Диссертация (1144752), страница 13
Текст из файла (страница 13)
truncatula иL. japonicus были также выявлены компоненты цитокининового ответа –транскрипционные факторы RR B-типа (Response Regulator) и негативныерегуляторы RR А-типа, участвующие в передаче сигнала от рецептора кцитокинину (Murray et al., 2007; Tirichine et al., 2007; Ariel et. al., 2012). Этоуказывает на участие компонентов «фосфореле» в передаче сигнала приразвитии симбиотических клубеньков.Цитокинины, по-видимому, вовлечены в передачу сигнала от Nodфакторов.
У мутантов lhk1 и cre1 по рецептору к цитокининам, в коре корняблокируется экспрессия транскрипционных факторов NSP1, NSP2 и NIN,которые активируются при инокуляции растений ризобиями, выделяющимиNod-факторы (Gonzalez-Rizzo et al., 2006; Crespi and Frugier, 2008; Plet et al.,2011). При этом у мутантных растений не нарушалось связывание Nodфакторов и активация ранних симбиотических реакций, включая индукциюCa2+-волн.Такимактивируемыйконтролируемой(необходимойобразом,цитокининыNod-факторамимогутсигнальныйкаскадкальций-кальмодулин-зависимойдляиндукцииCa2+-волн),бытьнововлеченыпослекиназойпередвстадии,ССaMKактивациейтранскрипционных факторов NSP1, NSP2 и NIN в коре корня, что указываетна тесную интеграцию двух сигнальных путей (Gonzalez-Rizzo et al., 2006;Plet et al., 2011).
Изучение органогенеза симбиотических клубеньков бобовыхрастений дает уникальную возможность для выяснения того, как выделяемые73микроорганизмамисигналыNod-факторыактивируютэндогенныерегуляторы самого растения (фитогормоны) при симбиозе.Таким образом, Nod-факторы запускают реакции в эпидерме корня,приводящие к активации сигнального каскада, и в то же время,манипулируют гормональной системой растений, стимулируя действиеэндогенных регуляторов растений – фитогормонов, прежде всего ауксинов ицитокининов. Как ауксины, так и цитокинины способны регулироватьпролиферацию клеток растений, воздействуя на разные компонентыклеточного цикла.
Связывание гормонов с их рецепторами в клеткахрастений приводит к активации сигнальных каскадов, регулирующихэкспрессию различных генов-мишеней (гормон-чувствительных генов),опосредующие тот или иной физиологический эффект действия гормонов.Компонентысигнальныхпутей,активируемыегормонами,могутвзаимодействовать друг с другом, что обуславливает более тонкуюрегуляцию действия гормонов в тканях растений.Приэтомостаетсяпрактическинеизученнымвопросотом,активируется ли в результате действия Nod-факторов биосинтез цитокининовили Nod-факторы стимулируют переход цитокининов из латентного вактивное состояние.1.4.2. Ключевые регуляторы биосинтеза цитокининов у растений.Известно, что биосинтез цитокининов представляет собой многоэтапныйпроцесс. Одними из ключевых ферментов, вовлеченных в биосинтезцитокининов, являются изопентенилтрансферазы (IPT), кодирующие синтезизопентенил-нуклеотидов из молекул-предшественников (рисунок 15) (Takeiet al., 2004).
В дальнейшем изопентенил-нуклеотиды могут превращаться взеатин-нуклеотиды с участием фермента фитохром Р450-монооксигеназыCYP735A (Takei et al., 2004). Такие соединения представляют собой74неактивные формы цитокининов, которые в дальнейшем превращаются вактивную форму путем дефосфорилирования и дерибозилирования. Однимиз ферментов, выявленных к настоящему времени, катализирующим такуюреакцию, является 5’монофосфат-фосфорибогибролаза LOG (LONELY GUY)(Kurakawa et al., 2007).Рисунок 15.
Основные этапы биосинтеза цитокининов (Hirose andTakei, 2008).Установлено,чтоэкспрессиягенов,вовлеченныхвбиосинтезцитокининов, регулируется другими гормонами. Так, например, ауксиныстимулируют экспрессию IPT5/7 в тканях корня, тогда как экспрессияIPT1/3/5/7 подавляется самими цитокининами (Miyawaki et al., 2004).Экспрессия CYP735A активируется при действии цитокининов в тканяхкорня, и в то же время находится под негативным контролем ауксинов идругого фитогормона – абсцизовой кислоты (АБК) (Takei et al., 2004).
Такимобразом, чтобы выяснить каким образом увеличивается концентрацияцитокининов при действии Nod-факторов, необходимы исследования поизучению активности ряда ферментов при симбиозе, таких как IPT и LOG.751.5. В регуляцию органогенеза клубеньков у бобовых растений можетбытьвовлеченкомплексрегуляторовпролиферацииидифференцировки клеток.Клубенькибобовыхрастенийформируютсяврезультатедедифференцировки и реактивации делений клеток коры корня. У растенийрегуляция этих процессов изучена, главным образом, на примере апикальныхмеристем побега (ПАМ) и корня (КАМ), а также латеральных меристем(перицикл, прокамбий, камбий, феллоген). Основная функция апикальных илатеральных меристем связана с поддержанием пула стволовых клеток, чтопредполагает регуляцию баланса пролиферации и дифференцировки клеток(Groover et al., 2006; Aichinger et al., 2012).
Сходство функций можетопределять участие в контроле этих процессов представителей одних и техже семейств генов в разных типах меристем. Можно предположить, что всилу консервативности этих механизмов изучение основных регуляторовразвития апикальных меристем, позволит выяснить механизмы регуляциипроцессов пролиферации и дифференцировки клеток и для других типовмеристем, в том числе формирующихся de novo (меристема клубеньков присимбиозе).В регуляции пролиферации клеток могут участвовать различныесистемы. Прежде всего, основными регуляторами пролиферации клетокявляются комплексы циклинов и циклин-зависимых киназ.
Важную роль врегуляциипролиферацииклетокиграютфитогормоны,такиекакцитокинины и ауксины. В последние годы было также показано, чтоключевыми генами, определяющими баланс пролиферирующих клеток вмеристемепобегаикорня,являютсягомеодомен-содержащиетранскрипционные факторы WOX (WUSCHEL-related homeobox) и KNOX(KNOTTED1-related homeobox) семейств. Эти два семейства гомеодоменсодержащих транскрипционных факторов относятся к суперсемейству TALE76(Three Amino Acid Loop Extension), представители которых являютсядостаточно консервативными у растений и животных.
У животных онипринимают участие в определении плана строения тела, а у растенийявляются основными регуляторами развития меристем.Гомеодомен-содержащие транскрипционные факторы семейства WOXявляются ключевыми регуляторами пролиферации и дифференцировкиклеток в так называемых «организующих центрах» апикальных меристем,функция которых заключается в стимулировании пролиферации прилежащихк «организующему центру» стволовых клеток и предотвращении ихдифференцировки. В организующем центре апикальной меристемы побегаэкспрессируется ген WUSCHEL (WUS), а его паралог ген WOX5 (WUSCHELRELATED HOMEOBOX5) - в организующем центре апикальной меристемыкорня, который получил название «покоящегося» центра (Aichinger et al.,2012).
Установлено, что WUS и WOX5 функционально эквивалентны иименно эти транскрипционные факторы контролирует размер популяцииприлегающих к «организующему центру» стволовых клеток, поддерживая ихпролиферацию и подавляя дифференцировку (Sarkar et al., 2007; Yadav et al.,2011). Функциональные гомологи генов арабидопсиса были найдены и убобового растения M. truncatula - MtWUS и MtWOX5 (Chen et al., 2009).Участие WUS в локальной и системной регуляции пролиферацииклеток изучено на примере ПАМ.
Известно, что в меристеме побега такаярегуляция осуществляется через взаимодействие транскрипционного фактораWUS с системой CLAVATA и регуляторами цитокининового ответарастений. Исследования на Arabidopsis показали, что транскрипционныйфакторWUSвключающейвзаимодействуетLRR-рецепторныессистемойкиназырецепторовCLAVATA1иCLAVATA,CLAVATA2,лигандом которой является регуляторный пептид CLAVATA3 (CLV3,CLAVATA3/ENOSPERM SURROUNDING REGION) (Aichinger et al., 2012).ТранскрипционныйфакторWUS77стимулируетэкспрессиюгена,кодирующего CLV3 пептид.
В свою очередь, через систему рецепторовCLAVATA CLV3-пептид активирует сигнальный путь, который подавляеттранскрипцию гена WUS, что ограничивает пролиферацию клеток в ПАМ(Schoof et al., 2000; Brand et al., 2000). Взаимодействие WUS-CLAVATAобеспечивает регуляцию тонкого баланса пролиферации и дифференцировкиклеток в меристеме.Сходным образом паралоги генов WUS и CLV3 (WOX5 и CLE40), атакже рецепторная киназа ACR4 (Arabidopsis Crinkly4) контролируют размерпопуляции стволовых клеток в апикальной меристеме корня (КАМ) (Stahl etal., 2009). Более того, в камбии (латеральная меристема) работают WOX4 иCLE41/44, а также CLV1-подобная киназа TDR/PXY (TDIF RECEPTOR/PHLOEM INTERCALATED WITH XYLEM) (Hirakawa et al., 2010).
Этосвидетельствует о наличии общих механизмов в регуляции пролиферации идифференцировки клеток в разных типах меристем у растений.Взаимодействие транскрипционных факторов семейства WOX сгормональной сиcтемой было изучено на примере ПАМ Arabidopsis. Былоустановлено, что WUS подавляет действие негативных регуляторовцитокининового ответа RR А-типа, что локально усиливает действиецитокининов в тканях и стимулирует пролиферацию клеток в побегерастения (Leibfried et. al.
2005). Анализ экспрессии генов цитокининовогоответа ARR A-типа показал, что WUS является репрессором транскрипцииARR5, ARR6, ARR7, ARR15 (Leibfried et al., 2005). Экспрессию самого генаWUS стимулируют цитокинины (Leibfried et al., 2005). Таким образом,транскрипционный фактор WUS контролирует реакцию на цитокинины вмеристеме, подавляя экспрессию генов цитокининового ответа ARR A-типа,но в то же время, экспрессия самого гена WUS контролируетсяцитокининами.Напротив, в КАМ экспрессию гена WOX5 регулируют ауксины,которые играют ключевую роль в развитии корня (Imin et al., 2007; Chen et78al., 2009; Ding and Friml, 2010; Tian et al., 2014). Ауксины влияют наположение и формирование ниши стволовых клеток и покоящегося центра вмеристеме корня, регулируют митотическую активность меристемы корня.Они также вовлечены в развитие боковых корней, поэтому распределениеауксинов в тканях корней имеет ключевое значение для их правильногоразвития.Известно, что в покоящемся центре корня экспрессия WOX5контролируется репрессором ауксинового ответа IAA17/AXR3 (indole-3acetic acid 17 (IAA17) auxin response repressor) и транскрипционнымифакторами ауксинового ответа (ARF – auxin response factor) – ARF10 иARF16 (Ding and Friml, 2010).
Транскрипционные факторы ARF10 и ARF16подавляют экспрессию гена WOX5 и ограничивают ее областью покоящегосяцентра в меристеме корня. C использованием конструкции 35S::WOX5-GR, спомощьюкоторойможнозначительноусилитьтранскрипционнуюактивность WOX5, было показано, что в ответ на активацию WOX5увеличивается экспрессия гена PLT1 (PLETHORA1), (Ding and Friml, 2010). Всвязи с тем, что PLT1 вовлечен в формирование градиента ауксинов вмеристеме корня, действие ауксинов в меристеме корня, а также регуляторов,вовлеченных в формирование градиента ауксинов, и транскрипционногофактора WOX5 тесно взаимосвязано.Ранее было показано, что гены семейства WOX экспрессируются приорганогенезе клубеньков бобовых растений при симбиозе с бактериямиризобиями (Wan et al., 2007).
Однако их роль в формировании подобныхмеристем практически не была изучена. Мы предположили, что механизмдействия транскрипционного фактора WOX5 при формировании меристемыклубеньков может быть достаточно сходным с тем, который наблюдается вапикальных меристемах: WOX5 взаимодействует с системой CLAVATA икомпонентами цитокининового сигнального пути (Osipova et al., 2012).79Независимо от WOX – CLE регуляторной системы в поддержанииактивности меристем важную роль выполняют представители семействаKNOX гомеодомен-содержащих транскрипционных факторов, составляющихдва класса у растений – KNOX1 и KNOX2 (Truernit et al., 2006).Представители KNOX1 класса играют важную роль в регуляции развитияПАМ.СрединихгенSTM(SHOOTMERISTEMLESS)специфичноэкспрессируется в ПАМ и необходим для поддержания ее активности,поскольку мутанты с подавлением функции этого гена характеризуютсязначительной редукцией ПАМ, а иногда и полной ее потерей (Endrizzi et al.,1996; Lenhard et al., 2002).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
