Диссертация (1144724), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Мутанты по этим генам не были способныформировать клубеньковые примордии, хотя редкие клубеньки моглиформироваться,чтоуказывало,навозможностьсуществованиядополнительных рецепторов. Такого рода рецепторы были выявлены у L.japonicus: LjLHK1A, LjLHK2 и LjLHK3 (Held et al., 2014). Одиночные идвойные мутанты по генам Ljlhk1A, Ljlhk2 и Ljlhk3 не проявляли дефектов вразвитии симбиоза. Было показано, что LjLHK1, LjLHK1A и LjLHK3 донекоторой степени дублируют друг друга и лишь тройной мутант по генам,кодирующим эти рецепторы, полностью неспособен формировать клубеньки(Held et al., 2014). Следует отметить, что развитие инфекции инициировалосьу мутантов по генам Ljlhk1 у L.
japonicus и Mtcre1, хотя инфекционные нитиабортировались (Gonzalez-Rizzo et al., 2006; Murray et al., 2007). При этом умутанта по гену Ljlhk1, в отличие от мутанта Mtcre1, наблюдалосьформирование множественных инфекций — фенотип гиперинфекции(Murray et al., 2007). Формирование единичных клубеньков у Ljlhk1 моглобыть полностью блокированным при комбинировании с мутациями,останавливающимиинфицированиекорня(например,LjsymRK).Этоуказывает на то, что активация рецепторов к цитокининам в клетках корысвязана с развитием инфекции в эпидерме. Было предположено, что поддействием Nod факторов в клетках эпидермы активируется цитокиновыйсигнальный каскад, в результате которого цитокинины (либо какой-то другойсигнал) переходят в клетки коры, где активируют всю панель цитокининовыхрецепторов, стимулирующих клеточные деления в коре (Рисунок 24).
Приэтом цитокинины могут позитивно регулировать синтез рецепторов кцитокинину, что приводит к усилению дальнейшего ответа растения нацитокинины (Held et al., 2014).Обзор литературы115Рисунок 24. — Модель формирования клубенька у L. japonicus присигнальном каскаде, активируемом LjLHK1 и без участия LjLHK1А. В диком типе у L.
japonicus ризобиальная инфекция генерируетпредполагаемое клеточное неавтономное сигнальное событие (прерывистаяголубая линия), которое запускает аккумуляцию биоактивного цитокинина ипоследующую стимуляцию клеточных делений в коре для формированияпримордия перед входом ризобий в корень. После того как произойдутмножественные клеточные деления, индуцируется петля обратной связи, чтоприводит к аккумуляции цитокинина в эпидерме корня, предположительноэто локально блокирует последующие инфекции зависимым от LjLHK1образом.
Б. У мутанта Ljlhk1 вход ризобий и аккумуляция внутри корнятребуются для инициации делений коры (приводя к поздним клеточнымделениям). Отсутствие зависимой от LjLHK1 петли обратной связи приводитк гиперинфекции эпидермы корня и коры. Стрелка с разворотом в (А)показывает автостимуляцию синтеза LjLHK1. Позиционная информация —еще неидентифицированная пространственная информация, котораяопределяет позицию первого клеточного деления коры корня дляформирования примордия. NFR — комплекс рецепторов к Nod факторам(NF) (Held et al., 2014).Обзор литературы116В дальнейшем для клубеньков M.
truncatula было показано, что MtNIN,экспрессируясь в клетках эпидермы может активировать сигнал, которыйиндуцирует цитокининовый сигнальный каскад в клетках коры. Пока неясно, что является этим сигналом, сам MtNIN, или неизвестная мишеньMtNIN (Рисунок 25) (Vernié et al., 2015).Формирование спонтанных клубеньков без инокуляции ризобиями умутанта с приобретением функции Ljsnf2 по гену LjLHK1 показало, чтоцитокинины являются не только необходимым, но и достаточнымкомпонентом для индукции делений в коре корня (Tirichine et al., 2007).Сходным образом, трансформация растений M. truncatula как дикого типа,так и мутанта Mtipd3 конструкцией, содержащей мутацию приобретенияфункции (L266F) в области гена MtCRE1, кодирующей внеклеточныйCHASE домен, приводило к формированию спонтанных клубеньков(Ovchinnikova et al., 2011).Гены (LOG LONELYGUY) кодируют цитокинин рибозид 5′-монофосфат фосфорибогидролазы, вовлеченные в биосинтез цитокининов.
УM. truncatula в ходе формирования клубеньков наблюдалось усилениеэкспрессии генов MtLOG1 и MtLOG2 (которая зависела от MtCRE1)преимущественно в делящихся клетках клубенькового примордия (Mortier etal., 2014). В зрелых клубеньках слабый уровень экспрессии наблюдалсятолько в меристематических клетках. Выключение гена MtLOG1 с помощьюРНК-интерференцииклубеньков,приводилоподтверждаякснижениюпозитивнуюрольчислаформируемыхцитокининоввклубенькообразовании (Mortier et al., 2014). Для M. truncatula и гороха в ходеформирования клубеньков также было показано усиление экспрессии геновMtIPT1, MtIPT3, MtIPT4, PsIPT3 и PsIPT4, кодирующих ферментыбиосинтеза цитокининов — изопентенилтрансферазы (Azarakhsh et al., 2015).Обзор литературы117Рисунок 25.
— Модель активации цитокинового сигнального каскада уM. truncatula посредством действия MtNIN(1) Экспрессия MtNIN в клетках эпидермы в ответ на действие Nodфакторов. Внутри эпидермы MtNIN активирует экпрессию MtNPL ирепрессирует экспрессию MtENOD11, соревнуясь с MtERN1. MtNINспособствует движению сигнала из эпидермы в кору корня, которыйинициирует цитокининовый сигнальный каскад в коре. (2) Цитокининовыйсигнальный каскад активирует экспрессию MtNIN в клетках коры.
(3) MtNINи цитокининовый сигнальный каскад действуют по принципу позитивнойобратной связи, MtNIN активирует экспрессию MtCRE1 и цитокининовыйсигнальный каскад активирует экспрессию MtNIN, что приводит красширению ответов на действие Nod факторов клетках коры. (4) Высокийуровень MtNIN в коре запускает органогенез клубенька посредствомактивации экспрессии NF-YA1 и NF-YA2. В коре MtNIN активируетэкспрессию MtCLE пептидов, вовлеченных в негативную регуляциюклубенькообразования. Клетки, экспрессирующие MtNIN выделены голубымцветом.
Сплошные линии обозначают прямые мишени транскрипционныхфакторов. Прерывистые линии — непрямые мишени (Vernié et al., 2015).Cинтез ризобиями цитокининов предполагался важным компонентомформирования клубеньков (Syōno et al., 1976), и как уже было сказано выше,мутантный ризобиальный штамм, неспособный формировать клубеньки приОбзор литературы118обретении способности продуцировать цитокинины, приибретал способностьиндуцировать клеточные деления в коре, приводящие к формированиюклубенькоподобных (Cooper, Long, 1994). Тем не менее, анализ 4 различныхштаммов ризобий, не выявил корреляций между спектром и количествомпродуцируемых цитокининов и их способностью индуцировать клубеньки(Kisiala et al., 2013).
Таким образом, учитывая выше приведенные данные обактивации экспрессии генов биосинтеза цитокинов при формированииклубенька, можно заключить, что основная роль в продукции цитокининов,контролирующих инициацию и развитие клубенька принадлежит растению,причем синтез цитокининов происходит de novo.Следует отметить, что действие цитокининов связано с регуляциейауксинов в процессе клубенькообразования. Так, у Mtcre1 мутанта былаусилена экспрессия генов, кодирующих PIN белки, и транспорт ауксина (Pletet al., 2011).
У растений L. japonicus у мутанта с приобретением функции вгене Ljlhk1 (Ljsnf2) активация клеточного сигнала к ауксину наблюдалась вспонтанных клубеньках, указывая на то, что цитокининовый сигнальныйкаскад является необходимым для дальнейшей аккумуляции ауксинов(Suzaki et al., 2012).Цитокинины вовлечены в активацию авторегуляции клубеньков, т.к.сигнальный каскад цитокинина необходим для индукции синтеза пептидаMtCLE13 у M. truncatula (Mortier et al., 2012) (см. раздел 1.1.19).Очевидно, что цитокинины необходимы и на поздних стадиях развитияклубеньков, т.к.
у мутанта Mtcre1 в случае формирования единичныхклубеньков они отличались от клубеньков дикого типа нарушениемгистологической зональности клубеньков (Plet et al., 2011). Имеютсянемногочисленныеработыоазотфиксацию (Fatima et al., 2008).позитивномвлияниицитокининовнаОбзор литературы1191.1.15.3. ГиббереллиныПредположения, что гиббереллины вовлечены в контроль развитиясимбиотических клубеньков, появились уже достаточно давно (Hayashi et al.,2014).Ониосновывалисьнаприсутствииповышенныхуровнейгиббереллинов в клубеньках, по сравнению с корнями у различных видовбобовых растений (Dullaart, Duba, 1970; Atzorn et al., 1988).
В то же времяэкспериментысдобавлениемэкзогенныхгиббереллиновпоказалипротиворечивые результаты, в которых наблюдалась как стимуляцияклубенькообразования, так и его ингибирование (Thurber et al., 1958; Mes,1959; Ferguson et al., 2005; Lievens et al., 2005; Maekawa et al., 2009).У L. japonicus добавление экзогенных гиббереллинов в концентрацииот 10−7 до 10−4 M вызывало формирование псевдоклубеньков в отсутствиеинокуляции ризобиями, при этом инициация делений наблюдалась в клеткахперицикла, а не в клетках коры корня (Kawaguchi et al., 1996).
С другойстороныбылопоказаноснижениечислаинфекционныхнитейиформируемых клубеньков при экзогенном добавлении гиббереллинов вконцентрации от 10−9 до 10−6 M. Также ингибировалось формированиеспонтанных клубеньков у растений, несущих мутацию приобретенияфункции в гене LjCCaMK (Maekawa et al., 2009). У S. rostrata ингибиторыбиосинтеза гиббереллинов блокировали формирование клубеньков (Lievenset al., 2005).Низкие концентрации гибберелинов (10−9 М) могут стимулироватьклубенькообразование у растений гороха, в то время как более высокие (10−6М или выше) — ингибировать его (Ferguson et al., 2005).
Эти результатыподтверждаются анализом мутантов гороха по некоторым генам синтезагиббереллинов. Так, у мутантов по генам Psls-1, Psna-1 снижен уровеньгиббереллинов, что сопровождается формированием сниженного числаабберантных клубеньков (Ferguson et al., 2005; Ferguson et al., 2011), при этомОбзор литературы120добавление экзогенных гиббереллинов увеличивало у мутантов числоформируемых клубеньков. Мутант по гену Pslh-2, напротив, характеризуетсяповышенным уровнем гиббереллинов, что приводит к снижению числаклубеньков.
Эти данные указывают на необходимость поддержанияопределенногооптимальногоуровнягиббереллиновдляразвитиясимбиотического клубенька (Ferguson et al., 2005).Транскриптомный анализ, проведенный на сое (Glycine max Merr.),выявил, что инокуляция ризобиями приводит к усилению экспрессиинескольких генов (GmGA20ox и GmGA3ox 1a), кодирующих ферменты,вовлеченные в заключительные этапы биосинтеза гиббереллинов, максимумэкспрессии наблюдался через 12 часов после инокуляции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
