Диссертация (1144752), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Этоспособствует активации другого сигнала в побеге (SDI, от англ. shoot derivedinhibitor), который поступает в корни и ингибирует дальнейшую закладкуклубеньков.Ранеевыполненныеисследованияпоказали,чтовавторегуляцию у бобовых растений в побеге могут быть вовлеченынесколько рецепторов с лейцин-богатыми повторами во внеклеточныхдоменах. Среди них CLAVATA1- (CLV1) и CLAVATA2 (CLV2)-подобныерецепторы, а также KLAVIER (KLV), демонстрирующие достаточно высокийпроцент сходства с CLV1, CLV2 и RPK2 (TOAD2), работающими вмеристеме побега у арабидопсиса (Searle et al., 2003; Oka-Kira et al., 2005).Мутациивгенахclv1,clv2,атакжеklv,приводятксуперклубенькообразующему фенотипу (Krusell et al., 2002; Searle et al., 2003;Schnabel et al., 2005; Krusell et al., 2011).
Сигнальными молекулами,вырабатываемыми в корне и запускающими систему авторегуляции (RS),могут являться CLE-пептиды (Mortier et al., 2010). Природа сигнала,выделяемая в побеге (SDI), остается неизвестной. Кроме того, практическинеизученным остается вопрос о том, на какие мишени в корне растениядействует SDI сигнал, поступление которого в корень зависит от системырецепторовдальнейшегоCLV1,CLV2изученияиKLV.сигнальногоклубенькообразования.13ЭтоопределялообменапринеобходимостьавторегуляцииЦель и задачи работыОсновной целью работы явилось изучение сигнальной регуляцииразвития симбиоза между горохом P. sativum L. и клубеньковымибактериями, начиная от активации рецепторов при связывании сигнальныхмолекул,домедиаторамипередачиответасигналанакомпонентамиуровнетканейисигнальныхклетокпутейи(гормонамиитранскрипционными факторами).Длядостиженияпоставленнойцелинеобходимобылорешитьследующие задачи:1.
Изучитьугорохапотенциальныерецепторыксигнальныммолекулам клубеньковых бактерий Nod-факторам, провести анализ ихсвязывающей способности с лигандами и исследовать возможность участия вформировании олигомерных комплексов.2. Провести поиск и изучить у гороха потенциальные рецепторы кхитоолигосахаридам с разной степенью полимеризации, необходимых дляразвития симбиоза и активации защитных систем растения.3. Изучить роль фитогормонов цитокининов и ауксинов в контролеразвития симбиотических клубеньков.4.
Исследоватьрольгомеодомен-содержащихтранскрипционныхфакторов KNOX и WOX семейств в контроле органогенеза симбиотическихклубеньков.5. Изучитьрегулированииособенностиугорохасигнальногочислаобменаформирующихсяавторегуляции симбиоза).14присистемномклубеньков(приГлава I. Современные представления об особенностях сигнальногообменамеждубобовымирастениямиимикроорганизмамиприформировании симбиотических отношений (обзор литературы).1.1 Избирательность взаимодействия растений с микроорганизмамиопределяется способностью растений распознавать на молекулярномуровне отличительные особенности микроорганизмов.Одним из условий существования растений является развитиеспособностивзаимодействоватьсширокимкругомпочвенныхмикроорганизмов - грибами, бактериями, актиномицетами, простейшими.При этом характер взаимоотношений может быть достаточно разнообразным–патогенным,нейтральным,мутуалистическим.Растенияобладаютгенетически запрограммированной способностью узнавать отличительныеособенности микроорганизмов.
В основе такой избирательности лежитспособность растений различать определенные компоненты поверхностимикроорганизма и (или) выделяемые им в среду сигнальные соединения,которые в современной литературе получили обобщенное название молекулярные структуры микроорганизмов, способные вызывать иммунныйответ (от англ. microbe-associated molecular patterns, MAMPs). От способностирастений различать MAMPs зависит дальнейшее развитие реакций намикроорганизм.Узнавание микроорганизма в качестве патогена на ранних этапахвзаимодействия является одним из условий включения защитных реакций ивозникновениясостоянияустойчивости.Восноверазвитиямутуалистических взаимодействий лежит способность микроорганизмовизбегать активации защитных систем растения или подавлять их.
При этомпроцесс узнавания носит характер молекулярного взаимодействия междумембранными рецепторными системами растений и MAMPs. Неслучайно у15высших растений наиболее широко представлен класс интегральныхмембранных рецепторов и ассоциированных с мембраной рецепторов. Этирецепторы составляют ~ 2.5 - 4% всех белков, кодируемых растительнымгеномом. Активация рецепторов приводит к развитию комплекса ответныхреакций у растений, в основе которых лежит запуск определенныхсигнальных путей.Примерами соединений, вызывающих иммунный ответ у растений,являютсябелки(флагеллины,факторэлонгациитранскрипции),пептидогликаны (муреин, мукопептиды), липополисахариды, полисахариды(глюканы и хитин) и некоторые другие соединения.
Отдельные соединенияобладают иммуногенной активностью как у растений, так и у животных(например, флагеллин), что может указывать на универсальность системрецепции таких соединений. Однако отличия в организации и специфичностипо отношению к лиганду таких рецепторных систем у животных и растений,позволяет думать об их независимом происхождении у животных и растенийв процессе конвергентной эволюции.Одним из основных классов соединений, вызывающих иммунный ответрастений, является хитин и его производные, мономерными остаткамикоторых является N-ацетилглюкозамин, а также пептидогликан муреин и егопроизводные, у которых остатки N-ацетилглюкозамина чередуются с Nацетилмурамовой кислотой.Хитин и его производные присутствуют в клеточной стенке многихфитопатогенных грибов и способны активировать комплекс защитныхреакций при взаимодействии с растениями.
При изучении модельныхрастений (арабидопсис, рис) было показано, что в рецепцию хитина и егонизкомолекулярных производных вовлечены различные LysM-содержащиерецепторы: LysM-GPI-рецепторы (содержащие на С-конце гликолипидгликозилфосфатидилинозитол, который выполняет функцию заякоривания вмембране),атакжетрансмембранные16LysM-рецепторы.Достаточнораспространенной является классификация, согласно которой внеклеточныеLysM-рецепторы, которые содержат только GPI заякоривающий гликолипид,называютLYMили(extracellularLYPLysMproteins),тогдакактрансмембранные рецепторы относят к двум классам: LYK (LysM domaincontaining receptor-like kinases, LysM-РПК) c активными киназнымидоменами и LYR (LYK related) с измененными киназными доменами, частонеактивными.
Например, у риса для рецепции необходимы два белкаOsCEBiP (LysM-GPI рецептор) и OsCERK1 (трансмембранная LysM-РПК),формирующие комплекс (Kaku et al., 2006; Shimizu et al., 2010). Уарабидопсиса в связывании хитина и хитоолигосахаридов также участвуютнесколькорецепторовгомоолигомерныеиAtCERK1AtCERK1/AtCERK1,AtLYK5,такформирующиеикакгетероолигомерныеAtCERK1/AtLYK5 комплексы (Miya et al. 2007; Iizasa et al., 2009; Petutschniget al., 2010; Liu et al., 2012; Wan et al., 2012; Cao et al., 2014).Умуреина,входящеговсостав клеточнойстенкибактерий,олигосахаридный остов является важным для иммуногенной активности этихсоединений (Gust et al., 2007).
Исследования последних лет показали, что урастений в узнавание муреина вовлечены специализированные белки с LysMмотивами. Так у арабидопсиса в рецепцию муреина вовлечены белкиAtLYP2,AtLYP3(относятсяфосфатидилинозитольнымкLysM-GPI-рецепторамзаякоривающимучастком),гликозилcатакжетрансмембранная LysM-РПК AtCERK1 (Gimenez-Ibanez et al., 2009; Willmannet al., 2011). Вместе эти три белка формируют олигомерный комплексAtLYP2/ AtLYP3/ AtCERK1.
Интересно отметить, что в рецепцию хитина имуреина у арабидопсиса вовлечена одна и та же LysM-РПК AtCERK1,которая осуществляет эту способность при формировании комплекса сразными дополнительными белками. У представителя бобовых растений M.truncatula в настоящее время выявлен только CEBiP-подобный LysM-GPIбелок LYM2, необходимый для рецепции муреина (Fliegmann et al., 2011).17Таким образом, у растений через формирование комплекса междуразными LysM-рецепторами реализуется способность узнавать различные построению соединения, мономерными остатками которых является Nацетилглюкозамин. При этом представления о том, как осуществляетсярецепция хитина, муреина и производных этих соединений, способныхвызывать сильный иммунный ответ, ограничены только модельнымирастениями (арабидопсис, рис) и остаются малоизученными для другихрастений.1.2.Сигнальныйобменмеждубобовымирастениямиимикроорганизмами на ранних этапах формирования симбиотическихотношений.Среди растений широко распространена способность образовыватьмутуалистические ассоциации с микроорганизмами.
В одних случаяхмикроорганизмы развиваются на поверхности растения, используя продуктыего жизнедеятельности (эпифитная микрофлора). В других обитают вполостях растительного организма (межклеточная эктомикориза). Наконец,многие м/о проникают непосредственно в ткани и клетки хозяина, вступая вовнутриклеточный симбиоз (азотфиксирующие бактерии порядка Rhizobiales,арбускулярная микориза).Избирательность взаимного узнавания между бактериями порядкаRhizobiales и бобовыми растениями определяется секрецией и рецепциейсигнальных молекул партнеров (Schultze and Kondorosi, 1998).
На раннихэтапах взаимодействия растения выделяют флавоноиды в ризосферу,которые в свою очередь стимулируют синтез и выделение ризобиямиключевых факторов клубенькообразования - Nod-факторов (Denarie et al.,1996; Long, 1996). Nod-факторы, выделяемые ризобиями, запускаюткомплекс специфичных ответов в эпидерме, перицикле и коре корня18растения, тем самым обеспечивая основу для последующего проникновенияризобий в клетки растений, развития инфекции и морфогенеза клубеньков.Nod-факторы представляют собой олигомеры ß-1,4-N-ацетил-D-глюкозамина(4 – 6 остатков), декорированные жирной кислотой на невосстанавливающемконце молекулы.
В зависимости от вида ризобий дополнительные заменымогут присутствовать на олигосахаридном остове этих молекул (рисунок 1)(Perret et al. 2000). Эти замены, также как и структура жирной кислотыопределяют биологическую активность Nod-факторов, а специфические геныклубенькообразования(nodгеныризобий)контролируюттипыирасположение этих замен. Например, Nod-факторы, выделяемые S. meliloti,который является микросимбионтом большинства видов Medicago, являютсяО-сульфатированными по редуцирующему концу, O-ацетилированными понередуцирующему концу и содержат специфическую жирную кислоту C16:2(рисунок 1).Рисунок 1.
Структура Nod-факторов, выделяемых S. meliloti, Rh.leguminosarum bv. viciae и M. loti (Oldroyd and Downie, 2008).Присутствие ацетата на невосстанавливающем конце и жирнойкислоты С18:1, C18:4 характерно для Nod-факторов, выделяемых Rh.19leguminosarum bv. viciae, который является микросимбионтом гороха и вики(Perret et al. 2000). Nod-факторы M. loti, являющегося симбионтом лядвенца,содержат жирную кислоту С16:0, C16:1, C18:1 и фукозильную группу наредуцирующем конце молекуле. Такова структура основных «мажорных»Nod-факторов, выделяемых этими тремя видами бактерий. Однако каждыйвидвыделяетсмесьNod-факторов,такколичествоостатковN-ацетилглюкозамина может варьировать от 3 до 5, другой может быть жирнаякислота в составе Nod-факторов.
Наконец, не все Nod-факторы несут полныйнабор замен, характерных для данного вида ризобий.Специфичность взаимодействия Nod-факторов с растением-хозяином иочень низкие концентрации этих молекул (10-13 – 10-9 М), при которыхпроявляется их биологическая активность, предполагают существованиеспецифичных рецепторов к Nod-факторам у бобовых растений (Ben Amor etal., 2003; Radutoiu et al., 2003; Limpens et al., 2003). Анализ литературныхданных показывает, что кандидатами на роль рецепторов к Nod-факторамявляются рецептор-подобные киназы с LysM-мотивами (LysM-РПК) вовнеклеточных доменах. Такие рецепторы могут содержать активные(способные к фосфорилированию) и неактивные киназные домены (неспособные к автофосфорилированию) (Madsen et al., 2003; Limpens et al.,2003; Radutoiu et al., 2003; 2007; Smit et al., 2007).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
