Диссертация (1144724), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Позднее новый пикэкспрессии этих генов наблюдался в семидневных клубеньках (Libault et al.,2010; Hayashi et al., 2012). У S. rostrata также наблюдался пик экспрессиигена SrGA20ox 1 в молодых клубеньках, в зрелых 15-ти дневных клубенькахуровень экспрессии снижался (Lievens et al., 2005). У L. japonicus максимумэкспрессии генов (GmGA20ox и GmGA3ox 1a наблюдался в 12-ти дневныхклубеньках (Kouchi et al., 2004). Полученные результаты свидетельствуют,что гиббереллины действуют на нескольких стадиях развития клубенька(Рисунок 26).Недавно было показано, что негативный эффект гиббереллинов наклубенькообразование опосредован через индукцию деградации DELLAбелков,которыеучаствуютвформированиикомплексастранскрипционными факторами — активаторами клубенькообразования (см.раздел 1.1.5).Влияниегиббереллиновнапоздниестадиидифференцировкисимбиотических компартментов азотфиксирующих клубеньков практическине изучено, хотя есть данные о снижении уровня азотфиксации клубеньковэкзогенными гиббереллинами (Williams, De Mallorca, 1982) и показанаОбзор литературы121возможная роль гиббереллинов в негативной регуляции старения клубенька(Van de Velde et al., 2006).Рисунок 26.
— Предполагаемое место действия гиббереллинов во времяформирования клубенькаГиббереллины (GA), вероятно, действуют в нескольких сайтах и нанесколькихстадияхразвитияклубенька.Нараннихстадияхклубенькообразования гиббереллины необходимы для ризобиальнойинфекции (развития и роста инфекционных нитей) и формированияклубенькового примордия (дифференцировки и элонгации делящихсяклеток). Гиббереллины также необходимы позднее для правильногоформирования зрелых функциональных клубеньков. Паттерны экспрессиигенов, вовлеченных в биосинтез гиббереллинов, совпадают спредполагаемыми сайтами активности гиббереллинов, подтверждая, чтобиосинтез гиббереллинов происходит и их активность проявляется локальнов клетках, формирующих клубенек (Hayashi et al., 2014).1.1.15.4.
ЭтиленЭтиленблокируетклубенькообразование,атакжеснижаетазотфиксирующую активность у различных видов: гороха (Drennan, Norton,1972; Goodlass, Smith, 1979), клевера (Trifolium repens) (Goodlass, Smith,Обзор литературы1221979), фасоли (Phaseolus vulgaris L.) (Grobbelaar et al., 1971). В свою очередь,ингибиторысинтезаидействияэтиленастимулируютобразованиеклубеньков (Caba et al., 1998).Обработка растений люцерны (M. sativa) ингибитором действияэтиленааминоэтоксивинилглицином—клубеньковурастений,обработанных(АВГ)увеличивалонитратами,чточислопозволилопредположить, что этилен опосредует негативный эффект нитратов наформирование клубеньков (Ligero et al., 1991). Однако позднее экспериментыс горохом показали, что нитрат блокирует развитие клубеньков на болееранней стадии, чем этилен, еще до начала роста инфекционных нитей (Lee,LaRue, 1992a).В экспериментах, в которых растения гороха и белого донника(Melilotus alba annua Desr.) обрабатывались различными концентрациямиэтилена, показали, что у гороха и донника этилен снижает числоформируемых клубеньков (Lee, LaRue, 1992b).
При этом обработка этиленомприводила к аборатции инфекций в клетках корневых волосков или в клеткахнаружных слоев коры. Т.е. этилен негативно контролирует как ростинфекционной нити из корневого волоска к наружным слоям коры, так иинициацию клубенькового примордия (Рисунок 27) (Lee, LaRue, 1992b).У гороха клубеньки закладываются напротив ксилемных полюсов(Libbenga et al., 1973). Было показано, что такой характер закладки связан сактивностью напротив флоэмных полюсов АЦК-оксидазы, вовлеченной вконечную стадию биосинтеза этилена из 1-аминоциклопропан-1-карбоновойкислоты (АЦК).
Обработка корней ингибиторами синтеза или действияэтилена,вызывалоэктопичноеформированиенекоторыхклубеньковнапротив флоэмных полюсов, что позволяет заключить, что этиленопределяет место закладки симбиотического клубенька (Heidstra et al., 1997)(см. раздел 1.1.7.).Обзор литературы123Рисунок 27. — Схема влияния этилена, салициловой, жасмоновой иабсцизовой кислот на развитие и функционирование симбиотическогоклубенькаЧерные стрелки — последовательные стадии развития клубенька,зеленые стрелки — позитивная регуляция стадии развития, красные стрелки— негативная регуляция стадии развития. В рамке показана регуляция придействии стрессовых факторов. ЖК — жасмоновая кислота, СК —салициловая кислота, АК — абсцизовая кислота, АФК — активные формыкислорода, АО — антиокиданты.Анализ влияния этилена на клубенькообразование у M.
truncatulaподтвердило, что он блокирует развитие клубеньков на различных стадиях(Рисунок 27) (Oldroyd et al., 2001). Этилен блокировал кальциевыеосцилляции, вызываемые действием Nod-факторов, деформации корневыхОбзор литературы124волосков и инициацию роста инфекционных нитей. Таким образом, синтезэтилена,стимулируемыйинокуляциейрастенийризобиями,можетрегулировать число успешных инфекций, завершаемых образованиемклубеньков, посредством блокирования дальнейшей инициации инфекцийили ингибированием части уже развивающихся инфекционных нитей(Рисунок 27) (Oldroyd et al., 2001).Этилен определяет тип клубеньков, формируемых у S. rostrata.Детерминированные клубеньки формируются при добавлении этилена, анедетерминированные — при добавлении ингибитора действия этилена Ag+(Fernández-López et al., 1998). Таким образом, был выявлен негативныйэффект этилена на функционирование клубеньковой меристемы (Рисунок27).Для различных видов бобовых растений были выявлены мутанты, сповышенной чувствительностью или отсутствием чувствительности кэтилену.
Так, для гороха были получены этиленчувствительные мутанты погенам Pssym5 и Pssym16 (Fearn, LaRue, 1991; Guinel, Sloetjes, 2000). Мутантыпо гену Pssym5 образуют единичные клубеньки, но их число возрастает приобработке растений ингибиторами синтеза или действия этилена, а также вусловиях пониженной температуры. Мутация E2 (Pssym5) блокирует ростинфекционных нитей в наружных слоях коры и приводит к остановкеделений в клетках внутренней коры, что приводит к уменьшению числапримордиев и клубеньков (Guinel, LaRue, 1991).
Мутант R50 по гену Pssym16также формирует сниженное число клубеньков, по сравнению с дикимтипом. При этом большинство инфекционных нитей у мутанта равиваются внаружных слоях коры, не продвигаясь вглубь корня, в свою очередь,клубеньковыйпримордийформируетсяклетками,претерпевшимивосновном лишь антиклинальные деления, что приводит к его уплощению.Мутантный фенотип супрессировался при использовании ингибиторовбиосинтеза и действия этилена (Guinel, Sloetjes, 2000).Обзор литературы125Еще один мутант гороха E132 (Pssym21) также формировал сниженноечисло клубеньков, использование ингибиторов действия этилена повышалочисло клубеньков, но не до уровня дикого типа (Markwei, LaRue, 1997).
Всвою очередь, мутант гороха R82 (Pssym17) характеризовался повышеннымуровнем синтеза этилена, что сопровождалось развитием утолщенных корнейи сниженным числом клубеньков, тем не менее, ингибиторы биосинтеза идействия этилена не супрессировали мутантный фенотип (Lee, LaRue, 1992c).У M. truncatula нечувствительный к этилену мутант Mtsickleформировал в 10 раз больше клубеньков, чем растения дикого типа,поскольку у мутанта все инфекции завершались успешно, в то время как удикого типа большинство из них абортировалось (Penmetsa, Cook, 1997).Mtsickle несет мутацию в ортологе A. thaliana ETHYLENE-INSENSITIVE(AtEIN2), который является ключевым компонентом в сигнальном каскаде,активируемом этиленом (Varma Penmetsa et al., 2008).
У мутанта винокулированных корнях был снижен, по сравнению с диким типом, синтезнекоторых стрессовых белков. Таким образом, можно предположить, чтонегативный эффект этилена на формирование клубеньков опосредовансинтезом стресс-активируемых белков (Prayitno et al., 2006).У L. japonicus мутанты Ljenigma, проявляющие нечувствительность кэтилену и повышенный, по сравнению с диким типом, уровень его синтезанесут мутации в гене LjEIN2a и формируют сниженное число клубеньков(Chan et al., 2013), в то время как мутант M.
truncatula sickle в ортологичномгене MtEIN2 формирует сильно увеличенное число клубеньков (Penmetsa,Cook, 1997). Данное противоречие объясняется присутствием в геноме L.japonicus 2-й копии гена. Так, в независимо проведенном исследовании у L.japonicus были идентифицированы 2 копии гена EIN2: EIN2–1 и EIN2–2, ихвыключение с помощью РНК-интерференции привело к увеличению числаобразуемых клубеньков (Miyata et al., 2013).Обзор литературы126Мутант L. japonicus Ljrel3, дефектный по синтезу ta-siРНК (трансдействующей малой интерферирующей РНК), регулирующей активностьгенов LjARF3a, LjARF3b и LjARF4, кодирующих факторы ауксинового ответа(от англ. Auxin Response Factors), образовывал сниженное число клубеньков,по сравнению с диким типом.
Добавление АВГ супрессировало мутантныйфенотип. Таким образом, вероятно, изменения в сигнальном каскаде ауксинау мутанта ведет к повышенному уровню этилена или к повышеннойчувствительностикэтилену,что,приводитксниженномучислуобразующихся клубеньков (Li et al., 2014).Интересно отметить, что в отличие от L. japonicus, у сои этилен неоказывает влияние на клубенькообразование (Hunter, 1993). Игибиторыбиосинтеза или действия этилена не оказывали влияние на количествоформируемых клубеньков (Suganuma et al., 1995). Более того, растениядикого типа и нечувствительного к этилену мутанта etr1–1 не различались почислу формируемых клубеньков при обработке ингибитором действияэтилена (Schmidt et al., 1999).
Все эти результаты позволяют заключить, чтоэтилен не участвует в регуляции клубенькообразования у сои, причем это несвязано с формированием детерминированных клубеньков, т.к. другие видыбобовых растений, формирующих клубеньки такого типа, проявляютчувствительность к этилену. Помимо L. japonicus, число формируемыхдетерминированных клубеньков при обработке растений ингибиторамибиосинтеза этилена увеличивалось у фасоли (P. vulgaris) (Tamimi, Timko,2003).Важно отметить, что в ходе эволюции ризобии научились регулироватьуровень этилена (Ma et al., 2002). Например, штаммы Bradyrhizobium elkaniiпродуцируют ризобитоксин, имеющий структурное сходство с АВГ,ингибитором АЦК-синтазы, одним из ключевых компонентов в биосинтезеэтилена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
