Диссертация (1144752), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Компоненты «общего сигнального пути» у L. japonicus (Genreand Russo, 2016). RLS – бобово-ризобиальный симбиоз, АМ – симбиоз с грибами АМ.Представители класса растительных LRR-РПК с лейцин-богатымиповторами, имеют эволюционное и функциональное сходство с рецепторамисемейства Toll у Drosophila и Toll-подобными рецепторами других животных(Medzhitov R. et al., 1997; Jurk M. et al., 2002; Choe J.
et al., 2005). Известно,чтоToll-подобныерецепторыучаствуютвраспознаванииMAMPsпатогенных микроорганизмов и в развитии иммунитета у животных(Medzhitov R. et al., 1997; Jurk M. et al., 2002; Choe J. et al., 2005). У растений49некоторые представители семейства LRR-РПК участвуют во взаимодействиис белками, регулирующими развитие растения (Diévart and Clark, 2004).Какова же функция белка при симбиозе? Анализ мутантов по этому генупоказал, что у бобовых растений LRR-РПК LjSYMRK/ MtDMI2/ PsSYM19необходима для передачи сигнала от Nod-фактора и индукции Ca2+-волн вперинуклеарном районе клеток эпидермы после связывания Nod-фактора(Wais et al., 2000; Felle et al., 1999; Engstrom et al., 2002; Charron et al., 2004).LRR-РПК взаимодействует с рецепторами NFR1 и NFR5, что активируетфермент биосинтеза мевалоната HMGR1 (3-гидрокси-3-метилглютарилкофермент A - редуктазу1) (рисунок 11) (Kevei et al., 2007).
Мевалонатявляется важным внутриклеточным регулятором ряда процессов и, повидимому, необходим для симбиоза.Как регулируется процесс выхода кальция из внутриклеточных депо игенерация Ca2+-волн в клетках бобовых растений остается не ясным, но онможет быть сходен с тем, который наблюдается в клетках животных. Вклетках животных активация рецепторов, сопряженных с G-белками,приводиткдиссоциациитримерноймолекулыG-белканадвефункциональные субъединицы: aльфа-субъединицу, содержащую GTP, ибета,гамма-комплекс.Далееaльфа-субъединицавзаимодействуетсферментами фосфолипазой С и фосфолипазой Д, которые гидролизуютнаходящийсявмембранефосфатидилинозитолсобразованиемдиацилглицерола (ДАГ) и инозитол-1,4,5-трифосфата (IФ3). Появление этихвторичных мессенджеров приводит к связыванию с внутриклеточнымирецепторами, находящимися на поверхности внутриклеточных депо кальцияи, как следствие генерации периодических выбросов кальция - Ca2+-волн.Отдельные факты, подтверждающие эту гипотезу, были получены длябобовых растений.
Так эксперименты с ингибиторами показали, что G-белок,фосфолипаза С и фосфолипаза Д могут быть вовлечены в активациюкальциевого сигнального каскада при симбиозе (den Hartog et al., 2001;50D’HaezeandHolsters,2002).Вероятно,впроцессеизменениявнутриклеточной концентрации участвуют пока не идентифицированныерегуляторы внутриклеточных депо кальция. Однако следующий компонент,который определяет изменения кальция уже в ядре, идентифицирован убобовых растений. В формировании Ca2+ - волн в ядре клеток важную рольиграет АТФ-регулируемая кальциевая помпа MCA8 (АТФаза SERCA-типа)(Capoen et al., 2011), локализованная в ядерной оболочке и калиевые каналыCASTOR и POLLUX у L.
japonicas. Ортологом LjPOLLUX у M. truncatulaявляется MtDMI1 (DOES NOT MAKE INFECTION 1) и PsSym8 у гороха(Catoira et al., 2000; Ane et al., 2004; Imaizumi-Anraku et al., 2005; Riely et al.,2007). Наличие участков связывания с другими белками (пролин-богатыми),позволяет рассматривать данные катионные каналы как составную частьмногокомпонентного комплекса.К развитию Ca2+ - волн также имеют отношение белки нуклеопорины,образующие ядерную пору и выявленные у L. japonicus.
По аналогии склетками животных в состав ядерной поры должны входить несколькобелков. К настоящему времени выявлены несколько таких белков – NUP133(Kanamori et al. 2006), NUP85 (Saito et al. 2007) и NENA (Groth et al. 2010)(рисунок 11). Мутации по генам Nup85, Nup133 и NENA блокируютизменениявконцентрациивнутриклеточногокальция,которыеактивируются при запуске Nod-фактор - зависимого сигнального каскада, темсамым демонстрируя, что эти белки играют важную роль в генерациикальциевого сигнала.
Анализ транскриптома растений M. truncatula (ранниестадиипослеинокуляции),позволилтакжевыявитьсущественноеувеличение экспрессии генов MtNup85 и MtNup133, что подтверждает ихучастие и у данного бобового растения в передаче сигнала от Nod-факторов(Larrainzar et al., 2015).Изменения в концентрации Са2+ в ядре активируют кальций,кальмодулин - зависимую протеинкиназу (CCaMK - calcium/ calmodulin –51dependent protein kinase) (Levy et al., 2004; Mitra et al., 2004; Gleason et al.,2006).
У Medicago этот белок кодируется геном MtDMI3 (DOES NOT MAKEINFECTION 3), ортолог этого гена найден и у гороха PsSym9 (Levy et al.,2004; Mitra et al., 2004; Tirichine et al., 2006). Известно, что CCaMK действуетна развилке путей, ведущих к развитию бобово-ризобиального симбиоза иарбускулярной микоризы (Catoira et al., 2000; Parniske, 2004; Kistner et al.,2005). Активированная CCaMK фосфорилирует транскрипционный факторCYCLOPS (рисунок 11). Ортологом гена LjCYCLOPS является MtIPD3 уMedicago, а у гороха – PsSym33 (Ovchinnikova et al., 2011).После этапа, контролируемого CYCLOPS, в сигнальный каскадвовлекаются компоненты, которые участвуют в дальнейшей передачесигнала от Nod-фактора, но не относятся к «общему сигнальному пути».Вероятно, именно они осуществляют активацию транскрипции генов в ядреклеток растений, являющихся мишенями индуцированного Nod-факторомсигнального пути.
У Lotus и Medicago, а позднее у гороха были клонированыи охарактеризованы гены NSP1 (NODULATION SIGNALING PATHWAY 1) иNSP2(NODULATIONSIGNALINGPATHWAY2),кодирующиетранскрипционные факторы семейства GRAS, названного так послевыявления первых трех представителей: GIBBERELLIC-ACID INSENSITIVE(GAI), REPRESSOR of GAI (RGA) and SCARECROW (SCR) (Kalo et al., 2005;Smit et al., 2005; Heckmann et al., 2006; Murakami et al., 2006; Dolgikh et al.,2011). Полномасштабный анализ транскрипционных изменений в экспрессиигенов у растений при симбиозе показал, что активность NSP1 и NSP2необходима для индукции экспрессии большинства симбиоз-специфичныхгенов (Mitra et al., 2004; Smit et al., 2005; Hirsh et al., 2009).
Кроме того,CСaMK также активирует транскрипционный фактор ERN1 (ERF required forNodulation), относящийся к классу ERF (Ethylene Responsive Element BindingFactor), который вовлечен в активацию экспрессии генов ранних нодулинов(Middleton et al., 2007; Andriankaja et al., 2007). NSP1 и NSP2 формируют52гетеромерный комплекс, в котором NSP1 непосредственно связывается сДНК, а NSP2 необходим для инициации сборки комплекса (Hirsch et al.,2009). В промоторе гена нодулина MtENOD11 найдена последовательность, скоторой непосредственно связывается комплекс NSP1/ NSP2 (Hirsch et al.,2009), при этом дополнительный сайт связывания найден в промоторе этогогена для транскрипционного фактора ERN1 (Hirsch et al., 2009).Среди генов, активируемых транскрипционными факторами NSP1 иNSP2, ген NIN (NODULE INCEPTION), который кодирует транскрипционныйфактор и необходим для инициации и дальнейшего развития инфекции(формирования инфекционной нити в эпидерме) и органогенеза клубенька(Schauser et al., 1999; Borisov et al., 2003; Smit et al., 2005; Marsh et al., 2007;Oldroyd и Downie 2008).
Детальный анализ мутантных растений по этомугену показал, что ген NIN не требуется для ранних этапов развития симбиоза,но может быть вовлечен в контроль инфекции и органогенеза клубеньков(Tirichine et al., 2006; Marsh et al., 2007).1.3.1. Компоненты сигнального каскада, необходимые для развитияинфекции и органогенеза клубеньков.Если гены, контролирующие начальные этапы передачи сигнала отNod-фактора, охарактеризованы достаточно полно, то значительно меньшеизвестно о генах, вовлеченных в контроль развития инфекционных структури органогенез клубеньков.
В большой степени это связано с тем, что убобовых растений выявлено немного мутантов, блокированных на этихэтапахсимбиоза.Генетическийскринингсимбиотическихмутантовпроводился у M. truncatula, L. japonicus и гороха P. sativum L., что привело кидентификации новых генов, необходимых для этапов развития симбиоза,связанных с развитием инфекции и органогенезом клубеньков (рисунок 11)(Borisov et al., 2000; Tsyganov et al., 2002). В настоящее время клонирование и53определение нуклеотидной последовательности таких генов у мутантовбобовых растений позволило выявить некоторые компоненты сигнальныхпутей, связанные с развитием инфекции и органогенезом. Кроме того, дляпоиска новых компонентов сигнальных путей используются методы анализавзаимодействия белков (дигибридная дрожжевая система, скрининг белоксинтезирующих библиотек).При скрининге с помощью дигибридной дрожжевой системы белков M.truncatula, способных взаимодействовать с рецептором LYK3, которыйнеобходим для контроля инфекции при симбиозе, была выявлена E3убиквитин лигаза PUB1 (PLANT U-BOX PROTEIN 1) (Mbengue et al., 2010).Оказалось,чтофосфорилируетактивированныйкиназныйдоменкоторыйнегативнорегулируетPUB1,рецептораLYK3инфекциюиклубенькообразование.
Такие белки определяют убиквитин-зависимуюдеградацию рецептора LYK3, обеспечивая контроль за его содержанием.Убиквитин-зависимые системы деградации широко распространены уживотных и растений. Изучение трансгенных линий Medicago, у которыхбыла подавлена экспрессия гена PUB1 (РНК интерференция), показалозначительное увеличение числа образующихся инфекционных нитей посравнению с диким типом, подтверждая негативное влияние этого белка наинфекцию (рисунок 12) (Mbengue et al., 2010). Таким образом, системаконтроляуровнясинтезарецепторовчерезубиквитин-зависимуюдеградацию белков вовлечена в контроль развития инфекции у бобовыхрастений.Ранее мы отмечали, что у бобовых растений с недетерминированнымиклубеньками, разные рецепторы могут контролировать развитие раннихсимбиотических реакций и инфекцию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
