Диссертация (1144752), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Наличие LysM-мотивов уданных рецепторных киназ позволяет отнести их к белкам, связывающимсоединения, состоящие из остатков N-ацетилглюкозамина, к которымотносятся и Nod-факторы. Ранее LysM-мотивы были выявлены в ферментахмуреингидролазах и хитиназах, способных расщеплять муреин и хитин(Bateman and Bycroft, 2000). Однако, несмотря на выявление возможныхкандидатов на роль рецепторов к Nod-факторам, молекулярные механизмырецепции Nod-факторов на поверхности корней бобовых растений иактивации дальнейших внутриклеточных путей передачи сигнала остаются20далекими от понимания. Более детальный анализ имеющихся в литературеданных по рецепторам будет проведен нами в следующей главе.Растения способны формировать и другой тип симбиоза с грибамиарбускулярной микоризы (АМ).
В основе взаимодействия растений сгрибами АМ также лежат сложные сигнальные взаимодействия. Растениявыделяют соединения стриголактоны, которые стимулируют развитиегрибов. В свою очередь, грибы АМ выделяют сигнальные молекулы Mycфакторы, которые играют основную роль в развитии внутриклеточногосимбиозарастенийсгрибамиАМ.Относительнонедавногруппеисследователей удалось определить структуру этих соединений, выделяемыхгрибомАМRhizophagusirregularis(Mailletetal.2011).Этилипохитоолигосахаридные молекулы очень похожи по структуре на Nodфакторы, но имеют меньшее разнообразие заместителей (только сульфат навосстанавливающем конце) и жирную кислоту C16:0 и C18:1 (рисунок 2) (Mailletet al., 2011).
В дополнение к Myc-факторам грибы АМ выделяют олигомерыхитина, состоящие из 4-5 остатков N-ацетилглюкозамина (рисунок 2) (Genreet al., 2013).Рисунок 2. Химическая структура Myc-факторов и хитоолигосахаридов(Maillet et al., 2011). а - ЛХО-IV (C16:0,S), б - ЛХО-IV(C18:1 D9Z), в – ХОС.21Рецепторов к Myc-факторам и олигомерам хитина (n = 4-5) донастоящего времени выявлено не было, однако кандидатами на их роль могутбыть белки, во внеклеточных доменах которых также содержатся LysMмотивы. В частности, у M. truncatula кандидатом на роль рецептора к Mycфакторам является LYR1 - трансмембранный LysM-рецептор с неактивнымкиназным доменом, активация которого наблюдается при микоризации(Gomez et al., 2009).Таким образом, по-видимому, растения обладают эффективнымисистемами рецепции для всех видов соединений, состоящих из остатков Nацетилглюкозамина и имеющих очень близкое строение.
В рецепцию этихмолекулурастениймогутбытьвовлеченыбелки,отличительнойособенностью которых является наличие LysM-мотивов. Такое сходствоуказывает на эволюционный консерватизм у растений систем рецепциимолекул, построенных из остатков N-ацетилглюкозамина. При этом однисоединения – хитин, муреин и их производные вызывают у растенийразвитие комплекса защитных реакций. Другие соединения – Nod-факторы,Myc-факторы и короткие хитоолигосахариды (n = 4-5), напротив, вызываютразвитие симбиотических реакций.
Как растения различают эти структурносходные сигнальные молекулы, контролирующие формирование у растенийустойчивости к патогенной микрофлоре и эффективность симбиоза,представляет значительный интерес для анализа.Одним из направлений наших исследований было изучение рецепторовбобовыхрастений,вовлеченныхвсвязываниесигнальныхмолекулхитоолигосахаридной природы (Nod-факторов, Myc-факторов и короткихолигомеров хитина). На этом примере мы попытались выяснить, какнепосредственно осуществляется рецепция таких молекул растениями, какорганизованы рецепторы, каков механизм их связывания с лигандами и какосуществляется передача сигнала в растении. Эти исследования необходимы22для того, чтобы понять, как растения отличают структурно-сходные сигналысимбиотических и патогенных микроорганизмов.1.2.1.
Развитие азотфиксирующих клубеньков у бобовых растенийявляется результатом координации процессов в эпидерме и коре корнябобовых растений.Взаимодействие между ризобиями и бобовыми растениями приводит кразвитию нового симбиотического органа - корневого клубенька, в которомбактерии дифференцируются в бактероиды и реализуют свою способностьфиксировать молекулярный азот. Развитие азотфиксирующих клубеньковопределяется активацией ответных реакций на действие Nod-факторов вразличных тканях растения – в эпидерме, коре и перицикле корня. Прирецепции Nod-факторов в клетках эпидермы корня происходят измененияконцентрации ионов K+, H+ и Cl- на внутренней и внешней сторонахмембраны и, как следствие, деполяризация мембраны (Ehrhardt et al., 1992,1996; Harris et al., 2003), возрастает концентрация Ca2+ в районе кончикакорневого волоска (Сa2+ flux), а затем возникают колебания концентрациикальция («кальциевые волны», от англ.
calcium spiking) в перинуклеарномпространстве клеток эпидермы (Felle et al., 1999; Engstrom et al., 2002;Charron et al., 2004), наблюдаются изменения в структуре цитоскелета(разборка и сборка актиновых микрофиламентов) (Van Brussel et al., 1992; deRuijter et al., 1999), что приводит к деформации корневых волосков иобразованию характерных выростов (от англ. outgrowths) (Lerouge et al.,1990) (рисунок 3). Nod-факторы вызывают индукцию экспрессии симбиозспецифичных генов ранних нодулинов (ENOD генов, early nodulins) (Horvathet al., 1993; Albrecht et al., 1998). У бобовых растений экспрессия геновранних нодулинов является маркером активации сигнального каскада в ответна связывание клетками корня растений Nod-факторов (Cook et al., 1995;Journet et al., 2001).23Инфицирование тканей у большинства бобовых растений происходитчерез корневые волоски (клетки эпидермы).
Развитие симбиотическихреакций в клетках эпидермы корня предшествует проникновению в нихризобий, которое начинается со «скручивания» корневого волоска вокругклетки бактерии и формирования микроколонии. Во внутренней областисгиба волоска происходит локальное разрушение клеточной стенки сучастием литических ферментов обоих партнеров. Происходит «впячивание»мембраны растительной клетки в цитоплазму, посредством которогомикроколония делящихся бактерий попадает внутрь корневого волоска(Turgeon and Bauer 1985). В результате вокруг бактерий формируетсяинфекционная нить (ИН), стенки которой по структуре сходны с клеткамирастительных клеток, а пространство заполнено клетками делящихсябактерий, находящихся в полисахаридном матриксе (Gage, 2004).У некоторых бобовых растений проникновение ризобий в ткани корняпроисходит не через корневой волосок, а через разрывы в эпидерме, какправило, образующиеся в месте выхода примордия бокового корня.
В этомслучае формирование ИН происходит в области таких разрывов вэпидермальном слое (Oldroyd and Downie 2008).Вызываемые Nod-факторами ответные реакции в эпидерме четкоскоординированы с процессами, происходящими в коре – реактивациейделений этих клеток и формированием примордия клубенька (Spaink et al.,1991; Oldroyd and Downie, 2008). Эксперименты с флуоресцентными Nodфакторами показали, что эти молекулы не проходят через мембрану, аостаются связанными с поверхностью клеток (Goedhart et al., 2000).Поскольку Nod-факторы не проникают внутрь корня, а остаются связаннымис клетками эпидермы, в контроль процессов реактивации делений клетокмогут быть вовлечены компоненты сигнального каскада, участвующие впередаче сигнала от Nod-фактора и эндогенные регуляторы самого растения(в частности, фитогормоны).24У группы бобовых растений (L.
japonicus, Glycine max), которыеформируют клубеньки детерминированного типа (рисунок 3), реактивацияделений происходит в клетках внешней коры, тогда как у растений (M.truncatula, P. sativum), формирующих клубеньки недетерминированноготипа, напротив, делятся клетки перицикла, эндодермы и внутренней коры.Рисунок3.Схемаразвитиясимбиотическихклубеньковнедетерминированного (А) и детерминированного (Б) типа (Dupont et al.,2012). I - меристема, II – инвазионная зона, III – зона азотфиксации, IV – зонастарения, V- сапрофитная зона.Клубеньки недетерминированного типа характеризуются наличиеммеристемы, которая функционирует в течение длительного времени, чтообеспечивает рост и обновление тканей клубенька (Ferguson et al., 2010;Dupont et al., 2012).
У клубеньков детерминированного типа меристемасуществует лишь в течение короткого периода, а после ее исчезновенияпрекращаетсяростклубенькаиобновлениееготканей.Зрелыедетерминированные клубеньки имеют сферическую форму, а клубенькинедетерминированного типа - цилиндрическую форму. Выявлены и другиеморфофизиологическиеособенности25организацииклубеньковдетерминированного и недетерминированного типа (Ferguson et al., 2010;Dupont et al., 2012).После инокуляции ризобиями инфекционная нить (ИН) достигаетоснования корневого волоска, проникает в ткани коры корня и клеткипримордияклубенька.Пролиферацияклетокпримордияклубенькапродолжается параллельно с ростом ИН, а после того, как ИН достигаетклеток примордия, происходит высвобождение бактерий из ИН в цитоплазмурастительной клетки путем эндоцитоза (Ferguson et al., 2010). Бактерииостаются окруженными перибактероидными мембранами, такие структурыполучили название симбиосомы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
