Диссертация (1144724), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Следует отметить, что через симбиосомнуюмембрану помимо углерода и азота транспортируются различные элементы,необходимые для жизнедеятельности бактероидов: фосфор, кальций, калий,сера, натрий, ванадий, молибден, железо, никель, кобальт (Rosendahl et al.,1991). На симбиосомной мембране были выявлены различные типыспецифических переносчиков вышеперчисленных элементов (Udvardi, Poole,2013) (Рисунок 29). Наряду с транспортерами в симбиосомной мембране,важную роль играют переносчики в мембранах самих растительных клеток.Причембылавыявленанеинфицированнымиразницаклетками.ТакмеждууV.инфицированнымиfabaиизолированныенеинфицированные клетки были способны импортировать глюкозу исахарозу, в отличие от инфицированных клеток (Peiter, Schubert, 2003).Таким образом, поступление углерода в форме сахаров в инфицированныеклетки может быть зависимым от неинфицированных.
Аналогичнымобразом, инфицированные клетки неспособны к импорту и, вероятно,экспорту аминокислот из (в) апопласт (Peiter et al., 2004). Специфичныетранспортеры, вовлеченные в такой транспорт сахаров и аминокислот еще небыли выявлены, хотя в ходе транскриптомных исследований было выявленомного потенциальных генов, кодирующих такого рода переносчики (Udvardi,Poole, 2013). В то же время для P. vulgaris был выявлен транспортер PvUPS1,экспортирующий уреиды (аллантоин) из клубеньков.
Экспрессия генаPvUPS1 наблюдалась в клубеньковой флоэме, что указывет на то, что этотОбзор литературы143переносчик, возможно, вовлечен в ее загрузку и экспорт уреидов изклубенька в другие органы (Pélissier et al., 2004).Рисунок 29. — Транспорт и метаболизм в инфицированной клеткеБактероид показан уже окруженным симбиосомной мембраной, номногие показанные процессы происходят только в инфекционных нитях илина очень ранней стадии развития бактероида. Сахароза из стебляконвертируется в дикарбоновые кислоты, малат показан, как основнойдикарбоксилат, но также наблюдаются высокие концентрации сукцината ифумарата. Малат транспортируется через симбиосомную мембрану вбактероиды, где служит источником энергии для азотфиксации. Бактероидывыключают ассимиляцию аммония в аминоксилоты и секретируют аммонийв растение, где он ассимилируется в аспарагин для экспорта в стебель(голубые стрелки).
У многих бобовых растений, например, у соиассимилируются уреиды вместо аспарагина. Растение должно поставлятьметаллы и ионы бактероидам, известны лишь некоторые транспортныесистемы в симбиосомной и бактероидной мембранах. Не все транспортныесистемы были идентифицированы у одного вида: MgtE потенциальныйпереносчик Mg2+ у R. leguminosarum, мутация по гену, его кодирующему,приводит к Fix− фенотипу, мутация по гену SST1, кодирующему сульфатныйтранспортер L. japonicus, вызывает Fix− фенотип, транспортер бивалентныхметаллов (DMTI) присутствует в симбиосомных мембранах у G.
max, но егороль для азотфиксации не была показана. Дифференцирующиеся или зрелыебактероиды могут становиться зависимыми от растения по некоторымаминокислотам (по крайней мере, в случае гороха), как видно поОбзор литературы144присутствиею ABC переносчиков пермеаз Aap и Bra. Также многие ризобиине могут синтезировать гомоцитрат, необходимый для FeMo кофактординитрогеназы редуктазы, которая синтезируется растением посредствомгомоцитрат синтазы (FEN1) (Oldroyd et al., 2011; Udvardi, Poole, 2013).1.1.18. Старение симбиотического клубенькаРазвитие симбиотического клубенька завершается его старением.Данный процесс сопровождается разрушением симбиосом, клеток растений,масштабной деградацией белка и направлен на реутилизацию питательныхвеществ, затраченных на построение симбиотического клубенька (Puppo etal., 2005; Van de Velde et al., 2006; Pérez Guerra et al., 2010).
Визуальностарение проявляется изменением цвета клубенька от розового к зеленому,чтовызываетсяразрушениемгемовойгруппылеггемоглобинаиобразованием биливердина (Virtanen, Miettinen, 1949). В детерминированныхклубеньках старение индуцируется в центре клубенька и распространяется кпериферии(Fernández-Luqueñoetal.,2008).Всвоюочередь,внедетерминированных клубеньках старение индуцируется в базальной частиклубенька, где формируется зона старения (см.
раздел 1.1.13) (Рисунок 30).Были выделены две стадии старения: ранняя, на которой происходитдеградация бактероидов с гибелью нескольких растительных клеток, и болеепоздняя,накоторойполностьюразрушаютсяисимбиосомы,инфицированные клетки (Van de Velde et al., 2006; Pérez Guerra et al., 2010).иОбзор литературы145Рисунок 30. — Симбиотические азотфиксирующие клубеньки горохалинии дикого типа SGE и полученного на ее основе симбиотическогомутанта SGEFix−–8 (sym25), характеризующегося признаками раннегостарения симбиотических клубеньковА, Б — клубеньки родительской линии SGE возрастом 4 и 6 недель,соответственно.
В, Г — клубеньки мутантной линии SGEFix−–8 (sym25)возрастом 4 и 6 недель, соответственно. I — зона меристемы, II — зонаинфекции, III — зона азотфиксации, IV — зона старения, масштабнаялинейка — 200 мкм (Серова, Цыганов, 2014).Активную роль в старении симбиотических клубеньков играютпротеазы, в основном цистеиновые и треониновые (Kardailsky, Brewin, 1996;Van de Velde et al., 2006; Pérez Guerra et al., 2010).Обзор литературы146Позитивная регуляция старения клубенька была предположена для рядагормонов(этилена,жасмоновойкислоты,абсцизовойкислоты)преимущественно на основе данных транскриптомного анализа клубеньковM.
truncatula. В то же время была предположена негативная регуляциястарения клубенька гиббереллинами (Van de Velde et al., 2006). В позитивнойрегуляции старения клубенька также принимает участие монооксид азотаNO. Было показано, что в регуляции NO важную роль играет бактериальныйфлавогемоглобин. Мутантный штамм ризобий hmp, неспособный к егобиосинтезу проявлял признаки ускоренного старения и характеризовалсяповышенным содержанием NO, в то время как штамм со сверхэкспрессиейгена hmp++, напротив, демонстрировал признаки замедленного старения ипониженный уровень содержания NO в клубеньках. Эндогенная обработкаNO индуцировала преждевременное старение клубенька (Cam et al., 2012).Старениесимбиотическихклубеньковтакжеконтролируетсятранскрипционными факторами (D’haeseleer et al., 2010; de Zélicourt et al.,2012; Karmarkar, 2014).
Увеличение уровня экспрессии гена MtATB2,кодирующеготранскрипционный фактор bZIP типа, наблюдалось сувеличением возраста клубеньков M. truncatula; он вовлечен в контрольрегуляции генов аминокислотного метаболизма (D’haeseleer et al., 2010).Также в регуляции старения принимают участие транскрипционные факторысемейства NAC: MtNAC969 и MtNAC920 (de Zélicourt et al., 2012; Karmarkar,2014).Для L.
japonicus и M. truncatula было идентифицировано несколькогенов, мутации по которым приводят к раннему старению клубеньков. Срединих LjSST1, кодирующий специфичный для клубеньков переносчиксульфатов, расположенный на симбиосомной мембране (Krusell et al., 2005),LjGN1, кодирующий белок с анкириновыми повторами и трансмембраннымиучастками,необходимыйфункционированиядля(Kumagaiдифференцировкиetal.,2007),бактероидовLjSEN1,иихкодирующийОбзор литературы147интегральный мембранный белок (Hakoyama et al., 2012a), MtDNF2,транскрибирующийсяврезультатеальтернативногосплайсингасобразованием пяти транскриптов, из которых предоминантный кодируетбелок, подобный фосфатидилинозитол-фосфолипазе C (Bourcy et al., 2013),MtRSD, кодирующий C2H2 транскрипционный фактор, репрессирующийбелок, вовлеченный в везикулярный транспорт (Sinharoy et al., 2013),MtSymCRK, кодирующий рецептор-подобную киназу (Berrabah et al., 2014),MtNAD1, кодирующий неохарактеризованный белок, локлизующийся вэндоплазматическом ретикулуме (Wang et al., 2016).Наряду с естественным старением, неблагоприятные факторы могутвызывать индуцированное старение, для которого характерно более быстроепротекание, а также более сильная активация окислительного стресса ипроявлений запрограммированной клеточной гибели (Van de Velde et al.,2006).
При этом, в отличие от естественного старения, наблюдается слияниесимбиосом, деградация их содержимого, но сами симбиосомные мембранысохраняются (Pérez Guerra et al., 2010). Индуцированное старение можеттакже активироваться в результате мутаций как в геноме микросимбионта(Chua et al., 1985; Hirsch, Smith, 1987; Chungopast et al., 2014), так и в геномемакросимбионта (Kneen et al., 1990; Pladys, Vance, 1993; Novák et al., 1995;Morzhina et al., 2000).
Более детально механизмы старения клубенька былирассмотрены нами ранее (Серова, Цыганов, 2014).1.1.19. Авторегуляция клубенькообразованияВо время развития клубеньков значительное количество инфекционныхнитей абортируется (Vasse et al., 1993). Это связано с тем, что растениестрого контролирует число формируемых клубеньков из-за высокойэнергозатратности процесса клубенькообразования. В основе регуляциилежитсистеманегативнойобратнойсвязи,известнаякаксистемаавторегуляции клубенькообразования (Nutman, 1952). За последние годы вОбзор литературырасшифровке148молекулярныхмеханизмовавторегуляцииклубенькообразования были достигнуты значительные успехи (Reid et al.,2011b).Исследования с использованием метода прививок стебель / кореньпоказали, что авторегуляция клубенькообразования контролируется стеблем(Delves et al., 1986; Delves et al., 1992).
В результате была предложена модель,согласно которой сигнал клубенькообразования из корня (RDS, от англ. RootDerived Signal) запускает авторегуляцию, в то время как ингибитор из побега(SDI, от англ. Shoot Derived Inhibitor) транспортируется в корни и регулируетчисло клубеньков. Бобовые растения также регулируют число формируемыхклубеньков в зависимости от азотного статуса окружающей среды,предпочитая использовать минеральный азот, а не симбиотрофный, в силувысокой энергетической стоимости последнего (Reid et al., 2011b).
Тот факт,чтомутанты,чьеклубенькообразованиеустойчивоквысокимконцентрациям нитратов, также формируют сильно увеличенное числоклубеньков — фенотип супер(гипер)клубенькообразования указывает наобщность генетического контроля как системы авторегуляции, так инитратной регуляции (Delves et al., 1986).В системе авторегуляции клубенькообразования выделяют зависимыеот корня и зависимые от побега компоненты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
