Диссертация (1144823), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Поискимутантов c нарушениями процессов рецепции и передачи светового сигналапривели к выделению мутантов wc (white collar), которые образуютпигментированные конидии и белый мицелий [Linden et al., 1997]. Всемутанты white сollar разделяются на две группы комплементации – wc–1 и228wc–2 и имеют плейотропный слепой фенотип в отношении ответов N. crassaна синий свет. У них нарушен биосинтез каротиноидов, в мицелии и ненаблюдается сдвига циркадного ритма под действием света, а, также,заблокирована индукция экспрессии светорегулируемых генов [Liu et al.,2003; Соколовский, 2000].
Полагают, что белки WC1 и WC2 являютсяважными, если не основными, элементами в цепи трансдукции световогосигнала.Будучибазовымиструктурамисветоспецифичныхтранскрипционных комплексов, регулирующих экспрессию фотозависимыхгенов, они, наряду с белком FRQ, определяют функционированиебиологических часов гриба, - присутствие этих белков в мицелиях грибов,растущих в темноте, может индуцировать быструю транскрипцию геновмишеней в ответ на свет [Соколовский, 2000]. В промоторных районах генов,кодирующих белки WC1 и WC2, присутствуют регуляторные элементыGATA, что делает возможным их авторегуляцию на уровне транскрипцииили взаимодействие с белком NIT2. Также, там обнаружены регуляторныеэлементы CRE, которые свидетельствуют, что экспрессия этих генов можетконтролироваться уровнем глюкозы через систему цАМФ.ИсторияизученияДНК-связывающихGATА-фактороврастенийначалась с находки консервативных мотивов GATA в промоторахсветорегулируемых генов RBCS1 и CAB у нескольких видов растений[Anderson and Kay, 1995].
Это позволило предположить существование урастений фактора, названного CGF-1 (for – CAB GATA factor), необходимогодля регуляции экспрессии светозависимых генов. Обнаружение в генометабака (Nicotiana tabacum) гена NTL1 (NIT2-like protein), гомологичного генуNIT2 грибов, стало первым доказательством наличия GATA-подобныхрегуляторных факторов у растений [Daniel-Vedele and Caboche, 1993]. Базаданных табака (http:// compsysbio.achs.virginia.edu/tobfac/browse_family.),включающаяфакторытранскрипции,внастоящеевремясодержитинформацию о 28 генах, кодирующих транскрипционные факторы GATA-229типа, имеющие один «цинковый палец» с консенсусом «растительного типа»:Cys–X2–Cys-(18)-Cys–X2–Cys. Свойственные животным домены ZnF_GATA,содержащие 17 аминокислотных остатков между вторым и третьимостатками цистеинами, у растений не обнаружено.Вгеномеарабидопсисанайдено30генов,кодирующихтранскрипционные факторы, имеющие домены ZnF-GATA[Manfield et al.,2007]. Среди них наиболее близкими по структуре и функциям гену LTS3являются гены: GNC (GATA-21) [Li et al, 2005] и CGA1 (GATA-22) [Naito et al.,2007].
Оба этих гена имеют сходные профили экспрессии. Они нитратиндуцибельны и экспресируются только в зеленых фотосинтезирующихтканях (но не в корнях), и их активность регулируется светом, циркаднымиритмами и цитокининами. Мутации в гене GNC ведут к нарушениямскотоморфогенеза (развитию растений в условиях гетеротрофного роста втемноте) снижают уровень биосинтеза ХЛ и редуцируют экспрессию генов,контролирующих углеродный метаболизм [Manfield et al., 2007].
Повидимому, фактор GNC (GATA, nitrate-inducible, carbon metabolism-involved)необходим для темнового роста растений и участвует в координацииметаболизмов: азота, углерода, и хлорофиллов во время фотоморфогенеза, при переходе от гетеротрофного к фототрофному росту на свету.Критическая роль в фотоморфогенезе еще одного фактора транскрипцииарабидопсиса GATA2 была установлена в 2010 году [Luo et al., 2010].Сверхэкспрессия гена GATA2 приводила к укорочению гипокотилей втемноте, а его замолкание в результате введения антисенс-конструкций велок удлиненным гипокотилям на свету, свидетельствуя, что ген кодируетактиватор фотоморфогенеза. Белок GATA2 светозависимо регулируетэкспрессию кодирующего его гена через механизм обратной связи –светоиндуцированное накопление белка ведет к подавлению транскрипциикодирующего его гена.230В геноме хламидомонады C. reinhardtii нами обнаружено 4 ОРС,включая ген LTS3, кодирующие ZnF_GATA-подобные факторы.
Выяснениеих функциональной роли еще предстоит.Филогенетический анализ белков, гомологичных LTS3, позволилустановить, что ортологичные ему GATA-факторы встречаются только уэукариот. В базе данных NCBI наиболее сходными по структуре c LTS3оказались факторы транскрипции грибов: WC-1 мукора Mucor circinelloides,WC-2гриба-зигомицетаPhycomycesblakesleeanus,способногокфототрофному росту, и растительного патогена - гриба аскомицета Septorianodorum (Phaeosphaeria).
Подобные факторы найдены зеленых водорослей(Chlorophyta), способных как к фототрофному, так и к гетеротрофному типупитания. В их числе – микроводоросли Micromonas и Ostreococcus классапразинофитов (Prasinophytes), обитающие в океане в составе фитопланктона[Zubkov et.
al., 2007]. Эти зеленые водоросли, имеющие всего одинхлоропласт и одну митохондрию, возникли в раннем кембрии примерно 542млн. лет назад [Moustafa et al., 2009]. Десять подобных белков найдено узеленого мха фискомитрелла отклоненная Physcomitrella patens, которыйсчитается первым представителем царства зеленых растений, вышедшим насушу около 450 млн лет назад. Его геном, содержащий около 36 тысяч генов,был «прочитан» в 2007 году [Rensing et al, 2007], и, с тех пор, фискомитреллаявляется популярным объектом в генетико-эволюционных исследованияхпроцессов адаптации растительной клетки к безводной среде. Ортологи генаLTS3 найдены у представителя голосеменных растений - ели Picea sitchensis,но большинство их обнаружено в уже секвенированных геномах высшихрастений. Среди них - вечнозеленый кустарник клещевина обыкновеннаяRicinus communis; сорго Sorghum bicolor люцерна Medicago truncatula, сояGlycine max, тополь Populus trichocarpa, рис Oryza sativa, кукуруза Zea mays,табак Nicotiana tabacum и арабидопсис Arabidopsis thaliana.231Следует заметить, что поиск белков, гомологичных LTS3, ограниченинформацией,имеющейсябиологическихбазахкнастоящемуданных.Привремениэтом,вмолекулярно-аминокислотныепоследовательности белков прокариотических организмов представлены вних наиболее полно, и отсутствие среди них белков, подобных LTS3,свидетельствует о том, что факторы транскрипции ZnF_GATA типапоявились в процессе эволюции только у эукариот, способных кгетеротрофному питанию.
Возможно, первыми обладателями этих молекулстали самые примитивные морские одноклеточные зеленые водорослиMicromonas и Ostreococcus. Далее, они сохраняются в протеоме уорганизмов, способных зеленеть в темноте и на свету: мхов, голосеменных ивечнозеленого кустарника клещевины и у покрытосеменных растений, геноми протеом которых изучены к настоящему времени. У представителейцарствагрибовтакиебелкиоказалисьосновнымирегуляторамитранскрипции в цепи передачи светового и метаболических сигналов. WC1 иWC2 являются центральными компонентами системы передачи световогосигнала у N. crassa, принимая участие в его рецепции, трансдукции, а такжерегулируя в качестве факторов транскрипции экспрессию фотозависимыхгенов. Оба белка WC1 и WC2 также задействованы в регуляции экспрессиигенов метаболизма азота и углерода, что позволяет предполагать их роль какфакторов, необходимых для перехода от гетеротрофного к фототрофномуросту.
Гомологичный LTS3 белок арабидопсиса GNC (GATA, nitrateinducible,carbonmetabolism-involved)выполняетподобныефункции.Изучение этих белков у остальных представителей высших растений ещепредстоит.Во всех изученных к настоящему времени организмах, включая грибыи растения, ZnF_GATA факторы, к которым относится белок LTS3хламидомонады, выполняют функции светозависимой регуляции экспрессииядерных генов. По-видимому, в процессе эволюции они появились у232эукариотических организмов как регуляторные белки, обеспечивающиеадаптацию организмов к свету.
У грибов, они стали функционировать кактранскрипционныефакторы,регулирующиеазотныйиуглеродныйметаболизм, а растениям они оказались необходимы для обеспеченияперехода от гетеротрофного (в темноте) к фототрофному (на свету) типупитания и связанной с этим перенастройкой метаболизма.3.3.14. Выводы1. Клетки мутантов C. reinhardtii по ядерному гену LTS3, растущие втемноте, накапливают предшественник хлорофиллов (ХЛ) протопорфиринIX (ПП) и его магниевые производные и формируют на твердой средеоранжевые колонии, зеленеющие на свету. Содержание ХЛ в световыхкультурах мутантов lts3 и brc-1 по этому гену соответствует таковому утемновых культур штамма дикого типа СС124.2.
Для мутантов по гену LTS3 характерна задержка индуцированногосветом синтеза ХЛ. Процесс зеленения запускается после первого деления уже во вновь образованных в условиях освещения клетках.3. Активность фермента магний-хелатазы (МХ) у мутантов по генуLTS3 подавлена в темноте и составляет 22% от уровня световых культурдикого типа. На свету она восстанавливается до 76% - уровня темновыхкультурдикоготипа(79%).ОтносительнаяактивностьАЛК-синтезирующего комплекса у мутантов составляет 4-7% от нормы.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
