Диссертация (1144724), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Для гена 7RA84 максимальный уровень транскриптовнаблюдался на 14-й ДПИ как в клубеньках дикого типа, так и у всехпроанализированных мутантных линиях (Рисунок 72А). Тем не менее, умутантных линий SGEFix−–1 (Pssym40) и SGEFix−–2 (Pssym33) уровнитранскриптов были значительно выше (не менее чем в 2,3 раза) чем у линиидикого типа SGE на каждом сроке анализа (Рисунок 72А). В клубенькахдикого типа Finale и мутантной линии RisFixV (Pssym42) уровнитранскриптов 7RA84 были сходны на 14-й и 28-й ДПИ, но к 42-му ДПИ умутантной линии он был выше 5 раз.Уровень транскриптов гена HSR203J в клубеньках мутантной линииSGEFix−–1 (Pssym40) был значительно выше (по крайней мере, в 2,5 раза),чем в клубеньках линии дикого типа SGE на всех стадиях анализа (Рисунок72Б). У мутантной линии SGEFix−–2 (Pssym33) уровень транскриптовзначительно повышался к 28-му и 42-му ДПИ по сравнению с линией дикоготипа SGE (по крайне мере, в 2,5 раза).
У мутантной линии RisFixV (Pssym42)в клубеньках наблюдалось зависимое от времени увеличение уровняРезультаты и обсуждение342транскриптов гена HSR203J (по крайней мере, в 8,1 раз) по сравнению сдиким типом Finale на 28-й и 42-й ДПИ (Рисунок 72Б).Рисунок 72. — Динамика экспрессии генов: 7RA84 (пероксидаза),Hsr203J (маркер реакции гиперчувствительности), ABR17 (белок PR10) вклубеньках гороха дикого типа SGE, Finale и соответствующих мутантов* — статистически значимые различия дикого типа и соответствующихмутантов внутри одного периода времени (t-тест, p <0,05), # — статистическизначимые различия внутри генотипа, сравненные с 14-го ДПИ (критерийДаннетта, p <0,05), & — статистически значимые различия внутри генотипа,сравненные с 28-м ДПИ (критерий Даннетта, p <0,05).Результаты и обсуждение343Уровень транскриптов гена ABR17 был значительно выше в мутантнойлинии SGEFix−–1 (Pssym40), чем в клубеньках линии дикого типа SGE на 14й и 28-й ДПИ.
На 28-й ДПИ он превышал таковой у линии дикого типа SGE в14,2 раз. Сходная картина наблюдалась на этом сроке и для мутантной линииSGEFix−–2 (Pssym33), в клубеньках которой уровень транскриптов генаABR175 был в 5 раз выше, чем у линии дикого типа SGE, для которой,напротив, наблюдалось некоторое снижение уровня транскриптов (Рисунок72В). В то же время уровень траснкриптов этого гена в клубенькахмутантной линии SGEFix−–2 (Pssym33) был значительно ниже, чем у линиидикого типа SGE (в 3,6 раза) к 42-му ДПИ.
У мутантной линии RisFixV(Pssym42)наблюдалосьзависимоеотвремениувеличениеуровнятранскриптов гена ABR17 по сравнению с диким типом Finale на 28-й и 42-йДПИ (в 6 раз и 3,8 раза, соответственно) (Рисунок 72В).Пектин является одним из наиболее обильных компонентов клеточнойстенки. Во время развития клубенька так же, как и во время развитияпатогенной инфекции, происходят различные модификации пектина. Убобовых растений была выявлена пектат-лиаза, которая индуцируется поддействием Nod факторов и вовлечена в проникновение ризобий винфекционную нить (Xie et al., 2012). Роль пектина в защитных реакциях,вероятно, заключается в продукции олигогалактуронидов, появляющихся врезультатедеградациигомогалактуронанаподвоздействиемполигалактуроназ и пектат-лиаз, синтезируемых как растением, так имикробами.
Олигогалактурониды запускают опосредованную кальциемпродукцию активных форм кислорода и активацию генов защитного ответа(Ferrari et al., 2013). В бобово-ризобиальном симбиозе олигогалактуронидыингибируют индуцируемую флавоноидами экспрессию nod генов, что можетбыть важным для поддержания тонкого баланса концентраций Nod факторовво время роста инфекционной нити (Moscatiello et al., 2012). Тем не менее,пектин может быть вовлечен не только в сигнальные взаимодействия вовремя защитных ответов, но и вместе с другими компонентами клеточнойРезультаты и обсуждение344стенки принимать участие в ее модификации. Структурное усилениеклеточных стенок является одним из наиболее выраженных проявленийзащитных ответов, активируемых при патогенной атаке (Hammond-Kosack,Jones, 1996).
Различные компоненты, такие как лигнин, суберин, каллоза ипектин вовлечены в перекрестное связывание в клеточной стенке (Matern etal., 1995). Модификации пектина, вызываемые активностью пектинметилэстераз,существенноизменяютфизическиесвойстванизко-метилированных форм, вызывая усиление жесткости клеточной стенки исопутствующее формирование гелеобразных структур для поддержкиповрежденной клеточной стенки (Pelloux et al., 2007; Wolf, Greiner, 2012;Bethke et al., 2014). В данном исследовании интенсивное окрашивание стенкиинфекционной нити антителом JIM5, которое метит низко-метилированныепектины, наблюдалось для одиночных и двойных мутантов, несущихмутацию в гене Pssym33. Для мутанта RisFixV (Pssym42) мечение JIM5 встенке инфекционной нити было неравномерным, с образованием кластеровс интенсивным окрашиванием.
Другой отличительной особенностью RisFixV(Pssym42)былоприсутствиеметкиJIM5вокругдеградирующихбактероидов, что указывает на то, что низко-метилированный пектининкапсулирует неэффективные бактероиды. Данный фенотип никогда ранеене был описан для клубеньков гороха дикого типа (Rae et al., 1992) илимутантов. Причина наблюдаемой инкапсуляции деградирующих бактероидовостается неизвестной.Отложения суберина в клубеньковой эндодерме в клубеньках дикоготипа SGE и Finale имеют важное значение для защиты клубенька отинтенсивной дегидратации, солевого стресса и проникновения патогенов(Schreiber et al., 1999).
Высокий уровень суберинизации, наблюдаемый вклубеньках мутантной линии SGEFix−–2 (Pssym33) является примеромзащитного ответа, который предотвращает проникновение бактерий вцитоплазму растительной клетки и последующую дифференцировку вбактероиды. Этот защитный ответ указывает на то, что мутация в генеРезультаты и обсуждениеPssym33ведетк345восприятиюклубеньковыхбактерийнекакмикросимбионтов, а как патогенов.Ранее было показано, что аккумуляция фенольных соединений встенках утолщенных инфекционных нитей наблюдается у мутанта TE7 погену Mtsym1 у M.
truncatula (Benaben et al., 1995). Недавно было показано,что PsSym33 и MtSym1 являются ортологами, кодирующими белок IPD3,который взаимодействует с кальций-кальмодулин зависимой киназойCCaMK, активирующей экспрессию специфичного для клубенька реморина,который необходим для формирования и роста инфекционных нитей исимбиосом (Ovchinnikova et al., 2011). У L. japonicus ортологом PsSym33 иMtIPD является LjCYCLOPS, который кодирует транскрипционный фактор,который связывается с LjCCaMK. Это ведет к активации транскрипционногофактора LjNIN, запускающего органогенез клубенька (Singh et al., 2014).
Повидимому, PsSym33 является важным регуляторным геном для контроляклубенькообразования: наши результаты указывают на то, что мутация вэтом гене ведет к восприятию ризобий в качестве патогенов, запускаязащитныеответы,проявляющиесявсуберинизациинеэффективногоклубенька.Восприятие микросимбионта как потенциального патогена вызываетарест в развитии клубенька во время дифференцировки бактероидов умутантной линии SGEFix−–1 (Pssym40).
В результате клубенек оказываетсяизолированным от остальной части растения посредством суберинизацииклубеньковой эндодермы и эндодермы, окружающей сосудистые пучки.Ранее сходный фенотип был описан для мутанта M. truncatula Mtsym6(Tirichine et al., 2000) и растений с подавленной в результате РНКинтерференции экспрессией гена MtHAP2–1 (Combier et al., 2006). Онихарактеризовались ранним арестом развития клубеньковой меристемы,который был ассоциирован со смыканием клубеньковой эндодермы, однакопричина наблюдаемой корреляции неясна (Guinel, 2009b).
Ген PsSym40являетсяортологомгенаM.truncatulaMtEFD,кодирующегоРезультаты и обсуждениетранскрипционныйфактор,346который,вероятно,являетсянегативнымрегулятором в цитокининовом сигнальном каскаде (Vernié et al., 2008;Неманкин, 2011). Мутации в гене PsSym40 ведут к многочисленныманомалиям в развитии клубенька, включая ранний арест развития меристемы(Voroshilova et al., 2009), формирование гипертрофированных инфекционныхкапель, массовый выход бактерий в цитоплазму растительной клетки ипреждевременную деградацию симбиотических структур (Tsyganov et al.,1998). Широкий ряд аномалий, наблюдаемых у мутанта, подтверждает, чтоген PsSym40 является крайне важным для клубенькообразования, посколькумутации в нем ведут к ярко выраженным защитным ответам.УмутантнойлинииRisFixV(Pssym42),инфекционныенитихарактеризуются, также как у мутантной линии SGEFix−–2 (Pssym33),утолщенными стенками инфекционных нитей, в которых, в отличие отмутанта SGEFix−–2 (Pssym33), не наблюдается отложений суберина.
Следуетзаметить, что у мутанта RisFixV (Pssym42) арест развития клубенькапроисходит на более поздней стадии развития — после дифференцировкибактероидов, что было подтверждено нами при анализе двойного мутанта погенам Pssym33 и Pssym42. Поэтому неудивительно, что различные защитныеответы могут быть активированы в каждом случае.Роль отложений каллозы (β-1,3-глюкана) в клеточной стенке можетбыть связана с поддержанием прямого физического барьера, защищающегорастительную клетку от токсичных метаболитов или ограничивающегодиффузию производимых патогеном элиситоров, уменьшая, таким образом,активациюзависимогоотсалициловойкислотызащитногоответа(Underwood, 2012; Malinovsky et al., 2014).
Отложение каллозы было связанос инфекцией ризобиями мутанта по гену Pssym42, но не по гену Pssym33.Ранее отложения каллозы в стенках клеток коры были описаны во времяформирования псевдоклубеньков мутантами S. meliloti, с нарушеннымсинтезом экзополисахаридов (Niehaus et al., 1993). Отложения каллозы такженаблюдалисьвклубенькахгороха,образованнымимутантамиR.Результаты и обсуждение347leguminosarum bv. viciae с нарушенным синтезом липополисахаридов (Perottoet al., 1994).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
