Диссертация (1144724), страница 14
Текст из файла (страница 14)
lotiнаблюдалось усиление экспрессии LjROP6 в корневых волосках, проводящихпучках корней, клубеньковых примордиях и молодых клубеньках. Приснижении уровня экспрессии гена в результате РНК-интерференции урастенийзначительноснижалоськоличествоинфекционныхнитей,дорастающих до клубенькового примордия, что указывает на то, что LjROP6является позитивным регулятором формирования инфекционной нити (Ke etal., 2012). Позднее было показано, что ROP6 также взаимодействует стяжелой цепью клатрина CHC1 (Wang et al., 2015).
Ген L. japonicus ClathrinHeavy Chain 1 (LjCHC1) конститутивно экспрессируется во всех органахрастения и его экспрессия не активируется при инокуляции ризобиями. Вгеноме L. japonicus присутствует гомолог LjCHC2, было показано, чтоLjROP6 может взаимодействовать как с LjCHC1, так и с LjCHC2, проявляяфункциональную вырожденность. Иммунолокализация выявила LjCHC1 иLjCHC2 в инфекционных карманах, вокруг инфекционных нитей и наплазматических мембранах растительных клеток. Трансгенные линии, вОбзор литературы80которых увеличен синтез Hub домена, в результате чего нарушается сборкалегких и тяжелых цепей клатрина, формировали сниженное числоклубеньков.
Сходный эффект оказывало выключение гена LjCHC1 путемРНК-интерференции. При этом сниженное число клубеньков было вызваноснижением числа инфекционных нитей и примордиев. Предполагается, чтоLjROP6индуцируетпереходмономераCLC1изцитоплазмывплазматическую мембрану, усиливая эндоцитоз белков плазматическоймембраны, в том числе клатрин может быть вовлечен в эндоцитоз MtNFR5(Wang et al., 2015).УM.truncatulaмалаяГТФ-азаMtROP10локализуетсянаплазматической мембране кончиков корневых волосков, регулируя их рост(Lei et al., 2015). Сверхэкспрессия MtROP10 приводила к формированиюнескольких выростов на кончике корневого волоска и формированиюнесколькихмикроколоний,однакоинфекционныенитиизнихнеразвивались.
Также наблюдались абортированные инфекционные нити,формирующие «мешок»-подобные структуры в корневых волосках, лишьнекоторые нити достигали клеток коры, при этом были замечены двойныенити в корневом волоске. MtROP10 локализовался на плазматическоймембране выростов корневого волоска, индуцируемых действием Nodфакторов. Было показано, что MtROP10 взаимодействует с внутриклеточнымдоменом рецептора MtNFP. Предполагается, что MtROP10 при действииNod-факторов временно активируется в корневых волосках, что приводит кэктопичной локализации MtROP10 на плазматической мембране в ихкончиках, где она взаимодействует с рецепторами к Nod-факторам влипидных рафтах, вызывая изменения в полярности кончика корневоговолоска (Lei et al., 2015).Еще одним геном, вовлеченным в развитие инфекционной нити,является выявленный у M.
truncatula Cystathionine-β-synthase-like1 (MtCBS1)(Sinharoy et al., 2016). Мутанты по этому гену формировали неэффективныеОбзор литературы81мелкие белые клубеньки. Первые нарушения наблюдались на стадииинициации роста инфекционной нити из инфекционного кармана в корневомволоске, в результате чего формировались увеличенные в размерах, либомножественныемикроколонии.Количествоинфекционныхнитей,достигающих основания корневого волоска было сильно снижено, и онисодержали небольшое количество бактерий, либо были пустыми. На болеепоздних стадиях развития мутант характеризовался увеличенной зонойинфекции, при этом инфицировалось лишь незначительное число клеток,частьинфекционныхнитейбылираздутыми.ЭкспрессияMtCBS1наблюдалась сначала в эпидерме и в наружных слоях коры, позднее вклетках, через которые проходит инфекционная нить, а в клубеньках в зонеинфекции и меристеме.
При этом была показана активация гена MtCBS1транскрипционным регулятором MtNIN. Белок MtCBS1 локализовался винфекционных нитях и симбиосомах (понятие симбиосомы будет детальнорассмотрено в разделе 1.1.12). На основании данных о гомологичных белкаху A. thaliana была предположена функция MtCBS1 в созревании стенкиинфекционной нити (Sinharoy et al., 2016).У M. truncatula были выявлены мутанты numerous infections andpolyphenolics (Mtnip), которые характеризовались формированием небольшихнеэффективных клубеньков.
Инфекционные нити были расширены, посравнению с диким типом, а также сильно ветвились. Выход бактерийнаблюдался лишь в отдельных клетках из увеличенных инфекционныхкапель. В клетках, примыкающих к клеткам с инфекционными нитями,наблюдалась аккумуляция полифенольных соединений (Veereshlingam et al.,2004). Позднее была выявлена более сильная аллель latd (lateral root organdefective). Мутант latd формирует маленькие белые клубеньки, неспособныек фиксации азота. Инфицирование ограничивается на стадии ветвленияинфекционной нити в клубеньковом примордии.
Как плейотропный эффектмутации наблюдалось ограничение развития боковых корней (Bright et al.,Обзор литературы822005). Было показано, что MtLATD/NIP ген кодирует потенциальныйтранспортер семейства NRT1(PTR), переносящий нитрат, или другиевещества (Yendrek et al., 2010).Было показано, что ген M. truncatula Nuclear Factor YA1 (MtNF-YA1),кодирующий транскрипционный фактор, для которого был показано участиев развитии симбиоза на поздних стадиях (Combier et al., 2006), такжевовлечен в контроль развития инфекции (Laporte et al., 2014). Экспрессияэтого гена активировалась уже через 6 часов после инокуляции ризобиями,она наблюдалась в скрученных корневых волосках, в корневых волосках срастущими инфекционными нитями, в клетках коры, через которыепроходила инфекционная нить, а также в инфицированных клетках.
Умутанта Mtnf-ya1 наблюдалось формирование сниженного числа клубеньковс сильно редуцированным уровнем азотфиксации. Рост большинстваинфекционных нитей был прерван либо на стадии микроколонии, либо вкорневом волоске, при этом они формировали мешкоподобные вздутия. Вслучаеформированияклубенькаинфекционныенитимутантахарактеризовались утонченной стенкой, по сравнению с диким типом.
Такимобразом, было предположено, что транскрипционный фактор MtNF-YA1контролирует развитие инфекционной нити, в том числе и ее стенки (Laporteet al., 2014).Мутант M. truncatula altered nodule primordium invasion (Mtapi)характеризовался нарушениями на ранних стадиях развития инфекционнойнити, когда большое число инфекций было блокировано после формированиямикроколоний. Также в случае активации роста инфекционных нитей черезклетки корневых волосков, большинство из них было блокировано в слояхкоры,прилежащихкклубеньковомупримордию.Врезультатеформировались аномальные инфекционные структуры различной формы иразмера, содержащие ризобии.
Мутант Mtapi характеризовался «leaky»фенотипом, т.к. иногда формировались клубеньки, содержащие аномальныеОбзор литературы83инфекционные нити. Такие клубеньки, однако, были способны к фиксацииатмосферного азота, хотя и с пониженной эффективностью. Молекулярныйпродукт гена не выявлен (Teillet et al., 2008).У L. japonicus было выявлено несколько локусов, мутации по которымприводят к нарушениям в развитии инфекционных нитей (Imaizumi-Anraku etal., 1997; Kawaguchi et al., 2002; Tansengco et al., 2003; Lombardo et al., 2006;Yano et al., 2006). Так у мутанта aberrant localization of bacteria inside nodule(Mtalb1) формировались 2 типа клубеньков: в мелких белых клубенькахформировались гипертрофированные инфекционные нити, из которых ненаблюдался выход бактерий, в бледно-розовых клубеньках формировалисьинфицированные клетки (Imaizumi-Anraku et al., 1997).
У мутанта Ljcrinkle(Ljsym79) также формировались 2 типа клубеньков. В мелких белыхклубеньках инфекционные нити были блокированы на стадии ростаинфекционной нити из клетки корневого волоска в клетки коры корня. Вбледно-розовыхклубенькахнаблюдалосьразвитиеинфекции,иформировались инфицированные клетки (Tansengco et al., 2003). Быловыявлено четыре локуса Infection-Thread Deficient (LjITD), мутации вкоторых приводят к формированию мелких белых клубеньков, причеммутация Ljitd2 аллельна ранее идентифицрованному локусу Ljsym7. Умутантов по всем четырем локусам основное количество инфекцийблокируются после формирования инфекционных карманов и развиваютсяединичныеинфекционныенити,приэтомклубенькиостаютсянеинфицироваными.
Лишь после длительного выращивания на корняхрастений могут формироваться несколько бледно-розовых клубеньков(Lombardo et al., 2006). У мутантов по локусам Ljsym82 (аллелен Ljsym6(Sandal et al., 2006)) и Ljsym80 также формировались мелкие белыеклубеньки, в которых инфекция была блокирована на ранних стадиях —после формирования инфекционного кармана или в корневом волоске (Yanoet al., 2006).Обзор литературы84Рисунок 15. — Развитие клубенька(А) азотфиксирующие клубеньки Pisum sativum, (Б) азотфиксирующиеклубеньки Lotus japonicus, (В) скрученные корневые волоски P. sativum синфекционными нитями, (Г) клубеньковый примордий P. sativum, (Д) зрелыйклубенек P.
sativum с выраженной гистологической зональностью, (Е) зрелыйклубенек L. japonicus без гистологической зональности, (Ж) инфекционнаяОбзор литературы85нить в клубеньке P. sativum, (З) инфекционная капля в клубеньке P. sativum свысвобождающимися ризобиями, (И) симбиосомы в клубеньке P. sativum, (К)симбиосомы в клубеньке L. japonicus. Большие стрелки указывают наинфекционные нити, наконечник стрелки — инфекционную камеру,короткие наконечники стрелок — высвобождающуюся бактерию, короткиестрелки симбиосомную (перибактероидную мембрану). I — меристема, II —зона инфекции, III — зона азотфиксации, кп — клубеньковый примордий, ин— инфекционная нить; б — бактерия, ба — бактероид, ик — инфекционнаякапля; пбп — перибактероидное пространство.
Шкала: (В) 10 мкм, (Г) 50мкм,(Д) 0.5 мм, (Е) 0.2 мм, (Ж–И) 500нм, (К) 1 мкм (Tsyganova et al., 2018).Таким образом, инфекционная нить представляет собой уникальнуюсимбиотическую структуру, развитие которой в ходе формированияклубенька обеспечивает доставку ризобий вглубь корня (Рисунок 15В).1.1.7. Инициацияделенийкорыкорняиформированиеклубенькового примордияНаряду с инициированием процесса скручивания корневых волосков ироста инфекционных нитей сигнальный каскад, активируемый Nodфакторами, запускает клеточные деления в корне. Они индуцируютсянапротив сайта инфекции и перед протоксилемным полюсом (Bond, 1948;Libbenga, Harkes, 1973), что связано с действием этилена (см. раздел1.1.15.4.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
