Диссертация (1144752), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Важным является вопрос о том,активируются ли различные сигнальные пути у таких растений присвязывании Nod-факторов с потенциальными рецепторами.54Развитию инфекции предшествуют деформации корневых волосков,формирование микроколоний бактерий в скрученных корневых волосках, чтоведет к росту инфекционных нитей. Нарушение развития инфекции у рядамутантов по генам, кодирующим компоненты «общего сигнального пути» инеобходимых для возникновения Ca2+-волн LjSYMRK/MtDMI2/PsSYM19,LjHMGR1/MtHMGR1, LjPOLLUX/MtDMI1/PsSYM8, LjNUP85, LjNUP133,LjNENA, а также восприятия кальциевого сигнала LjCCaMK/MtDMI3/PsSYM9 и LjCYCLOPS/MtIPD3/ PsSYM33 указывает на необходимость этихкомпонентов для активации инфекционного процесса (Endre et al., 2002;Stracke et al., 2002; Ane et al., 2004; Imaizumi-Anraku et al., 2005; Kanamori etal., 2006; Saito et al., 2007; Oldroyd and Downie, 2008).Рисунок 12.
Передача сигнала при рецепции растением сигнальныхмолекул Nod-факторов в клетках эпидермы и коры корня лядвенца(модифицировано по Guinel, 2015).Для развития инфекции в корневых волосках также необходимытранскрипционные факторы NSP1, NSP2 и NIN, что было показано наосновании анализа мутантов по этим генам (Schauser et al., 1999; Kalo et al.,2005; Smit et al., 2005; Heckmann et al., 2006; Murakami et al., 2006; Marsh etal., 2007).55Наиболее ранними реакциями растения на инокуляцию ризобиями илиобработкуNod-факторамиявляютсядеполяризацияплазматическоймембраны, изменение потоков ионов через мембрану (включая вход кальцияв клетку (Ca2+ flux)) и реорганизация цитоскелета (Allen and Bennett, 1996;Cardenas et al., 1998; Felle et al., 1999; Miller et al., 2000; Weerasinghe et al.,2005). Эти реакции предшествуют деформациям корневых волосков, которыеспецифично развиваются перед началом инфекционного процесса.У всех мутантов по компонентам «общего сигнального пути»наблюдаются деформации корневых волосков в ответ на заражение.Накапливаются данные о том, что у L.
japonicus и M. truncatulaиндуцированные Nod-фактором деформации корневых волосков, не зависятот генерации Ca2+-волн, а только от входа внеклеточного Ca2+ в клетку (Сa2flux) (Esseling et al., 2003; Geurts et al., 2005; Miwa et al., 2006). Впервые этобыло продемонстрировано, когда у мутантов dmi2 и dmi1 M. truncatula(блокирование начальных этапов передачи сигнала от Nod-факторов) припрямом нанесении Nod-факторов на поверхность корней была выявленаспособность корневых волосков изменять направление роста и претерпеватьдеформации (Esseling et al., 2003; Geurts et al., 2005).
Это давало основаниепредположить, что сигнальный каскад, ведущий к деформациям корневыхволосков, отличается от сигнального каскада, вызывающего генерацию Ca2+волн (Geurts et al., 2005). Сходным образом у мутантов symrk, castor, pollux,nup133 L. japonicus, у которых была нарушена генерация Ca2+-волн, тем неменее, наблюдались вход внеклеточного Ca2+ в клетку (Сa2 flux) идеформации корневых волосков (Miwa et al., 2006).Одними из наиболее ранних клеточных изменений, наблюдаемых вволосках в ответ на инокуляцию ризобиями или обработку Nod-факторами,являются изменения в структуре актиновых филаментов и реорганизациямикротрубочек (Cardenas et al., 1998; Felle et al., 1999; Miller et al., 2000;Weerasinghe et al., 2005).
Несколько мутантов, дефектных по этим процессам56были выявлены у бобовых растений. Длинные тяжи актина в корневыхволосках сначала подвергаются фрагментации до отдельных мономеров Gактина, а затем реорганизуются в полимеры F-актина (филаменты),группирующиеся в апикальной зоне волосков.
Кроме того, значительныеизменениявдинамикеповедениямикротрубочекпредшествуютскручиванию корневых волосков и развитию клубеньков. Такие изменениясвязаны с формированием преинфекционных нитей в месте предполагаемогопроникновения бактерий, а также с инициацией и полярным ростоминфекционных нитей (van Spronsen et al., 1995; Timmers et al., 1999).Преинфекционные структуры представляют собой организованныеэлементы цитоскелета, перемещающие ядро, эндоплазматический ретикулуми аппарат Гольджи ближе к месту инфекции для того, чтобы облегчитьдоставку туда везикул.
Рост инфекционных нитей начинается с инвагинациии дальнейшего полярного растяжения плазматической мембраны, котораясопровождается формированием нового материала клеточной стенки (Gage,2004). У мутантов L. japonicus с нарушением этих процессов, формирующихнеинфицированные клубенько-подобные структуры, были выявлены геныNAP1 (Nck-связанный белок 1) (Eden et al., 2002; Yokota et al., 2009) и PIR1(121F-специфичная p53 индуцибельная РНК) (рисунок 12) (Saller et al., 1999;Yokota et al., 2009). Известно, что у Arabidopsis полимеризация актинаконтролируется ARP2/3 комплексом, который связывается с тяжами актина ирасщепляет их (Le at al., 2003; Mathur et al., 2003). ARP2/3 комплексактивируется SCAR/WAVE комплексом, который у Arabidopsis состоит избелков PIR121, NAP125, ABI, HSPC300 и SCAR (Deeks et al., 2004; Gautreauet al., 2004).
Полагают, что связывание Rac GTPазы с PIR121 активируетSCAR комплекс, определяющий полимеризацию актина в ответ на внешние ивнутренние сигналы (Yokota et al., 2009). Недавно выявленный у L. japonicusARPC1 (ACTIN-RELATED PROTEIN COMPONENT1) компонент ARP2/3комплекса подтверждает это предположение (Hossain et al., 2012). В57соответствии с этими представлениями полагают, что сигнальный каскад,активируемый Nod-факторами у бобовых растений, приводит к быстройреорганизации актинового цитоскелета в корневых волосках. У мутантовnap1 и pir1 наблюдается дезорганизация актинового цитоскелета и, какследствие, растения остаются невосприимчивы к бактериальной инокуляции.Эти результаты показывают, что ключевая функция белков PIR1 и NAP1состоит в регуляции организации актиновых полимеров в корневых волоскахбобовых растений. Активация белков PIR1 и NAP1 после связывания Nodфакторов происходит параллельно с генерацией Ca2+-волн, но не зависит отэтого процесса (Yokota et al., 2009).
Таким образом, белки PIR1 и NAP1,комплекс ARP2/3 могут являться компонентами отдельного сигнальногопути у бобовых растений. Однако это предположение требует дальнейшейпроверки.По мере развития инфекции ИН развивается в корневом волоске, затемпроникает в клетки коры и достигает развивающегося примордия. Послеэтого ИН обычно разветвляются, и происходит выход из них бактерий. Убобовых растений был выявлен ряд регуляторов, необходимых для этихпроцессов.Специфичную функцию в контроле развития инфекции выполняют E3убиквитин лигаза (принадлежит к семейству белков WD40), кодируемаягенами CERBERUS у L.
japonicus , а также LIN у M. truncatula (Yano et al.,2009; Kiss et al., 2009). У мутантов cerberus и lin клубеньки формируются, ноостаются неинфицированными из-за нарушения развития ИН либо наначальных этапах, либо в клетках корневых волосков. Наличие такихмутантов подтверждает необходимость координации двух программ развития– инфекционного процесса и органогенеза – при формировании эффективныхинфицированных клубеньков.В контроле развития инфекции у M. truncatula участвует нитратныйтранспортер, кодируемый геном NIP/LATD (Yendrek et al., 2010; Bagchi et al.,582012).
Мутант api, дефектный по этому гену, характеризовался нарушениеминфицирования клубенькового примордия (Teillet et al., 2008). У такогомутанта ИН развиваются в корневых волосках, но они не достигаютпримордиев клубеньков, расположенных в коре корня бобовых растений ипримордии остаются неинфицированными.Другая часть выявленных белков необходима для нормальногоразвития ИН. В частности, в контроле развития инфекции участвуетбиспиральный белок, кодируемый геном RPG, который относится куникальному семейству RRPs (RPG-related proteins) (Arrighi et al., 2008). Умутанта rpg (rhizobium-directed polar growth) формировались утолщенные имедленно растущие инфекционные нити, что было связано с нарушением ихполярного роста (Arrighi et al., 2008).Белок VAPYRIN относится к семейству белков с MSP доменом (MajorSperm Protein), участвующих в мембранном трафике и биогенезе мембран.Он необходим для развития ИН, поскольку мутация по гену VPY блокируетразвитие ИН в корневых волосках у M.
truncatula (Murray et al., 2011).Помимо участия в контроле инфекционного процесса при бобоворизобиальном симбиозе, VAPYRIN необходим для развития микоризнойинфекции.Особую роль в инфекционном процессе играют белки флотилины(FLOT) и реморины (REM) (Haney and Long, 2010; Lefebvre et al., 2010). Онилокализованы в липидных микродоменах плазматической мембраны,получивших название рафты. Липидные микродомены (рафты) отличаютсяот основной части мембраны как по белковому и липидному составу(содержанию холестерина и сфинголипидов), так и по функциям, которыеони выполняют.
Флотилины и реморины являются определенным образом«заякорены» в рафтах и при взаимодействии с другими белковымимолекулами – рецепторами, каналами - влияют на их конформацию испособность взаимодействовать с лигандами и т.п. Наличие симбиотических59мутантов по белкам FLOT и REM, у которых нарушается инфекционныйпроцесс, указывает на важную роль этих белков в симбиозе. У M. truncatulaвыявлен 33 кДа симбиоз-специфичный реморин (SYMREM1), экспрессиякоторого 1000-кратно возрастает при развитии симбиоза (Lefebvre et al.,2010).
Подавление экспрессии гена MtSYMREM1i приводило к увеличениючисла формирующихся инфекционных нитей, большинство из которых былоабортировано и имело неоформленную структуру из-за нарушения полярногороста (sac-like structure). Подавление экспрессии реморина также влияло навыход бактерий из инфекционных нитей. Эти нарушения могут быть связаныс изменением полярного роста инфекционных нитей, что указывает наважную роль SYMREM1 в развитии инфекции. Эксперименты, выполненныес помощью дрожжевой дигибридной системы (генетический метод,разработанныйдляисследованиябелок-белковыхвзаимодействий) ибимолекулярной флуоресцентной комплементации (bimolecular fluorescencecomplementation, BiFC), показали, что SYMREM1 взаимодействует с NFP,LYK3 и LRR-РПК DMI2 рецепторами.
Таким образом, взаимодействие этогореморина с рецепторами может влиять на процесс связывания лигандов. Какследствие, этот белок влияет на развитие преинфекционных структур,инфекционных нитей и эндоцитоз бактерий. Белок с аналогичной функциейбыл выявлен и у L. japonicus SYMREM1 (Toth et al., 2012).В геноме M. truncatula выявлено 7 белков флотилинов (FLOT1 – 7),синтез двух таких белков FLOT2 и FLOT4 значительно усиливается в ответна инокуляцию при развитии симбиоза (рисунок 12) (Haney and Long, 2010).Индукцию экспрессии генов FLOT2, FLOT4 в ответ на инокуляцию ненаблюдали у мутантных растений lyk3, nsp2 (GRAS транскрипционныйфактор) и nin, что указывает на участие этих регуляторов в активацииэкспрессии двух флотилинов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
