Автореферат (1144751)
Текст из файла
На правах рукописиДОЛГИХЕлена АнатольевнаСИГНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАЗВИТИЯ СИМБИОЗА ГОРОХАPISUM SATIVUM L. С КЛУБЕНЬКОВЫМИ БАКТЕРИЯМИ03.01.05 Физиология и биохимия растений03.02.03 МикробиологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора биологических наукСанкт-Петербург20162Работа выполнена в лаборатории молекулярной и клеточной биологииФедерального государственного бюджетного научного учрежденияВсероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственноймикробиологии, г. Санкт-ПетербургКонсультант: доктор биологических наук, профессор, академик Российскойакадемии наук Тихонович Игорь АнатольевичОфициальные оппоненты:Щеголев Сергей Юрьевич, доктор химических наук,профессор, директор Учреждения Российской академии наук Институтабиохимии и физиологии растений и микроорганизмов, зав.
лабораториейиммунохимииТопунов Алексей Федорович, доктор биологических наук,заведующий лабораторией биохимии азотфиксации и метаболизма азотаФедерального государственного учреждения "Федеральныйисследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии»Российской академии наук"Хлесткина Елена Константиновна, доктор биологическихнаук, заведующая сектором функциональной генетики злаков Федеральногогосударственного бюджетного научного учреждения «Федеральныйисследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирскогоотделения Российской академии наук»Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки институт физиологии растений имени К.А.Тимирязева Российской академии наукЗащита диссертации состоится «___»________2017 г.
в «___» ч на заседаниисовета ДМ.212.232.07 по защите докторских и кандидатских диссертаций приСанкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9, СПбГУ, Биологическийфакультет, ауд. №.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета, на сайтеhttp://spbu.ru/Факс для отзывов: +7 (812) 470-43-62.Автореферат разослан «__»________2017 г.Ученый секретарьДиссертационного советаЕ. И. Шарова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность и степень разработанности темы исследования.Поиск регуляторов роста и развития растений является приоритетной задачейбиологии.
Возникшие в процессе длительной эволюции разнообразныевзаимоотношения микроорганизмов и растений являются уникальным резервом дляпоиска таких регуляторов. Характер взаимоотношения растений с широким кругомпочвенных микроорганизмов во многом определяется их способностью узнаватьповерхностные компоненты клеток и секретируемые сигнальные молекулы,действующие в малых концентрациях и вызывающие каскад ответных реакций. Умикроорганизмов одним из основных классов соединений, способных вызыватьответные реакции растения, является хитин и его производные, состоящие изостатковN-ацетилглюкозамина.
Низкомолекулярные производные хитина(олигомеры хитина, n ≥ 6), выделяемые при расщеплении клеточных стенокфитопатогенных грибов, вызывают у растений развитие комплекса защитныхреакций. Декорированные олигомеры хитина – Nod-факторы и Myc-факторы, атакже короткие олигомеры хитина (n = 4-5), выделяемые бактериями порядкаRhizobiales и грибами арбускулярной микоризы (АМ), вызывают развитиесимбиотических реакций (Spaink et al., 1991; Maillet et al., 2011).
Поскольку даженебольшие изменения в структуре этих молекул вызывают совершенно разныеответы со стороны растения, изучение механизмов, позволяющих растениямразличатьструктурно-сходныесигнальныемолекулыипередаватьиндуцированный связыванием лиганда сигнал далее, к эффекторным системамрастения, затрагивает важные фундаментальные проблемы биологииипредставляет практический интерес.Как показали исследования последних лет, в рецепцию хитоолигосахаридныхсигнальных молекул могут быть вовлечены специализированные рецепторы сLysM-мотивами во внеклеточных доменах (Madsen et al., 2003; Radutoi et al., 2007).Для отдельных рецепторов этого типа, в частности контролирующих активациюзащитных реакций растений на хитин и его производные, были изучены механизмыработы рецептора при связывании лиганда, но только для модельных растений (Liuet al., 2012).
Однако для большинства рецепторов этого типа активационныемеханизмы при связывании лиганда и дальнейшие пути передачи сигнала остаютсямалоизученными.Остается неясным, как у бобовых растений с разным типомклубенькообразованияосуществляетсярецепциясигнальныхмолекулризобиальных Nod-факторов.
Эксперименты по влиянию мутантных штаммовризобий, выделяющих Nod-факторы с измененной структурой, на развитиесимбиогенезаулюцерныигороха(формирующихклубенькинедетерминированного типа), позволили предположить, что узнавание Nodфакторов может осуществляться двумя отличающимися по специфичностирецепторами, работающими на разных этапах развития симбиоза (Ardourel et al.,1994; Walker and Downie, 2001). У гороха были выявлены несколько кандидатов нароль рецепторов к Nod-факторам на основании изучения мутантов, имеющихнарушения в генах sym10 и sym37, кодирующих LysM-рецептор-подобные киназы(LysM-РПК) (Madsen et al., 2003; Limpens et al., 2003; Smit et al., 2007; Zhukov et al.,2008).
При этом нарушение развития симбиоза у таких мутантов наблюдалось какпри инициации этого процесса (sym10), так и на более поздней стадии при развитииинфекции (sym37), что соответствовало гипотезе об участии двух рецепторов в4связывании Nod-факторов. Однако у LysM-РПК Sym10, необходимой дляинициации симбиоза, киназный домен являлся неактивным (Madsen et al., 2003), чтоуказывало на возможность формирования комплекса с дополнительнойрецепторной киназой, которая до настоящего времени еще не выявлена (Geurts etal., 2005). Это определило актуальность изучения биохимической функции ужевыявленных рецепторов и поиска новых, контролирующих узнавание растениемNod-факторов.Для изучения способности растений гороха различать хитоолигосахариды сразной степенью полимеризации, вызывающих развитие симбиоза или стимуляциюиммунных реакций, необходимо было выявить у них специфичные рецепторы кэтим сигнальным молекулам.
Поиск таких рецепторов и изучение особенностейвнутриклеточной передачи сигнала является необходимым этапом для выяснениятого, как растения различают патогенные и симбиотические микроорганизмы. Вкачестве модельной системы для таких исследований удобно использовать бобовыерастения, поскольку они, с одной стороны, формируют два типа симбиозов - сбактериями ризобиями и грибами АМ (то есть обладают рецепторами к Nodфакторам и Myc-факторам, олигомерам хитина n = 4-5), а с другой обладаютэффективными системами рецепции молекул, вызывающих развитие защитныхреакций (олигомерам хитина, n ≥ 6).При бобово-ризобиальном симбиозе Nod-факторы запускают комплексспецифичных ответов в эпидерме, перицикле и коре корня растения, тем самым,обеспечивая основу для последующего проникновения ризобий в клетки растений,развития инфекции и морфогенеза клубеньков. Несмотря на то, что Nod-факторыостаются связанными с клетками эпидермы и не проникают внутрь корня, процессыв эпидерме корня четко скоординированы с изменениями, происходящими вудаленных клетках коры корня – реактивацией делений клеток коры, эндодермы иперицикла и формированием примордия/меристемы клубенька.
Это указывает навовлечение в контроль развития нового органа эндогенных регуляторов самогорастения (прежде всего, фитогормонов). При этом неразрешенным остается вопросо том, как взаимодействуют между собой компоненты сигнального пути,активируемые Nod-факторами и фитогормоны, а также каким образомосуществляется передача сигнала от Nod-фактора в клетки корня с участием этихрегуляторов.
Это определило необходимость изучения роли фитогормонов вконтроле различных этапов клубенькообразования.Клубеньки у бобовых растений формируются в результате реактивацииотдельных клеток корня, их де-дифференцировки и стимуляции деления, чтопредполагает участие в контроле пролиферации и дифференцировки клетокэндогенных регуляторов самого растения (регуляторов клеточного цикла,транскрипционныхфакторов).Механизмытакойрегуляциидляспециализированных органов - азотфиксирующих клубеньков – остаются ещедалекими от понимания, но они могут быть достаточно сходными с теми, которыеконтролируют у растений формирование органов de novo. Это открывает новыеперспективы для изучения органогенеза клубеньков: можно изучать влияниеключевых регуляторов пролиферации и дифференцировки клеток на развитиеклубеньков, участие которых в контроле органогенеза уже исследовано намодельных растениях, например, Arabidopsis.Важную роль в регуляции пролиферации и дифференцировки клеток играютпредставители двух семейств гомеодомен-содержащих транскрипционных5факторов WOX и KNOX (Haecker et al., 2004).
Представители WOX семейства –транскрипционные факторы WUSСHEL и WOX5 - контролируют развитиеапикальных меристем побега и корня (ПАМ и КАМ). Они отвечают за поддержаниеклеточных делений и подавление дифференцировки прилежащих к покоящемусяцентру стволовых клеток (Sarkar et al., 2007). Гены семейства KNOX необходимыдля поддержания активности ПАМ. Представители KNOX семейства SHOOTMERISTEMLESS (STM) и KNAT1/BP - ключевые регуляторы развитияПАМ у Arabidopsis.
Мутанты A. thaliana с потерей функции этих генов не способныинициировать развитие ПАМ. Таким образом, эти регуляторы важны дляформирования меристемы и для последующего поддержания её организации.Однако роль генов WOX и KNOX в контроле развития примордия/меристемыклубеньков малоизучена.
В связи с этим, необходимо было провести поиск геновWOX и KNOX, которые могут играть существенную роль в органогенезе клубенькови изучить их возможное взаимодействие с гормональной системой ирегуляторными пептидами при развитии клубеньков.Наряду с механизмами локального контроля, в процесс формированияклубеньков у бобовых растений вовлечены и системные механизмы (авторегуляцияклубенькообразования), с помощью которых растение ингибирует дальнейшееформирование клубеньков на корнях после появления первых клубеньков (CaetanoAnolles and Gresshoff, 1991).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
