Диссертация (1144752), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В результате такого анализа быливыявлены аминокислоты в LysM-участках и киназных доменах, которыенаходятся под влиянием «позитивного» отбора (отбор идет в пользупоявления«новых»аминокислотвпоследовательностигена)и«негативного» отбора, когда сохраняются консервативные аминокислоты(Lohmann et al., 2010). Одной из аминокислот, находящейся под действиемпозитивного отбора оказался Leu118 в белковой молекуле. Таким образом,43сравнительный анализ белков филогенетически близких видов позволяетвыявлять аминокислоты, находящиеся под действием позитивного отбора.Появлениевариабельностиаминокислотможетбытьобусловленоадаптацией белковой молекулы к измененной структуре Nod-факторов(Lohmann et al., 2010).Для отдельных LysM-участков внеклеточного домена рецептора NFPM.
truncatula (гомолог рецептора NFR5 L. japonicus) были также построеныпространственные модели (Mulder et al., 2006). Анализ показал, что каждыйLysM-участок имеет вторичную структуру β1α1α2β2 (чередующиеся бетаслой – альфа спираль – альфа спираль – бета слой) (Mulder et al., 2006). Примоделировании каждый LysM-участок представлял собой трехграннуюпирамиду, две грани которой представлены β1α1 (бета слой 1 – альфаспираль 1, поверхность А) и α2β2 (бета слой 2 – альфа спираль 2,поверхность В), а третья грань – достаточно вариабельна (поверхность С)(рисунок 10).
Моделирование взаимодействия белка с лигандом («докинг»)показало, что сахарный остов молекулы Nod-фактора может быть связан состатками аминокислот, расположенными в так называемом «желобке» вLysM2-участке между альфа 2 спиралью и бета 2 слоем (рисунок 10). ВLysM2-участкесульфатнаягруппаNod-факторанаходитсявнепосредственной близости от остатка лизина 114 (Lys114), а в LysM1участке рядом с остатком лизина 52 (Lys52) (Mulder et al., 2006). Такимобразом, в молекуле рецептора были выделены отдельные аминокислоты,которые гипотетически могут участвовать в связывании Nod-факторов.Несколько позже была построена модель полного внеклеточного доменарецептора NFP, при этом в качестве шаблона была впервые использованаLysM-РПК растений CERK1 (Liu et al., 2012; Lefebvre et al., 2012).
Наосновании моделирования, выполненного для полного внеклеточного доменаNFP, была вновь предсказана важная роль LysM2-участка в узнавании Nodфакторов (Lefebvre et al., 2012). Таким образом, на основании построенных44моделей и для NFR5 и для NFP была предсказана важная роль внеклеточныхдоменов этих LysM-РПК в узнавании Nod-факторов.Рисунок 10. Моделирование взаимодействия между тремя отдельнымиLysM-участками рецептора NFP и основным Nod-фактором S. meliloti(Mulder et al., 2006).Это предположение было подтверждено экспериментально, когда припоследовательнойзаменеотдельныхLysM-участковрецептораNFP,соответствующими LysM-участками рецептора SYM10 гороха (SYM10является ортоголом NFP), было показано, что LysM2-участок может игратьразную роль в контроле развития ранних симбиотических реакций иинфекционного процесса при симбиозе (Bensmihen et al., 2011).
Приэкспрессии в растениях Medicago химерного рецептора, в котором полныйвнеклеточный домен рецептора NFP был заменен на внеклеточный доменрецептора SYM10, наблюдали развитие ранних симбиотических реакций вответ на инокуляцию ризобиями S. meliloti, включая индукцию гена нодулинаMtEnod11.Следовательно,внеклеточные45доменыдвухрецептороввыполняют эквивалентную роль в связывании Nod-факторов (NodSm-IV,C16:2, S) и активации ранних симбиотических реакций (Bensmihen et al., 2011).Напротив, если в химерном рецепторе присутствовали LysM1- иLysM3-участки рецептора SYM10 и один LysM2-участок рецептора NFP, тонаблюдали формирование нормальных инфицированных клубеньков.
Такиеданные указывают на изменяющуюся специфичность рецептора NFP присимбиозе, поскольку LysM2-участок необходим для контроля развитияинфекции, но в инициации ранних симбиотических реакций он не играетстоль важной роли (Bensmihen et al., 2011). Возможным объяснением этихданных может быть то, что NFP проявляет разную специфичность в составеразных рецепторных комплексов (что вполне соответствует двухрецепторноймодели рецепции Nod-факторов). Дальнейший структурно-функциональныйанализ рецептора NFP, при котором проводили замену в LysM2-участкеаминокислот, предположительно играющих важную роль в связывании Nodфакторов у M.
truncatula, показал, что такие замены нарушают развитиеинфекционного процесса (Bensmihen et al., 2011).1.2.7. Минимальные изменения в киназном домене LysM-рецепторподобных киназ связаны с дивергенцией сигнальных путей, ведущих кразвитию симбиоза и патогенеза.В предыдущем разделе было рассмотрено, как специфичность поотношениюкNod-факторамможетбытьсвязанасоструктуройвнеклеточных доменов LysM-РПК растений. Возникает вопрос о том,выявлены ли какие-либо специфические особенности организации киназныхдоменов симбиотических рецепторов.Известно,чтоNod-факторыпосвоейструктуреявляютсямодифицированными аналогами хитиновых олигосахаридов – элиситоров,выделяемых при разрушении клеточной стенки фитопатогенных грибов и46вызывающих развитие защитных реакций у растений.
При рецепции Nodфакторов и олигомеров хитина могут активироваться реакции, общие длядвух сигнальных путей. Транскриптомный анализ корней L. japonicusпоказал, что Nod-факторы не только активируют симбиотические гены, но ивызываютвременнуюактивациюгенов,контролирующихразвитиезащитных реакций у растений (Nakagawa et al., 2010). Среди них гены,кодирующие халконсинтазу (chalcone synthase, CHS), фенилаланинаммонийлиазу (phenylalanylammonium lyase, PAL) и изофлавонредуктазу (isoflavonereductase, IFR), при этом также наблюдается синтез фитоалексинов (Savoureet al., 1997). Nod-факторы вызывают временную индукцию синтеза активныхформ кислорода в верхушках корневых волосков, так же как ихитоолигосахариды (Cardenas et al., 2008).
Активация защитных реакцийпроисходитчерезрецепторкNod-факторам.Напротив,хитиновыеолигосахариды способны активировать симбиотические гены Nin, Nsp1,Nsp2, кодирующие транскрипционные факторы, через активацию отдельногорецептора, независимо от рецептора к Nod-факторам. Это свидетельствует обэволюционном родстве двух сигнальных путей, что определило интерес кпоискуспецифичныхзаменвкиназныхдоменахLysM-РПК,контролирующих развитие симбиоза и патогенеза. Анализ растений,трансформированныххимернымиконструкциями,содержащимивнеклеточный домен рецептора NFR1-EX L. japonicus и киназный доменрецептора A. thaliana CERK1-KIN, показал, что замена небольшойпоследовательностивкиназномдоменеArabidopsisCERK1напоследовательность YAQ из соответствующего района киназного доменаNFR1 определяла способность трансформированного мутанта по гену nfr1формировать нормальный симбиоз с M.
loti (Nakagawa et al., 2011).Это означает, что в дополнение к возможным комплементарным поотношению к структуре Nod-факторов изменениям внеклеточного доменаLysM-РПК, небольшие изменения в киназном домене сыграли важную роль в47адаптации внутриклеточного сигнального каскада, ведущего к развитиюзащитных реакций, к сигнальному каскаду, ведущему к развитию симбиоза.Это было, по-видимому, ключевым генетическим событием в эволюциибобово-ризобиального симбиоза у бобовых растений.1.3. Характеристика компонентов «общего сигнального пути» у бобовыхрастений, активируемого Nod-факторами.При рецепции Nod-факторов у бобовых растений активируетсясигнальныйкаскад,приводящийкиндукцииэкспрессиисимбиоз-специфичных генов (Horvath et al., 1993, Lohar et al., 2006).
Анализсимбиотических мутантов бобовых растений выявил общий набор генов,необходимых не только для развития бобово-ризобиального симбиоза, но идля установления симбиоза бобовых растений с грибами АМ, а такжеактиноризного симбиоза с азотфиксирующими бактериями из рода Frankia(Gianinazzi-Pearson, 1996; Catoira et al., 2000; Oldroyd and Long, 2003; Kistneret al., 2005; Groth et al., 2010; Svistoonoff et al., 2014). При этом оказалось, чтодля связывания Myc-факторов и сигналов, выделяемых бактериями Frankia(природа этих сигналов остается невыясненной), необходимы отдельныерецепторы, тогда как часть дальнейших компонентов сигнального путиявляются общими для бобово-ризобиального симбиоза, симбиоза с грибамиАМ и актиноризного симбиоза (Maillet et al., 2011; Svistoonoff et al., 2014).Активация компонентов «общего сигнального пути» необходима длясоздания периодических колебаний концентрации кальция в ядре иоколоядерном пространстве и декодировании этого сигнала.В настоящее время компоненты так называемого «общего сигнальногопути» выявлены у модельных бобовых растений – M.
truncatula и L. japonicus(Oldroyd and Downie, 2008; Genre and Russo, 2016) и их гомологи найдены усельскохозяйственно-значимых бобовых (рисунок 11).48Одним из первых компонентов является LRR-рецептор-подобнаякиназа (от англ. leucine-rich repeats), принадлежащая к семейству рецепторовс лейцин-богатыми повторами во внеклеточном домене (Endre et al., 2002;Stracke et al., 2002). У Lotus этот белок кодируется геном LjSYMRK(SYMBIOSIS RECEPTOR-LIKE KINASE), у Medicago MtDMI2 (DOES NOTMAKE INFECTION2), его ортолог найден и у гороха PsSym19 (Schneider et al.,1999; Stracke et al., 2002). Эксперименты по локализации белка показали егоприсутствие в цитоплазматической мембране клеток эпидермы корня.Рисунок 11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
