Диссертация (1144823), страница 21
Текст из файла (страница 21)
По способности восстанавливать фенотип дикого типау трансформантов, был обнаружен фрагмент привнесенной ДНК, содержащийген FLU, – он компенсировал проявление мутантной аллели flu [Meskauskiene and113Apel, 2002]. Вскоре, ортолог этого гена - FLP (Flu-Like Protein) был обнаружен вгеноме хламидомонады [Falciatore et al., 2005]. Его экспрессия позитивнорегулируется светом, а в условиях темнового роста – интермедиатами биосинтезахлорофилла: ПП, Mg-ПП и ПХЛД. У мутантов ячменя tigrina-d, накапливающихПХЛД в темноте, ген, затронутый мутацией, также является ортологом гена FLUарабидописа [Lee et al., 2003]. Таким образом, взаимодействие FLU-белка сферментом глутамил-тРНК редуктазой обеспечивает механизмобратногоингибирования синтеза хлорофилла.У хламидомонады найдена еще одна регуляторная мутация, фенотипическоепроявление которой состоит в усилении активности АЛК-синтезирующихферментов. Продукт хлоропластного гена Mod-u-25, подобно белку FLP действуеткак негативный регулятор синтеза АЛК [Chekunova et al, 1995], являясь, такимобразом, еще одним фактором хлоропласта, контролирующим экспрессиюядерных генов.Активация программ стрессового ответа.
Белки EX. Flu-мутанты,накапливающие ПХЛД в темноте, при переносе на свет перестают расти, а ихпроростки погибают в результате фотодеструкции -действия синглетногокислорода (1О2), индуцированного ПХЛД. Эти мутанты были использованы вгенетических экспериментах для получения ответа на вопрос, действуют лимолекулы 1О2 непосредственно на мембраны, разрушая их химически, или ихпоявление в хлоропласте активирует генетически детерминированные программыстрессового ответа.
На основе flu-мутанта были получены двойные мутанты ревертанты, которые при переносе на свет не гибли, подобно исходной форме, апродолжали расти как растения дикого типа [Wagner et al., 2004]. У нихнормальный «стрессовый ответ» в виде гибели проростков или остановки ростарастений оказался заблокированным в результате рецессивных мутаций, в гене,названном EX1 (executer1). Двойные мутанты генотипа: ex1,flu в темнотенакапливали ПХЛД, а при освещении генерировали 1О2 в тех же количествах чтои одиночные flu-мутанты, но сохраняли способность к росту. Ядерный ген EX1114был картирован и клонирован методом геномной комплементации.
Авторыпредположили, что кодируемый им хлоропластный белок необходим дляактивации программы клеточной гибели, индуцированнойарабидопсисабылобнаруженещеодинEX-подобный1О2. В геномеген,названныйEXECUTER2, нуклеотидная последовательность которого частично совпадала(42%) с геном EX1 [Lee et al., 2007].
Белок EX2, также как и EX1, локализован вхлоропласте и связан с тилакоидными мембранами. Авторы показали, чтоинсерционное разрушение гена EX2 у flu-мутанта приводит к усилению уровнясветоиндуцированной экспрессии 1О2-зависимых ядерных генов, по сравнению сдиким типом и двойными мутантами генотипа:exe1,flu, и предположили, что EX2белок участвует в пути передачи сигнала из хлоропласта в ядро, индуцируемом1О2.Супрессия flu–фенотипа была показана и в случае мутации ulf3 (аллельноймутациям hy1 и gun2) в гене, кодирующем гем-оксигеназу [Goslings, 2004].
Потеряфункции этого фермента ведет к накоплению гема, который, наряду с ПХЛД, нонезависимо от него, подавляет активность глутамил-тРНК редуктазы (GluTR). Сконец молекулы GluTR специфически связывается с белком FLU, тогда как его Nконец необходим для ингибирования гемом.1.7.8. ЗаключениеБиосинтез хлорофиллов у растений и водорослей происходит в хлоропласте.Большинствобелков,вовлеченныхвэтотпроцесс,кодируютсяядром,синтезируются в цитоплазме, и транспортируются в хлоропласт. Для оптимизациивзаимодействий хлоропласта и ядра при реализации функций фотосинтеза клеткаосуществляет координированный контроль экспрессии ядерных генов в ответ наметаболические сигналы хлоропласта (активные формы кислорода, сахара,интермедиаты синтеза хлорофилла, редокс-активные молекулы) и факторывнешней среды, главным из которых является свет.
Свет и сигналы хлоропласта115регулируют фотоморфогенез - биогенез фотосинтетически-активных тилакоидныхмембран хлоропластов, на которых происходят основные процессы синтезапигментов и реакции фотосинтеза.Система передачи светового сигнала (от фоторецепторов до промоторовядерных генов) обеспечивает световую регуляцию экспрессии генов БФ,основныминструментомкоторойслужатфакторытранскрипции.Напосттрансляционном уровне, важнейшим компонентом системы адаптациирастений к условиям освещения являютсяCOP-белки, осуществляющиесветозависимый протеолиз факторов транскрипции.
Свет также регулируетактивность ферментов биосинтеза ХЛ через механизмы модификации белков:фосфорилированиеиизменение редокс-состояния[Тихонов, 1999].Приосвещении в хлоропластах растений начинает работать электронно-транспортнаяцепь, и, образующиеся при этом восстановленные молекулы ферридоксинаактивируют ферменты хлоропласта. Механизм перераспределения световойэнергии между светособирающими комплексами фотосистем (ФС1 и ФС2)включает фосфорилирование, которое ведут STN7 протеин-киназы [Rochaix,2007]. В редокс-контроль транскрипции хлоропластных генов также вовлеченысенсорные киназы СSK (chloroplast sensor kinase), известные как элементдвухкомпонентных систем передачи регуляторных сигналов у цианобактерий[Puthiyaveetil et al., 2008].
Участие киназ в процессах регуляции синтеха ХЛ ифотоморфогенеза растений становиться все более понятным, но требуетсерьезного дальнейшего изучения.Оптимизацию экспрессии ядерных генов, кодирующих белки хлоропласта,осуществляет сигнальная система, действующая между хлоропластом и ядромфотосинтезирующейклетки. В зависимости от своегофункциональногосостояния, хлоропласт продуцирует факторы, усиливающие, и(или) блокирующиеэкспрессию ядерных генов БФ.Наиболеечасто,нарушениявработехлоропластасвязанысфотодеструкцией, которую вызывают реактивные формы кислорода (РФК). Они116появляются на свету в результате работы электронно-транспортной цепи(супероксидные радикалы) или при фотосенсибилизации свободных порфиринов(от ПП до ХЛ), когда образуются молекулы синглетного кислорода (1О2). Вотсутствие фотопротекторов – каротиноидов, РФК вызывают окислительныйстресс, сигналы о котором передают белки EX1,2 [Wagner et al., 2004; Lee et al.,2007].
В передаче сигнала о дисфункции хлоропласта в ядро участвуют такжебелки GUN1 и CHLH. Роль интермедиатов биосинтеза хлорофилла – ПП и Mg-ППв ретроградном контроле и световой регуляции ядерных генов биосинтеза ХЛ ещепредстоит установить.Свет и пластидные сигналы служат потенциальными индукторами илирепрессорами факторов транскрипции, регулирующих экспрессию генов синтезаХЛ. При этом, G-боксы в промоторах светорегулируемых генов, по-видимому,являются общими для путей световых сигналов и сигналов хлоропласта (покрайней мере, в GUN1-зависимом пути передачи ретроградного сигнала) [Larkinand Ruckle, 2008]. Эти сигналы могут быть взаимозависимы, и факторыхлоропласта способны «перезапускать» систему передачи светового сигнала,переключая индуцибельные и репрессибельные функции.
Более того, эти факторымогут выступать в качестве эндогенных регуляторов светового сигнала, позволяярастениям сохранять жизнеспособность клетки в условиях фотодеструкции.Регуляция уровня биосинтеза ХЛ в хлоропласте осуществляется попринципу обратного ингибирования первого специфического предшественникатетрапирролов – АЛК конечными продуктами светонезависимого биосинтеза –ПХЛД и гемом. Такая регуляция необходима клетке, прежде всего, дляпредотвращения фотодеструкции, вызываемой интермедиатами тетрапиррольногобиосинтеза. В этой регуляторной сети важнейшая роль принадлежит ферментусинтеза АЛК - GluTR – глутамил тРНК-редуктазе и его активатору–транспортной РНКGlu.
К ферментам биосинтеза ХЛ, выполняющим помимоэнзиматических, еще и регуляторные функции, можно отнести: магний-хелатазу,сПОР (ПХЛД-оксидоредуктазу) и CAO – хлорофиллид а /хлорофилл а-оксигеназу.117Уровень современных знаний о генетической регуляции биосинтеза ХЛпозволяет утверждать, что синтез пигментов взаимосвязан с реакциямифотосинтеза,биогенезахлоропластов,фотоморфогенеза.Реализациягенетических процессов, контролирующих биосинтез основного пигментыфотосинтеза – ХЛ, находится под системным контролем целого ряда эндогенныхиэкзогенныхфакторов(свет,кислород,содержаниесахаровит.д.),определяющих физиологическое состояние хлоропластов – органелл, в которыхосуществляется фотосинтез.
Исследования мутантов с нарушенной регуляциейпоказало, что физиологический статус хлоропласта регулируетэкспрессиюядерных генов БФ через систему сигналов, одним из основных атрибутовкоторой, помимо белков, являются тетрапирролы – интермедиаты биосинтеза ХЛ,и молекулы тРНК.Генетическиемеханизмысветовой,ретроградной,гормональнойиметаболической регуляции, редокс-контроля и апоптоза в фотосинтезирующейклетке тесно связаны и образуют единую сеть, неотъемлемую частью которойсоставляют процессы биосинтеза тетрапирролов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
