Диссертация (1144724), страница 24
Текст из файла (страница 24)
truncatula (Saur et al.,2011; Mortier et al., 2012), GmRIC1 и 2 у сои (Lim et al., 2011; Reid et al.,2011a), PvRIC1 и 2 у P. vulgaris (Ferguson et al., 2014). Эти пептиды состоятиз 12–13 аминокислот. Экспрессия генов, кодирующих эти CLE пептиды,активируется в корнях при инокуляции ризобиями.
Их сверхэкспрессияингибирует органогенез клубеньков. Предполагается, что CLE пептидытранспортируются по ксилеме в стебель, где они воспринимаютсярецепторными киназами с богатыми лейцином повторами (см. раздел 1.1.19).Обзор литературы1381.1.16. Активные формы кислорода и система антиоксидантнойзащитыВпоследниегодыпоявляетсявсебольшеисследований,свидетельствующих о том, что в регуляции процессов развития растений и ихадаптации к биотическим и абиотическим стрессовым факторам играют нетолько фитогормоны, но и окислительно-восстановительный (редокс) статусклетки (Foyer et al., 2009; Foyer, Noctor, 2013).В ходе дифференцировки симбиотических клубеньков наблюдаетсявысокий уровень продукции активных форм кислорода (АФК), которыемогут представлять большую опасность для клетки (Becana et al., 2010).
Ониобразуются в результате функционирования транспортных цепей электроновв митохондриях, симбиосомах, пероксисомах, плазматической мембране иклеточной стенке. С другой стороны, АФК — молекулы, вовлеченные вразличные сигнальные пути, поэтому антиоксидантная система в клубенькедолжна не просто элиминировать АФК, а поддерживать их концентрацию вклетке на определенном уровне (Ribeiro et al., 2015).Скоротечное увеличение уровня АФК определяется в кончике активнорастущего корневого волоска в течение нескольких секунд после добавленияNod-факторов у P.
vulgaris (Cárdenas, Quinto, 2008). Однако уже черезнесколько минут продукция пероксида водорода ингибируется Nodфакторами (Shaw, Long, 2003; Lohar et al., 2007), что является необходимымдля индуцированных Nod-факторами деформаций корневых волосков убобовых растений (Lohar et al., 2007).Во время инфекционного процесса супероксид-анион (O2−) и пероксидводорода могут выявляться в инфекционных нитях и в инфицированныхклетках растения (Santos et al., 2001; Ramu et al., 2002; D'Haeze et al., 2003;Rubio et al., 2004).
Окислительный стресс активируется после восприятияNod-факторов, при чем продукция АФК отличается от подобной в ответ наОбзор литературы139патогенные или несовместимые бактерии, как по времени, так и посубклеточной локализации (Peleg-Grossman et al., 2012).Пероксид водорода и О2− могут наблюдаться в инфицированных клеткахмолодых клубеньков, показывающих продолжительную продукцию этихрадикалов во время развития клубенька. При цитохимической локализациипересиси водорода с помощью хорида церия он в основном былассоциирован с растительной клеточной стенкой (Santos et al., 2001; Rubio etal., 2004).
Кроме того, большие преципитаты пероксида церия также можнобыло наблюдать вокруг симбиосомной и бактероидной мембран стареющихсимбиосом, что указывает на то, что пероксид водорода вовлечен в процессстарения (Alesandrini et al., 2003; Rubio et al., 2004).Предполагаемая роль пероксида водорода в бобово-ризобиальномсимбиозе была впервые доказана при использовании мутантов S. meliloti погену каталазы, у которых была нарушена их антиоксидантная способность(Jamet et al., 2003; Jamet et al., 2007).
Так как у этих мутантов были нарушеныразличные стадии развития клубеньков, было сделано предположение, чторегуляция уровня пероксида водорода необходима на различных этапахразвития клубенька (Jamet et al., 2003; Jamet et al., 2007). Пероксид водорода,по-видимому,каким-тообразомконтролируетключевуюстадиювзаимодействия: дифференцировку бактерий в симбиотическую форму, т.к.мутантS.melilotikatB/katCформировалклубенькиснедифференцированными бактероидами (Jamet et al., 2003).
Интересно, чтомутант S. meliloti по глутаредоксину демонстрировал схожий фенотип(Benyamina et al., 2013), это указывает на то, что тонкая настройка балансаАФК необходима для процесса дифференцировки. Недавно было показано,что тиоредоксин TrxS1 контролирует дифференцировку бактероидов черезокислительно-восстановительное состояние богатого цистеином пептидаNCR335 (Ribeiro et al., 2017). С другой стороны другой мутант S. meliloti сосверхэкспрессией гена каталазы демонстрирует фенотип с задержаннымОбзор литературы140клубенькообразованием и аберрантными инфекционными нитями (Jamet etal., 2007). Сверхэкспрессия гена каталазы, возможно, уменьшает внутреннююконцентрацию пероксида водорода в бактериях, продвигающихся внутриинфекционной нити, как это наблюдается в свободноживущем состоянии.Таким образом, предполагается положительная роль пероксида водорода вовремя роста инфекционной нити, это может быть связано с ригидностьюинфекционной нити (Rathbun et al., 2002).
Также в инфекционной нити можетиметь место специфическая посттрансляционная модификация белковпероксидомводорода,какэтонаблюдаетсядляазотфиксирующихбактероидов (Oger et al., 2012).Антиоксидантнаясистемапредставленавклубенькекакнеферментативными элементами, в первую очередь аскорбиновой кислотой и(гомо)глутатионом (присутствующими в милимолярных концентрациях), такиразнообразнымиферментами,включаяаскорбатпероксидазу,глутатионпероксидазу,другихal.,(Becanaet2010).супероксиддисмутазу,пероксиредоксиныВысокаяактивностьирядантиоксидантовнаблюдается и в симбиосомах (Ribeiro et al., 2015). Функционированиеантиоксидантной системы в клубеньке детально рассмотрено нами ранее(Иванова, Цыганов, 2017).1.1.17.
Функционирование симбиотического клубенькаРазвитие симбиотического клубенька позволяет создать условия дляначала функционирования бактероидов, в результате чего они приобретаютспособность к азотфиксации. В ходе процесса азотфиксации нитрогеназавосстанавливает атмосферный азот до аммиака:N2 + 8H+ + 8e− + 16ATP → 2NH3 + H2 +16ADP + 16PiПоскольку нитрогеназа крайне чувствительна к кислороду, то для еефункционированиямикроаэрофильныхвусловий.клубенькеНарядунеобходимос«кислороднымподдержаниебарьером»,Обзор литературысоздаваемым141внешнимитканямиклубенька,важнуюрольиграютлеггемоглобины, которые являются самыми обильными белками в клубеньке(Ott et al., 2005). Низкий уровень кислорода и, возможно, связанные с нимизменениявокислительно-восстановительномпотенциалеклеткииндуцируют экспрессию nif и fix генов в бактероидах (Udvardi, Poole, 2013).Первичным источником восстановленного углерода для клубеньковявляется сахароза, которая поступает в клубенек из надземной частирастения(Kouchi,Yoneyama,1984).Сахарозарасщепляетсясахарозосинтазами и метаболизируется в ходе гликолиза в основном вцитоплазме растительных клеток из зоны инфекции (Streeter, 1995).
Умутанта гороха Psrug4 с нарушенной активностью сахарозосинтазынитрогеназная активность была почти полностью ингибирована (Gordon etal., 1999). Важную роль в дальнейшем переводе углерода в доступную длябактероидов форму играют ферменты: фосфоенолпируваткарбоксилаза ималатдегидрогеназа (Udvardi, Poole, 2013) (Рисунок 29). В симбиосомныхмембранах бобовых растений были выявлены транспортеры дикарбоновыхкислот, способные обеспечить необходимый транспорт малата к бактероидам(Udvardi, Day, 1997). Бактероиды фиксируют атмосферный азот, но непереводят его в органическую форму. Ассимиляция аммиака происходитблагодаряактивностиряда ферментов растений:глутаминсинтетазы,глутаматсинтазы, аспартатаминотрансферазы, которые переводят его ваминоксислоты для экспорта из клубенька (Vance, Gantt, 1992).
У бобовыхрастений с детерминированными клубеньками, например, у сои и Vignaunguiculate азот экспортируется в форме уреидов (Pate et al., 1980; Smith,Atkins, 2002). Хотя в симбиосомных мембранах бактероидов имеютсятранспортеры аммиака, гены, их кодирующие, репрессируются, поэтомувероятно, что аммиак покидает бактероиды путем диффузии через мембрануили через неспецифичные переносчики (Udvardi, Poole, 2013) (Рисунок 29). Вто же время в симбиосомной мембране присутствует канал для переносаОбзор литературы142аммиака (Niemietz, Tyerman, 2000), а также катионный канал, способныйпереносить NH4 (Tyerman et al., 1995). Также важную роль в транспортеаммиака играют аквапорины (Dean et al., 1999), что подтверждаетсявзаимодействиемодноготакогоаквапоринасоиnodulin26сглутаминсинтетазой (Masalkar et al., 2010). Кроме того, в клубеньках быливыявлены транспортеры аммиака семейства AMT (Simon-Rosin et al., 2003) итранспортеры K+ семейства KUP (Desbrosses et al., 2004), кототрые такжемогут транспортировать NH4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
