляции M. loti к 7-му дню послеинокуляции, но возвращался к исходному уровню к 14-му дню послеинокуляции.
Было показано, что экспрессия LjSCARN активируетсятранскрипционным фактором LjNIN при его связывании с промоторомLjSCARN. Отличия в аминокислотной последовательности LjSCARN отОбзор литературы71других белков SCAR A. thaliana позволило предположить, что ген LjSCARNвозниквходедупликациииэволюционировалвдальнейшем,специализируясь на контроле развития инфекции в клубеньке.
В то же время,в отличие от мутантов Ljarpc1, Ljnap1 и Ljpir1 у мутантов по гену Ljscarn ненаблюдалось нарушений в организации актинового цитоскелета на раннихстадиях развития, вероятно, LjSCARN необходим на более поздних этапахреорганизации цитоскелета при развитии инфекционной нити (Qiu et al.,2015).Помимореорганизацииэлементовцитоскелетадляростаинфекционной нити необходима перестройка клеточной стенки, по мерепродвижения инфекционной нити по корневому волоску к ее кончику,постоянно должны доставляться ферменты синтеза клеточной стенки,структурные белки и компоненты клеточной стенки. При достиженииинфекционной нитью основания клетки корневого волоска стенка кончикаинфекционной нити должна слиться с клеточной стенкой корневого волоска.Кроме того, для продвижения инфекционной нити между клеткой корневоговолоска и подлежащей субэпидермальной клеткой должна произойтилокальная деградация клеточной стенки в обеих клетках с последующимновым синтезом клеточной стенки.Было показано, что одним из ферментов, вовлеченных в перестройкуклеточной стенки, является пектат-лиаза (Xie et al., 2012).
Мутация по генуnodulation pectate lyase (Ljnpl) у L. japonicus приводит к блокированиюинфекциивкорневыхволосках,чащевсегопослеформированияинфекционной камеры, лишь единичные инфекционные нити дорастали доклеточной стенки следующей клетки. При этом на корнях мутантаформировались белые клубеньки, большинство из которых были неинфицированы. Ген LjNPL активировался транскрипционным факторомLjNIN. Также были выявлены другие ферменты, участвующие в деградацииОбзор литературыэлементовклеточной72стенкиприразвитииклубенька,такиекакпектинметилэстеразы (Xie et al., 2012).Исследование роста инфекционных нитей in vivo выявило, чтоколонизацияризобиямиинфекционнойнитипредставляетсобойкомбинацию движения ризобий по нити, формирование пропусков междукороткими рядами ризобиальных клеток и последующие деления этихклеток, в результате которых заполняются пропуски (Fournier et al., 2008).Для продвижения внутри инфекционной нити ризобии используют механизмскользящей подвижности, который характеризуется совместным движениемпопуляциибактерий(Рисунок13).Вероятно,чторизобиальныеэкзополисахариды играют важную роль в обеспечении такого движения, т.к.былопоказано,чторизобиивинфекционнойнитиокруженыэкзополисахаридной капсулой (Rathbun et al., 2002).
При этом просветинфекционной нити заполнен матриксом, содержащим растительныевнеклеточные гликопротеины (Rae et al., 1992). Было предположено, что взоне роста инфекционной нити ее колонизация ризобиями зависит отперехода матрикса нити из жидкого состояния, в котором ризобии способныпередвигаться и делиться, в твердое гелеобразного состояние (Brewin, 2004).Такой переход наблюдается примерно в 60 мкм от кончика инфекционнойнити и обеспечивается перекрестным сшиванием остатков тирозинакорневого клубенькового экстензина (англ. Root Nodule Extensin) врезультате действия пероксида водорода (Hérouart et al., 2002). Вероятно, чтов случае неэффективной инфекции, например, в результате мутации в генахэкзополисахаридов, повышается уровень пероксида водорода, что приводит каномальному отвердеванию матрикса и абортации инфекции (Brewin, 2004).Колонизация бактериями, по-видимому, является лимитирующейстадией в росте инфекционной нити (Fournier et al., 2008).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
