Диссертация (1144752), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При этом подавление экспрессии регуляторов RR Aтипа локально стимулирует действие цитокининов в ПАМ (Skylar and Wu,2011).Мы предположили, что сходное взаимодействие может наблюдаться ипри клубенькообразовании у гороха, поскольку цитокинины необходимы дляформирования клубеньков.
Для проверки данного предположения былииспользовали растения, трансформированные конструкцией 35S::MtWOX5для эктопической экспрессии гена WOX5. При наличии взаимодействия,увеличение экспрессии WOX5, должно приводить к подавлению уровняэкспрессии RR А-типа по сравнению с контролем GUS-OE.Действительно, в наших экспериментах по сверхэкспрессии WOX5было выявлено снижение экспрессии PsRR8 на том сроке после инокуляции(14 дпи), когда уровень экспрессии этого гена обычно достигает высокихзначений у растений дикого типа (рисунок 69). Таким образом, полученныерезультатыпоказали,чтотранскрипционныйфакторWOX5приформировании клубеньков бобовых растений может подавлять экспрессиюнегативных регуляторов цитокининового ответа и тем самым усиливатьдействие цитокининов.207Рисунок 69.
Влияние эктопической экспрессии WOX5 на уровеньэкспрессии гена, кодирующего регулятор цитокининового ответа RR8, вкорнях трансгенных растений гороха.Заключение по части 4.В результате выполненных исследований нами были выявлены двапредставителя семейств KNOX и WOX генов, KNOX3 и WOX5, которые могутиграть существенную роль в контроле развития клубеньков гороха.Действительно, анализ динамики экспрессии генов KNOX3 и WOX5, а такжелокальный анализ экспрессии этих генов в трансгенных растениях,содержащих репортерные конструкции, показал непосредственное участиедвух транскрипционных регуляторов в процессе развития симбиотическихклубеньков у гороха. Ранее роль ТФ KNOX и WOX семейств была изучена,главным образом, для апикальных меристем растений – ПАМ и КАМ.Выполненные нами эксперименты на горохе позволили показать участие врегуляции развития формирующихся примордия/меристемы клубенька ТФ208KNOX и WOX семейств, что предполагает наличие сходных механизмовконтроля развития разных типов меристем у растений с участием «общих»регуляторов.Анализ с использованием репортерных конструкций показал, чтоэкспрессия гена WOX5 связана с активно пролиферирующими клетками какпримордиев боковых корней, так и клубеньков, что свидетельствует обучастии ТФ в контроле двух программ органогенеза (Osipova et al., 2012).Сходным образом экспрессия гена KNOX3 была выявлена в примордияхбоковых корней и клубеньков (Azarakhsh et al., 2015).
При инокуляциирастений ризобиями экспрессия генов KNOX3 и WOX5 увеличивалась и былаглавнымобразомсвязанасклеткамиформирующихсяпримордиевклубеньков. Таким образом, одни и те же гены могут контролироватьначальные этапы развития боковых корней и клубеньков у гороха.У бобовых растений с недетерминированным типом клубеньковпрограмма развития этих органов имеет много общего с программойформирования боковых корней на начальных этапах, поскольку оба этихоргана образуются в результате реактивации делений клеток перицикла иэндодермы.
Это позволило предложить некоторым авторам гипотезу о том,что программа развития клубеньков эволюционировала на основе программыразвития боковых корней. В пользу этого предположения свидетельствуютданные о том, что Nod-факторы могут стимулировать развитие не толькоклубеньков, но и боковых корней (Gonzalez-Rizo et al., 2006; Maillet et al.,2011). При этом стимуляция развития боковых корней Nod-факторамизависит от основных генов, контролирующих передачу сигнала послерецепции Nod-факторов (Maillet et al., 2011).О возможном «рекрутировании» генов, необходимых для развитиябоковых корней, для программы развития клубеньков свидетельствуютданные сравнительного анализа по изучению транскриптомов бобовыхрастений на ранних стадиях клубенькообразования (1 – 2 дпи).
Например,209сравнение транскриптомов инокулированных корней растений дикого типаM. truncatula и мутанта sickle, обработанных Nod-факторами, подтверждаютэтопредположение.Мутантsickleхарактеризуетсяповышеннойчувствительностью к инокуляции и более интенсивным ответом на действиеNod-факторов из-за не восприимчивости к действию этилена (Larrainzar et al.,2015). Авторы показали, что при обработке Nod-факторами у растенийдикого типа и, особенно, у мутанта значительно возрастает экспрессия генов,активность которых связана с контролем органогенеза боковых корней(Larrainzar et al., 2015). При этом значительное увеличение у мутанта sickleколичества примордиев клубеньков, а не боковых корней, свидетельствует отом, что индукция экспрессии этого набора генов связана преимущественно склубенькообразованием (Larrainzar et al., 2015).
Это свидетельствует в пользупредположения о том, что одни и те же гены могут контролироватьначальные этапы развития боковых корней и клубеньков у бобовыхрастений. Представителями таких генов у гороха как раз и являются KNOX3и WOX5.В формирующихся клубеньках транскрипционный фактор KNOX3способен стимулировать биосинтез цитокининов, влияя на гены IPT3 иLOG1, LOG2.
Однако подавление экспрессии KNOX3 у гороха с помощьюРНК-интерференции не влияло на сам процесс закладки клубеньков, чтоможет быть связано с участием транскрипционного фактора KNOX3 вконтроле более поздних стадий развития этих органов. Ранее выполненныенами исследования по изучению влияния цитокининов на развитиеклубеньков показали, что увеличение концентрации цитокининов на болеепозднихэтапахклубенькообразованияможетвлиятьнапроцессыдифференцировки тканей клубеньков (1), снижение уровня защитных системрастения, позволяющих развитие внутриклеточной инфекции (2).
Срегуляцией этих процессов может быть связана функциональная активностьтранскрипционного фактора KNOX3.210При сверхэкспрессииKNOX3 на корняхрастений гороха (безинокуляции) могут образовываться клубенько-подобные структуры, которыебольше напоминают видоизмененные корни (с центральным проводящимпучком).Сходныепроводящимпучкомклубенько-подобныебылиполученыструктурыубобовыхсцентральнымрастенийприсверхэкспрессии генов NIN и NF-Y1, NF-Y2, кодирующих транскрипционныефакторы (Soyano et al., 2014). Полученные результаты позволяют сделатьвывод о том, что транскрипционный фактор KNOX3 может действоватьоднонаправленно с NIN, NF-Y1 и NF-Y2 после стадии, контролируемойкальций, кальмодулин-зависимой киназой (ССаМК).Локализация экспрессии гена WOX5 была связана с делящимисяклетками перицикла, эндодермы и коры, что указывает на участие этоготранскрипционного фактора в регуляции ранних этапов формированияклубеньков и соответствует представлению о том, что WOX5 может бытьвовлечен в регуляцию пролиферации клеток у растений.
При этом мыпоказали, что на активацию экспрессии этого гена могут влиять ауксины.Изменения в распределении ауксинов предшествуют закладке примордияклубенька,чтовероятно,активируетWOX5,которыйстимулируетпролиферацию клеток и контролирует ранние этапы закладки клубенька.211Часть 5. Изучение сигнального обмена при системном регулированиибобовымирастениямичислаформирующихсяклубеньков(авторегуляция симбиоза).Результаты исследований, представленные в данном разделе, былиполучены совместно с аспиранткой Cанкт-Петербургского государственногоуниверситета Лебедевой (Осиповой) Марией Александровной, соруководствокандидатской диссертацией которой осуществлено автором настоящегодиссертационного исследования.Наряду с механизмами локального контроля, в процесс формированияклубеньков у бобовых растений также вовлечены и системные механизмы(так называемая система авторегуляции клубенькообразования, AON – отангл.
autoregulation of nodulation). Растениям необходимо регулироватьчисленность клубеньков, в которых осуществляется азотфиксация, посколькутакой процесс является затратным по потреблению энергии. С помощьюсистемы авторегуляции растение ингибирует дальнейшее формированиеклубеньков на корнях после того, как уже появились первые клубеньки(Caetano-Anolles and Gresshoff, 1991). Ранее выполненные исследованияпоказали, что в авторегуляцию у бобовых растений вовлечены несколькорецепторов с лейцин-богатыми повторами во внеклеточных доменах. Срединих CLAVATA1 (CLV1)-подобный и CLAVATA2 (CLV2) рецепторы,демонстрирующие высокий процент сходства с CLV1 и CLV2, работающимив апикальной меристеме побега (ПАМ) у арабидопсиса (Searle et al., 2003).Кроме того, в контроль процесса авторегуляции вовлечена рецепторподобная киназа KLAVIER (KLV), имеющая достаточно высокий уровеньгомологии с рецептор-подобной киназой RECEPTOR-LIKE PROTEINKINASE 2/ TOADSTOOL 2 (RPK2/TOAD2) Arabidopsis (Oka-Kira et al., 2005;Kinoshita et al., 2010).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
