Диссертация (1144724), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В начале роста винфекционной нити содержатся редкие бактерии, а в кончике присутствуетсвободное от бактерий пространство, что вероятно объясняется тем, чтоОбзор литературы73потенциальная скорость удлинения инфекционной нити выше, чем скоростьпродвижения и деления бактерий (Рисунок 13). Поэтому рост инфекционнойнити представляет собой дискретный процесс, при котором стадия быстрогороста кончика инфекционной нити, обеспечиваемая растением, в результатечего образуется свободное пространство, сменяется стадией его колонизациив результате скользящей подвижности и деления ризобий (Рисунок 13)(Fournier et al., 2008).
Примечательно, что расстояние между кончикомкорневого волоска и ризобиями не превышает 10 мкм, что указывает навероятный сигнальный обмен между симбионтами. В качестве такихсигнальных молекул можно предположить, как Nod-факторы (Brewin, 2004),так и низкомолекулярные экзополисахариды (Cheng, Walker, 1998).Рисунок 13. — Рост инфекционной нити в корневом волоске M.truncatulaВ начале роста инфекционная нить содержит мало бактерий и ееповерхность выглядит гладкой (1). Определяемый растением полярный ростапопластической оболочки создает пространство перед бактериями в кончикеинфекционной нити (1, 3). Совместное скользящее движение бактерий ккончику корневого волоска с их сопутствующими делениями в различныхположениях внутри инфекционной нити приводит к колонизацииинфекционной нити (2, 3). Широкий цитоплазматический мостик обычносвязывает кончик инфекционной нити с движущимся ядром (1, 3), но наопределенных стадиях развития расстояние между кончиком инфекционнойОбзор литературы74нитииядромувеличивается,чтосопровождаетсясужениемцитоплазматического мостика (2).
Помимо цитоплазматического мостика,связывающего ядро с инфекционной нитью, всегда присутствует тонкий тяжцитоплазмы, связывающий ядро с основанием клетки корневого волоска.Более зрелая инфекционная нить образует неровности (3), что, возможно,отражает изменения в ее матриксе. Это часто сопровождается вторичнымрадиальным размножением цепочки бактерий. Когда зрелая инфекционнаянить (4) достигает основания корневого волоска, ее поверхность становитсянеровной и ядро больше не располагается в кончике растущей инфекционнойнити.
Множественные цепочки бактерий располагаются внутри утолщеннойзрелой нити. Ядро обозначено темно-серым цветом, накопление ЭПР —светло-зеленым, плазматическая мембрана — темно-зеленым, клеточнаястенка — светло-серым, изменения в цвете от желтого до оранжевогоотражают созревание матрикса инфекционной нити, бактерии — темнорозовым. Кортикальная цитоплазма не обозначена (Fournier et al., 2008).Действительно, у L.
japonicus был выявлен ген рецептор, узнающийэкзополисахариды(Kawaharadaetal.,2015).Данныйрецептор,представляющий собой рецептор-подобную киназу с 3 LysM подобнымидоменами, кодируется геном Exopolysaccharide receptor 3 (LjEpr3). Мутантыпо гену Ljepr3 проявляли супрессорный эффект по отношению к штаммуризобийR7AexoU,продуцирующемудефектныеукороченныеэкзополисахариды, формируя нормальные розовые и белые клубеньки. В тоже время на растениях дикого типа при инокуляции дефектным штаммомризобий, продуцирующим укороченные экзополисахараиды, формируютсямаленькие белые клубеньки.
У мутантов по гену Ljepr3 также былоувеличено число инфекционных нитей при инокуляции штаммом R7AexoU инаблюдалось развитие инфекции через разрывы в эпидерме. В то же времяштамм R7AexoU не был способен инфицировать спонтанные клубеньки. Этосвидетельствует, что функцией LjEPR3 рецептора является контрольинфекции, как через инфекционные нити, так и через разрывы эпидермы.При этом было продемонстрировано прямое связывание экзополисахаридов срецептором.ДляактивацииработыLjEPR3необходимаактивациякомпонентов сигнального пути Nod-факторами (Рисунок 14) (Kawaharada etОбзор литературы75al., 2015).
Позднее было показано, что LjEPR3 необходим для развитияинфекционной нити не только в эпидерме, но и при ее росте в последующихслоях корня в направлении клубенькового примордия, т.к. мутанты по генуLjepr3 характеризуются нарушениями в развитии инфекционной нити наэтом этапе (Kawaharada et al., 2017).Рисунок 14. — Последовательные стадии симбиозаРизобии, окруженные экзополисахаридами (EPS), взаимодействуют сбобовым растением. На первой стадии симбиоза растительные сигналыактивируют экспрессию nod генов ризобий, которые кодируют ферментысинтеза Nod-фактора. Nod-фактор узнается рецепторами, включая NFR1,NFR5 и SymRK. Дальнейшая передача сигнала приводит к несколькимответам растения-хозяина, ведущим к формированию клубенька, которыйризобии инфицируют.
Сигнальный путь, активируемый Nod-фактороминдуцирует транскрипцию гена Epr3, который кодирует рецептор, сходныйпо структуре с семейством рецепторов NFR1 и узнающим экзополисахариды(Long, 2015).Следует отметить, что в развитии инфекционной нити играютрассмотренные выше компоненты сигнального пути, активируемые Nodфакторами:MtLYK3,PsSym37,MtSYMREM1,MtFLOT2,MtFLOT4,Обзор литературы76MtHMGR1, LjCYCLOPS, LjNIN, MtNSP1, MtNSP2, MtERN1, MtDELLA (см.раздел 1.1.5).Проводимый в последние годы активный анализ мутантов модельныхбобовых растений выявляет все новые гены, вовлеченные в контрольразвития инфекционной нити. Так, у L.
japonicus был выявлен генLjCERBERUS, кодирующий E3 убиквитин лигазу, содержащую U-бокс домени три WD–40 повтора на C-конце (Yano et al., 2009). Мутанты по этому генуформируют небольшие неинфицированные клубеньки, а процесс инфекцииостанавливается на стадии формирования микроколонии — колонизацииинфекционной камеры (кармана). Инфекционные нити иногда развивались вкоротких корневых волосках, но они абортировались в корневых волосках,не проникая в подлежащие слои коры корня (Yano et al., 2009). Тот факт, чтокорни мутанта Ljcerberus, трансформированные конструкцией, содержащейLjCCaMKT265D, формировали спонтанные клубеньки указывает на то, чтоLjCERBERUS не вовлечен в органогенез клубеньков.
Тем не менее, приинокуляции ризобиями число формируемых клубеньков значительноувеличивалось, хотя в таких клубеньках не наблюдался выход бактерий вцитоплазму растительных клеток. Таким образом, LjCERBERUS можетиграть роль не только в инициации и росте инфекционной нити, но и вкоординации развития инфекционного процесса с органогенезом клубенька(Yano et al., 2009). У M. truncatula был выявлен ортолог гена LjCERBERUS —ген Lumpy Infections (MtLIN) (Kuppusamy et al., 2004; Kiss et al., 2009).Изучение паттерна экспрессии данного гена показало, что на ранних срокахразвития клубенька он ассоциирован с делящимися клетками коры,формирующими клубеньковый примордий, на более поздних — с клетками вцентральной зоне молодых клубеньков, а в зрелых клубеньках его паттернбыл ограничен зоной инфекции.
Полученные результаты являются хорошимподтверждением ранее выдвинутой нами гипотезы о том, что органогенезклубенька зависит от степени развития процесса инфекции (см. раздел 3.3)Обзор литературы77(Tsyganov et al., 2002; Kiss et al., 2009).
Ранее была показана роль E3 лигаз впроявлении защитных реакций, поэтому, возможной функцией MtLIN приразвитии клубенька является тонкая регуляция защитных реакций, путемподдержанияточнойпространственно-временнойактивностибелков-мишеней (Kiss et al., 2009). В дальнейшем с использованием новой аллелиMtlin–4, у которой формируются нормальные инфекционные карманы, но непроисходит инициации инфекционных нитей, были получены убедительныедоказательства, что инициация инфекционной нити необходима длянормального развития клубенька (Guan et al., 2013).
Mtlin–4 формируетклубеньки (к 60 дню после инокуляции) с центрально расположеннымпроводящим пучком (Guan et al., 2013), подобно боковому корню, илиактиноризномуклубеньку(формирующемусяпривзаимодействииактиномицетов рода Frankia с различными представителями 8 семействдвудольных растений (Pawlowski, Demchenko, 2012)). Сходный фенотипнаблюдался у растений M. truncatula, инокулированных мутантным по генуexoY штаммом S. meliloti и у мутанта M. truncatula Mtvapyrin–2, для которыхтакже было характерно прерывание инфекции после формированиямикроколонии в инфекционной камере. Клубеньки lin–4 характеризовалисьизмененным паттерном экспрессии маркеров цитокининового и ауксиновогосигналинга, что указывает на то, что ранняя абортация развитияинфекционной нити приводит к нарушениям в регуляции цитокининового иауксинового сигналинга, приводящим к аномальному развитию клубенька(Guan et al., 2013).Методами «обратной» генетики у L.
japonicus был выявлен ген NoduleSpecific RING finger (LjnsRING) (Shimomura et al., 2006). Данный ген кодируетпотенциальную E3 убиквитин лигазу с доменом RING-H2 типа «цинковыйпалец», которая является специфичной для клубеньков. Экспрессия LjnsRINGзначительно активировалась в инокулированных корнях и клубеньках.
Вмолодых и зрелых клубеньках экспрессия была связана с инфицированнымиОбзор литературы78клетками. Выключение гена с помощью РНК-интерференции приводила ксерьезным нарушениям в развитии инфекционных нитей, они былиблокированы на стадии проникновения из клетки корневого волоска в клеткикоры (Shimomura et al., 2006).Участие в развитии инфекционной нити у M. truncatula было такжепоказано для еще одной группа белков, Seven in absentia (MtSINA), такжеявляющихся E3 лигазами, несущими наряду с доменом RING типа«цинковый палец» (Den Herder et al., 2008).
Было показано усиление уровнятранскрипции гена MtSINA4, при развитии клубеньков. Для выявления ролиSINA белков была изучена гетерологичная экспрессия в M. truncatula генаArabidopsis thaliana AtSINAT5 и его мутантной формы AtSINAT5DN,имеющей доминантное негативное проявление. У растений 35S::AtSINAT5DNбыло снижено количество клубеньков, часть из них были неэффективными.В таких клубеньках в инфекционных нитях матрикс был более темным, чем вконтрольных клубеньках, было снижено количество бактерий, самиинфекционные нити имели нерегулярную форму и формировали выросты.Позднее наблюдались нарушения в развитии симбиосом (Den Herder et al.,2008).У M. truncatula был выявлен ген Rhizobium-directed polar growth(MtRPG), мутация Mtrpg приводила к аномалиям в развитии инфекционныхкамер в корневых волосках, которые формировались с задержкой, при этомскручивание волосков не было полным и, более того, формировались новыеточки роста кончика волоска (Arrighi et al., 2008).
Инфекционные нити былиутолщенными, медленно растущими. Таким образом, корневые волоскимутанта Mtrpg не отвечали на колонизацию ризобиями изменениями вполярном росте. На корнях мутанта формируются неинфицированныеклубеньки, хотя изредка возможно формирование розовых клубеньков, но сменьшим количеством инфицированных клеток. Экспрессия гена MtRPGзначительноактивируетсяприинокуляциикорнейризобиями,онаОбзор литературы79наблюдается в корневых волосках, в инфицированных корневых волосках, вформирующихся примордиях, в развивающихся и зрелых клубеньках в зонеинфекции. Ген MtRPG кодирует белок, принадлежащий новому семействуспецифичных для растений белков со специфичным «RRP» (от англ.
RPGrelated proteins) доменом и сoiled-coil доменом (Arrighi et al., 2008).Предполагается, что MtRPG может быть транскрипционным активатором,регулирующим гены, вовлеченные в пространственную субклеточнуюреорганизацию, приводящую к откладыванию материала клеточной стенки имебранного материала в местах нового полярного роста в скрученномкончике корневого волоска и инфекционной нити (Arrighi et al., 2008).Важная роль в развитии инфекционной нити была показана для малыхГТФаз семейства ROP (от англ. Rho-related GTPase from plant). Так, у L.japonicus LjROP6 взаимодействует с рецептором к Nod-фактору LjNFR5 вплазматической мембране (Ke et al., 2012). При инокуляции M.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
