Диссертация (1144752), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Эти геныэкспрессируются в примордиях клубеньков, а кодируемые ими белкивзаимодействуютврастительнойклетке,66формируягетерокомплекс.Подавление экспрессии генов NF-YA1 и NF-YB1 ингибирует органогенезклубеньков. Недавние исследования показали, что при эктопическойэкспрессии NIN и NF-YA1 и NF-YB1 у растений Lotus формируютсяструктуры, представляющие собой клубенько-подобные структуры, большенапоминающие корни, поскольку имеют центральный проводящий пучок(рисунок 14) (Soyano et al., 2013).Рисунок 14. Внешний вид спонтанных клубеньков при эктопическойэкспрессии генов NIN, NF-YA1 и NF-YB1 у L.
japonicus (Soyano et al., 2013)D – пустой вектор, E, F - ProLjUb-LjNF-YA1, Pro35SLjNF-YB1 и G- ProLjUbNIN.Наличиетакихотличающихсяпоструктуреобразованийприэктопической экспрессии NIN, NF-YA1 и NF-YB1 у Lotus позволяетпредположить, что после стадии, контролируемой CCaMK и CYCLOPS, вконтроль органогенеза могут быть вовлечены дополнительные, еще невыявленные регуляторы, которые действуют параллельно с NIN, NF-YA1 иNF-YB1.Поисктакихдополнительныхрегуляторовпредставляетзначительный интерес.Вместе с тем, получены убедительные доказательства участия вконтроле органогенеза клубеньков фитогормонов, прежде всего цитокининови ауксинов (Hirsch and Fang, 1994; Mathesius et al., 1998a, 1998b; Boot et al.,1999; Pacios-Bras et al., 2003; Huo et al., 2006; Wasson et al., 2006, 2009; Crespi67and Frugier, 2008; Mathesius, 2008; Grunewald et al., 2009; Plet et al., 2011;Suzaki et al., 2012).
Практически неразрешенным остается вопрос о том, какжевзаимодействуютмеждусобойкомпонентысигнальногопути,активируемого Nod-фактором и фитогормоны.1.4. Участие фитогормонов ауксинов и цитокининов в контролеорганогенеза клубеньков бобовых растений.Ранее выполненные исследования на люцерне M. truncatula и клевереTrifolium repens с помощью ауксин-регулируемых генетических конструкцийGH3::GUS и DR5::GUS показали, что при локальном нанесении Nodфакторов на корни растений, временно нарушался полярный транспортауксинов (ПАТ) и происходило накопление ауксинов в клетках внутреннейкоры корня (Hirsch et al., 1989; Mathesius et al., 1998).
При этом в ответ наинокуляцию было показано усиление ауксинового ответа в делящихсяклетках коры и перицикла на ранних этапах развития примордия клубенька(Mathesius et al., 1998; Huo et al., 2006; van Noorden et al., 2007; Grunewald etal. 2009). У растений, формирующих детерминированные клубеньки, в ответна инокуляцию ПАТ не нарушался, но в местах закладки клубеньковувеличивалось содержание ауксинов, что было показано с помощью ауксинрегулируемых конструкций (Pacios-Bras et al., 2003).
Более того, данныепротеомных исследований показали, что значительное количество белков (до90%), синтез которых индуцируется в ответ на инокуляцию бактериями приразвитии симбиоза, также активируется и в ответ на обработку растенийэкзогенным ауксином ИУК (van Noorden et al., 2007).При обработке растений ингибиторами ПАТ наблюдали формированиеспонтанных клубенько-подобных структур (Hirsch, 1997; Rightmyer and Long,2011). Кроме того, выделяемые бобовыми растениями флавоноиды,стимулируют синтез у ризобий не только Nod-факторов, но и синтез ИУК68(Theunis et al., 2004). Эти данные также свидетельствуют о возможностиучастия ауксинов в процессе формирования клубеньков.1.4.1.
Особенности регуляции транспорта ауксинов у растений.Известно, что концентрация ауксинов в тканях растений определяетсяих биосинтезом, катаболизмом, образованием неактивных конъюгатов итранспортом (Lomax, 1995). В связи с тем, что основным местом биосинтезаауксинов являются апикальные части побега и молодые листья, именнотранспорт ауксинов играет оcновную роль в регуляции их действия в тканяхрастений. Известны два вида транспорта ауксинов – дальний транспорт пофлоэме, а также ПАТ, осуществляемый через клетки растений, такие какклетки паренхимы, проводящих тканей и перицикла (Leyser, 2002). В побегеПАТ направлен базипетально, от апикальной меристемы и молодых листьевк корню, от кончика корня ауксины движутся акропетально до зоныобразованиябоковыхкорней.ПАТопределяетформированиеконцентрационного градиента ауксинов, что является важной особенностьюдействия этого класса гормонов.
Концентрационный градиент ауксиновиграет роль в координации развития его отдельных частей, предопределяетструктуру и позицию органов и тканей растений. Так, наличие градиентаауксинов важно для определения апикально-базальной оси зародыша вэмбриогенезе, формирования меристемы корня, а также закладки листовыхпримордиев и примордиев боковых корней. Анализ мутантов с нарушениемтранспорта ауксинов и ответа на ауксины показывает, что созданиеконцентрационных градиентов ауксинов необходимо для правильногоразвития органов и тканей (Sabatini et al., 1999). Данные о локальномизменении концентрации ауксинов в корнях растений при обработке Nodфакторами, позволяют предположить, что возникновение концентрационного69градиента ауксинов также необходимо для формирования примордиевклубеньков (Hirsch et al., 1989; Mathesius et al., 1998; Grunewald et al.
2009).ПАТ регулируется двумя типами каналов-переносчиков ауксинов вклетках растений: «входным каналом» (influx) и «выходным канала» (efflux),при этом направление ПАТ обусловлено расположением этих каналов наразных сторонах клетки. Входной канал ПАТ образуется белками AUX1(AUXIN RESISTANT 1), относящимися к семейству аминоксислотныхпермеаз, и PGP переносчиками (P-гликопротеин из семейства MDR(Multidrug resistance) (Petrásek and Friml, 2009). Выходной канал ПАТобразован небольшими трансмембранными белками-переносчиками PIN (отангл.
названия мутанта pinformed, имеющего нарушения в закладкелатеральных органов побега). Именно их расположение на поверхностиклетки определяет направление ПАТ: так, расположение белков PIN набазальной стороне клетки обуславливает базипетальный ПАТ (Taiz andZeiger, 2002).Причиной ингибирования ПАТ в месте инфекции может бытьнакопление флавоноидов, синтез которых активируется под влиянием Nodфакторов (Wasson et al., 2006; Mathesius, 2008). При инокуляции бобовыхрастений изменяется экспрессия ряда генов AUX и PIN. В частности, в ответназаражениеризобиямиуM.truncatulaвделящихсяклеткахформирующегося примордия клубенька увеличивается экспрессия геновLAX1, LAX2 (like AUX1) и PIN2 (de Billy et al., 2001; Schnabel and Frugoli,2004).
Это, вероятно, связано с тем, что после ингибирования ПАТ ауксиныперераспределяются и локально накапливаются во внутренней коре иперицикле, дающих начало примордиям клубеньков (de Billy et al., 2001;Schnabel and Frugoli, 2004). Подавление активности генов, кодирующихбелки-переносчики ауксинов PIN, приводило к снижению численностиклубеньков, что подтверждает важную роль ауксинов в закладке клубеньков(Huo et al., 2006).70Наряду с ауксинами в процесс формирования клубеньков вовлечены ицитокинины (Lohar et al., 2004; Leibfried, 2005; Gonzalez-Rizo et al., 2006;Tirichine et al., 2007; Plet et al., 2011). Позитивная роль цитокининов приклубенькообразовании была впервые показана в экспериментах с ихэкзогенным добавлением к растениям, что вызывало образование клубенькоподобных структур на корнях бобовых растений (Libbenga et al.
1973, Cooperand Long, 1994; Heckmann et al., 2011). При добавлении экзогенногоцитокинина БАП у бобовых растений возрастала экспрессия симбиозспецифичных генов (Enod2, Enod40), которые обычно активируются придействии Nod-факторов.Выявление у бобовых растений мутантов по генам, кодирующимрецептор к цитокининам, позволило получить доказательства того, чтоцитокинины регулируют развитие симбиотических клубеньков. У мутантовM. truncatula с нарушением функции гена рецептора к цитокининам CRE1(CYTOKININ RESPONSE 1) и L. japonicus с нарушением функции гена LHK1(Lotus HISTIDINE KINASE1, гомолог CRE1) наблюдалось подавлениеразвития клубеньков (Gonzalez-Rizzo et.
al., 2006; Murray et. al., 2007).Напротив, усиление функции гена LHK1 у L. japonicus (snf2), приводило кобразованиюклубеньковвотсутствиеризобий(спонтанноеклубенькообразование) (Tirichine et. al., 2007). Клонирование мутантногогена snf2 показало наличие доминантной мутации в гене LHK1, которыйявляетсягомологомAHK4/CRE1Arabidopsis(ArabidopsisHISTIDINEKINASE4/ CYTOKININ RESPONSE1), при этом мутация была локализована вовнеклеточном CHASE домене рецептора к цитокининам (Inoue et al., 2001). Уsnf2 мутанта формировались свободные от ризобий клубенько-подобныеструктуры, которые были похожи на клубеньки, образующиеся прибактериальной инокуляции (Murray et al., 2006). Сходным образомтрансформация растений Medicago генетической конструкцией для синтезаMtCRE1сзаменойвCHASEдомене71(L267F),чтоопределялоконститутивную активацию рецептора, приводила к появлению спонтанныхклубеньков (Ovchinnikova et al., 2011).Особенности работы рецептора к цитокининам были хорошо изученына модельном растении арабидопсисе, у которого было выявлено несколькорецепторов - CRE1 (AHK4/CRE1/WOL), AHK2, и AHK3 (Higuchi et al., 2004).Рецепторы представляют собой белки, содержащие гистидин-киназы,компонентысистемы«фосфореле»,которыефосфорилируютфосфопереносящие белки АНР (Arabidopsis Histidine Phosphotransfer Proteins)(рисунок 14) (Muller and Sheen, 2007).Рисунок 14.
Схема организации пути передачи сигнала при ответе нацитокинины (Hutchison and Kieber, 2002).Белки АНР осуществляют перенос фосфатной группы при активациитрансмембранных рецепторов к регуляторам ответа ARR (ArabidopsisResponse Regulators), находящимся в ядре. В геноме арабидопсисаобнаружено 23 гена семейства ARR, которые разделяют на две большиегруппы:ARRA-типатранскрипционнымииВ-типа.ARRфакторами,ARRактивирующимиB-типаявляютсяэкспрессиюгенов-мишеней.
Среди активируемых мишеней - репрессоры цитокинового ответаARR A-типа, которые являются антагонистами ARR В-типа и необходимы72для ингибирования цитокининового ответа по механизму отрицательнойобратной связи (To et al., 2004) (рисунок 14).Таким образом, сигнальный каскад, активирующийся при действиирецептора к цитокининам, включает три компонента: белок-переносчикфосфата, транскрипционный фактор RR Б-типа, который связывается спромоторами цитокин-регулируемых генов и активирует их, а такженегативный регулятор цитокининового ответа RR А-типа.Помимо рецепторов к цитокининам у бобовых растений M.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
