Диссертация (1144724), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Формирование подобной организации клубеньков было ранееописано для растений L. japonicus со сверхэкспрессией генов LjNIN, LjNFYA1 и LjNF-YB1 (Soyano et al., 2013). Было показано, что в развивающихсяклубеньках гены MtKNOX3 и PsKNOX3 могут регулировать сигнальныйкаскад цитокининов в клубеньке, индуцируя гены их биосинтеза (Azarakhshet al., 2015).Рисунок 17. — Характер экспрессии гена MtWOX5 при развитииклубенька M.
truncatula (Osipova et al., 2012)В клубеньках M. truncatula экспрессируются 4 гена MtPLT (Franssen etal., 2015). Выключение какого-либо из генов с помощью РНК-интерференциине приводило к изменениям числа формируемых клубеньков и не оказываловлияния на их развитие. Попарное выключение генов MtPLT1, MtPLT2 иMtPLT3, MtPLT4 приводило к снижению числа клубеньков. При этомформировались клубеньки либо со сниженным количеством слоев клеток вмеристеме и зоне инфекции, либо с отсутствием этих зон, но наличием зоныазотфиксации, сформированной слоями коры С4 и С5. Таким образом,активность генов MtPLT необходима для правильного формирования ифункционирования меристемы (Franssen et al., 2015).Было показано, что в развитии меристемы также участвует ген M.truncatula MtNF-YA1, кодирующий транскрипционный фактор, при этомактивность данного гена контролируется микроРНК169.
Выключениеданного гена приводило к нарушениям в функционировании клубеньковоймеристемы (Combier et al., 2006). У мутанта Mtnf-ya1 инфицируются клеткиОбзор литературы—производныеслоев92С4/С5,приэтоммеристематических клеток неспособны кподтверждаетрольMtNF-YA1дляклетки,производныеотинфекции ризобиями, чтонормальногофункционированиямеристемы (Xiao et al., 2014).1.1.10. Дифференцировка инфицированных клетокОдной из наиболее выразительных характеристик дифференцировкиинфицированной клетки является ее увеличение в объеме (Рисунок 18).
Вклубеньках M. truncatula объем азотфиксирующих клеток увеличивается в 80раз, по сравнению с меристематическими клетками, при этом в каждой изних может размещаться до 50000 симбиосом (Maróti, Kondorosi, 2014). Вовремя роста инфицированные клетки претерпевают последовательный рядциклов эндоредуплекации, что приводит к увеличению количества ДНК вотдельных клетках до 64С (Kondorosi, Kondorosi, 2004).MtCCS52былидентифицированкакген,запускающийэндоредупликацию в клубеньках M.
truncatula (Cebolla et al., 1999).Транскрипты MtCCS52 были выявлены в меристеме и зоне инфекции, гдепроисходит эндоредупликация, но отсутствовали в зоне азотфиксации(Cebollaetal.,1999).MtCCS52Aспецифичноэкспрессировалсявсимбиотическом клубеньке, MtCCS52A действует как активатор комплекса,стимулирующего анафазу (Vinardell et al., 2003). Экспрессия MtCCS52Aвключалась в центральной зоне зарождающихся клубеньков перед началомих дифференцировки и в дальнейшем поддерживалась в меристеме и зонеинфекции в зрелых клубеньках.
Белок MtCCS52A присутствовал в ядрахмеристематических клеток и клеток из зоны инфекции. ВыключениеMtCCS52A приводило к сильным изменениям в развитии клубенька, включаяснижение уровня плоидности, уменьшение размера клеток, аномалиям винфекции и созревании клеток, а также раннему старению и гибелисимбиосом и инфицированных клеток. Это подразумевает, что MtCCS52AОбзор литературы93является необходимым для эндоредупликации, ведущей к формированиюувеличенных инфицированных клеток с высокой плоидностью (Vinardell etal., 2003).
Было показано, что MtCCS52 является переключателем клеточногоцикла, который приводит к деструкции митотических циклинов (Kondorosi,Kondorosi, 2004).Рисунок 18. — Дифференцировка инфицированной клетки в клубенькегорохаА — молодая инфицированная клетка из зоны инфекции. Б — зрелаяинфицированная клетка из зоны инфекции, В — зрелая инфицированнаяклетка из зоны азотфиксации, Г — инфицированная клетка из зоны старенияс признаками деградации.
Красный канал — ядра и бактерии, серый канал —ДИК. ик — инфицированная клетка, дик — деградирующая инфицированнаяклетка, я — ядро. Масштабная линейка 10 мкм (Tsyganova et al., 2018).Обзор литературы94Слабая аллель Ljsuner1–1 гена L. japonicus LjSUNERGOS1, кодирующаяпотенциальную субъединицу ДНК топоизомеразы VI, вызывала замедленноеразвитие клубенька (Yoon et al., 2014). Мутант Ljsuner1–1 такжехарактеризовался температурочувствительным проявлением фенотипа. Вклубеньках Ljsuner1–1 уровень плоидности был снижен, что указывает на то,что ДНК топоизомераза VI вовлечена в эндоредупликацию клеток клубенька.У L. japonicus ген VAGRANT INFECTION THREAD 1 (LjVAG1) такжекодирует субъединицу ДНК топоизомеразы VI (Suzaki et al., 2014).
МутантLjvag1 формирует клубеньки с увеличенным числом небольших (в основномдиплоидных)уменьшенныминфицированныхколичествомклетокнаувеличенныхпериферииклубенькаполиплоидныхклетокивцентральной части клубеньков. Поскольку небольшие инфицированныеклетки претерпевают эндоредупликацию для их дифференцировки в клеткиувеличенного размера, по-видимому, ДНК топоизомераза VI вовлечена вэндоредупликацию, связанную с дифференцировкой клеток (Suzaki et al.,2014).Приисследованиидифференцировкиинфицированнойклеткивозникает важный вопрос: как в ней меняется поведение органелл? Однакочисло исследований в данном направлении весьма ограничено. Былопоказано,чтоядровинфицированнойклеткекрупнее,чемвмеристематических клетках и клетках с инфекционными нитями, но безвыхода бактерий (колонизированных клетках). Митохондрии, пластиды иаппарат Гольджи были распределены в основном по всей цитоплазме(Newcomb, 1976).Недавнобылаизученасудьбавакуоливходеразвитияинфицированной клетки у M.
truncatula (Gavrin et al., 2014). Было показано,что происходят изменения в развитии вакуоли при созревании симбиосом.Так, наблюдалась супрессия экспрессии генов MtVPS11 и MtVPS39,кодирующих членов семейства белков, формирующих HOPS комплекс (отОбзор литературы95англ. for homotypic fusion and vacuole protein sorting complex), вовлеченный вформирование вакуоли и определяющий правильность слияния мембраны итонопласта. MtVPS11 и MtVPS39 присутствуют во всех клетках в апикальнойзоне клубенька и только в неинфицированных клетках в зоне азотфиксации.Их супрессия ведет к уменьшению размера вакуоли, что обеспечиваетвозможность для экспансии симбиосом.
Подавление экспрессии генаMtVPS39 приводило к нарушению формирования центральной вакуоли винфицированной клетке, вместо нее образовывалось много мелких вакуолей.MtVPS11иMtVPS39появляютсянасимбиосомахвстареющихинфицированных клетках, в которых стареющие симбиосомы сливаются,формируя вакуолеподобные структуры, что позволяет утилизироватьпитательные вещества из стареющих клубеньков. В инфицированныхклетках наблюдаются также изменения в транспорте белков к тонопласту.Так аквапорин перемещается от тонопласта к симбиосомной мембране. Этовызывает нарушение специфичного слияния везикул с тонопластом, вероятновследствие отсутствия HOPS комплекса. РНК-интерференция MtTIP1g ведетк блокированию созревания симбиосом, указывая на то, что изменениелокализации MtTIP1g является важным для созревания симбиосом винфицированных клетках, возможно увеличивая доступность для них воды(Gavrin et al., 2014).Большой интерес представляет собой вопрос о распределениисимбиосом по клетке.
Однако, в литературе отсутствуют данные опроведенных исследованиях в данном направлении.1.1.11. Дифференцировка неинфицированных клетокВцентральнойнеинфицированнымичастиклубенька(Brewin,2004).некоторыеклеткиНеинфицированныеостаютсяклеткинеувеличиваются в объеме.
Точная функция неинфицированных клетокнеизвестна (Godiard et al., 2011), хотя была предположена их роль вОбзор литературытранспорте96метаболитов.Вдетерминированныхклубенькахнеинфицированные клетки вовлечены в синтез и транспорт фиксированногоатмосферногоазотавформеуреидов(Smith,Atkins,2002).Внедетерминированных клубеньках неинфицированные клетки участвуют втранспорте сахаров из флоэмного сока в инфицированные клетки (Peiter,Schubert, 2003).1.1.12.
Формирование симбиосомВ последнее десятилетие в исследованиях молекулярных механизмовдифференцировки симбиосом был достигнут значительный прогресс,обобщенный нами ранее (Tsyganova et al., 2018).1.1.12.1. Специфичные для клубенька богатые цистеином пептиды(nodule-specific cysteine-rich (NCR) peptides).Развитие симбиосом зависит от специфичных для клубеньков путейсекреции (Van de Velde et al., 2010; Wang et al., 2010; Sinharoy et al., 2013).
Умутанта M. truncatula Mtdnf1, мутация ведет к формированию дефектногокомплекса сигнальной пептидазы, формировались неэффективные клубенькисинфицированнымиклетками,содержащиминедифференцированныебактероиды (Wang et al., 2010). Эта пептидаза является ответственной заотрезание сигнального пептида в эндоплазматическом ретикулуме инаправленную доставку растительных полипептидов к симбиосомам.Бобовые растения, принадлежащие к кладе IRLC (от англ. Inverted RepeatLacking Clade), такие как горох, люцерна и вика характеризуются ярковыраженнымиморфологическимиизменениямибактероидов,сопровождающихся геномной амплификацией во время их дифференцировки(до 24C), которая является необратимой и ведет к потере способности кделениям у бактероидов.
У других бобовых растений, таких как L. japonicus,бактероиды поддерживают нормальный размер, размер генома и способностьк делению (Mergaert et al., 2006). Было предположено, что необратимаяОбзор литературы97дифференцировка бактероидов опосредуется действием специфичных дляклубеньков богатых цистеином пептидов (NCR пептидов) (Van de Velde et al.,2010).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
