Диссертация (1145917), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Интересно, что, в то время как в ЗЭ ключевымгормоном, необходимым для экспрессии WOX5 в ОЦ КАМ является ауксин, в СЭу A. thaliana для формирования нормального паттерна экспрессии WOX5 в СЭнеобходим цитокининовый сигналинг: во-первых, зоны активности WOX5перекрываются с зонами цитокининового, а не ауксинового ответа, и, во-вторых, умножественных мутантов по генам рецепторов цитокинина AHK чёткие зоныэкспрессии WOX5 отсутствуют (Su et al., 2015).Интересно, что WUS и WOX5 начинают экспрессироваться в эксплантахпрактически одновременно, и области их экспрессии вначале расположены оченьблизко друг к другу и даже перекрываются.
В дальнейшем зоны активности этихгенов расходятся, маркируя ПАМ и КАМ соматического эмбриона (Su et al., 2015).Гены WOX1 и WOX3 (PRESSED FLOWER (PRS)), другие члены ветви WUS,функционируют в ходе развития листьев, избыточно замещая работу друг друга.Двойные мутанты wox1 wox3 характеризуются узкими листьями, чашелистиками48и лепестками. WOX1 и WOX3 экспрессируются в серединном домене листа илигомологичного органа («middle domain»), между абаксиальным и адаксиальнымдоменами, стимулируя разрастание пластинки в нужной плоскости (Vandenbusscheet al., 2009). Их работа необходима для ограничения экспрессии генов, придающихтканям свойства абаксиального и адаксиального доменов (Nakata, Okada, 2012).Потеря функции гена WOX1 у A.
thaliana не приводит к видимымизменениям фенотипа (Vandenbussche et al., 2009), а мутанты по гену WOX3характеризуются узкими чашелистиками (Matsumoto, Okada. 2001). Однако такаяситуация не является характерной для всех покрытосеменных. В частности, упетунии мутация по гену MAEWEST, гомологичному WOX1, приводит к фенотипу,сходному с фенотипом двойных мутантов wox1 wox3 у A. thaliana (Vandenbusshe etal., 2009); аналогичная ситуация наблюдается и у M.
truncatula в случае потерифункции гена-гомолога WOX1 – STENOFOLIA (Tadege et al., 2011). Уисследованных злаков риса и кукурузы гомолог WOX1 отсутствует вообще, нозато присутствуют два гомолога WOX3, участвующие в развитии листовойпластинки (Tadege, 2016).Экспрессия WOX1 и WOX3 в ходе СЭ была обнаружена у Capsicum chinense(Valle-Gough et al., 2015).
Гомологи этих генов также активируются в ходе позднихстадий СЭ у Vitis vinifera (Gambino et al., 2011).Функции ещё одного члена ветви WUS - WOX2 – наиболее подробноизучены в связи с его участием в ЗЭ. В зиготических эмбрионах WOX2 вместе сдвумя ТФ WOX из промежуточной ветви – WOX8 и WOX9 – участвует вспецификации основных частей зародыша, и в других этапах ЗЭ (см. Разделы«1.1.1.Установлениеапикально-базальнойосиполярности»и«1.1.4.Формирование билатеральной оси симметрии. Закладка семядолей».Повышение уровня экспрессии WOX2 ассоциировано также и с СЭ, чтобыло показано на различных видах голосеменных, таких как европейскаялиственница (Rupps et al., 2016) и канадская ель (Klimaszewska et al., 2011), атакже на винограде (Gambino et al., 2011).Ген WOX4 является основным регулятором функционирования меристем49проводящих тканей – прокамбия и камбия. При этом для WOX4 также обнаруженрегуляторный путь, включающий пептиды CLE: гены CLE41 и CLE44экспрессируются во флоэме и кодируют один и тот же пептид TDIF (Trachearyelement Differentiation Inhibitory Factor), рецептором которого является LRRкиназа TDR/PXY (TDIF RECEPTOR/PHLOEM INTERCALATED WITH XYLEM).TDIF стимулирует экспрессию WOX4 в прокамбии и камбии (Hirakawa et al.,2010).
WOX4, в свою очередь стимулирует пролиферацию клеток в этихмеристемах, вероятно, являясь посредником стимулирующего действия ауксина наэти клетки (Suer et al., 2011).Ген WOX6, или PRETTY FEW SEEDS2 (PFS2) экспрессируется в ПАМ,примордиях листьев, в эмбрионе, суспензоре, эндосперме, а также во флоральнойапикальной меристеме, в примордиях цветков, в тычинках, пестиках и вразвивающихся семязачатках. Потеря функции PFS2 приводит к дефектам вразвитиисемязачатков:неразвиваетсяилинедостаточноразвиваетсязародышевый мешок, клетки интегумента делятся неупорядоченно.
Большая частьсемязачатков стерильна. Кроме того, у мутантов развиваются скрученные иволнистые по краям листья и лепестки. Показано, что PFS2 подавляет экспрессиюгена AGAMOUS; возможно, с этим частично и связан мутантный фенотип pfs2(Park et al., 2005).Функции WOX7 до недавнего времени оставались неизученными, однакосейчас показано, что, в отличие от большинства своих гомологов, WOX7негативно действует на пролиферацию клеток: его функции заключаются вподавлении закладки боковых корней.
Уровень экспрессии WOX7 возрастает вответ на воздействие сахарозы и подавляется ауксином. Предполагается, чтоWOX7подавляет пролиферацию,воздействуянепосредственнонагены-регуляторы клеточного цикла, в частности – ген циклина CYCD6;1 (Kong et al.,2016).Несмотря на выраженную специфичность зон экспрессии и функций, геныWOX из ветви WUS могут частично выполнять функции друг друга, если ихэкспрессировать в необходимых для этого зонах. Например, все члены ветви50WUS, кроме WOX4, могут замещать функции WUS в ПАМ (Dolzblasz et al., 2016).Члены промежуточной клады в основном охарактеризованы как участникипроцессов ЗЭ и регенерации.
Предположительно, в ходе эволюции они впервыепоявляются у плаунов (Lian et al., 2014).В частности, гены WOX8 и WOX9 (STIMPY), а также WOX2, участвуют вспецификации базальной и центральной частей эмбриона в ЗЭ, о чём подробнорассказано в разделе «1.1.1. Установление апикально-базальной оси полярности».WOX9, помимо функционирования в ходе ранних этапов ЗЭ, выполняеттакже ряд функций на более поздних стадиях развития растения. Было показано,что этот ТФ необходим для активации делений клеток ПАМ в ходе прорастания: умутантов с потерей его функции деления клеток в меристеме полностьюпрекращаются. Их можно восстановить путём добавления в среду небольшогоколичества сахарозы (Wu et al., 2005).
Интересно, что экзогенная сахарозанеобходима для роста таких мутантов только на ранних стадиях развития (впервые 10-12 дней после прорастания). В дальнейшем меристема переходит вгенеративное состояние, и, как предполагается, на этой стадии WOX9 уже неявляется необходимым. Обнаружено, что по меньшей мере одной из мишенейWOX9 является ген циклина CYCP2;1, регулирующего переход G2-M в клеточномцикле.
Сахароза также способна активировать CYCP2;1 (Peng et al., 2014).Гомолог WOX9 у петунии (Petunia hybrida) - ген EVERGREEN - отвечает заформирование архитектуры соцветия. Петуния характеризуется цимознымсоцветием: апикальная меристема формирует цветок, а латеральная продолжаетрасти и занимает место апикальной. Затем этот цикл повторяется, и, такимобразом, развивается зигзагообразное соцветие. EVERGREEN отвечает заформирование латеральных меристем соцветия и за их отделение от апикальнойфлоральной меристемы (Rebocho et al., 2008).Гомологи WOX9 являются маркерами гаметического эмбриогенеза (развитиеэмбрионов из микроспор) у B. napus (Malik et al., 2007) и СЭ у V. vinifera (Gambinoet al., 2011).
Кроме того, на M. truncatula показано, что один из гомологов генаWOX9(MtWOX9-like)такжеэкспрессируетсявсоматическихэмбрионах51(Kurdyukov et al., 2014).Гены WOX11 и 12, два последних члена промежуточной ветви, участвуют вранних этапах формирования каллуса и придаточных корней, инициируя делениеклеток прокамбия. Экспрессия WOX11 индуцируется ауксином.
Этот ТФ, в своюочередь активирует экспрессию генов ТФ LATERAL BOUNDARIES 16 (LBD16) иLBD29, также участвующих в формировании каллусов (Liu et al., 2014). ГомологWOX11 у риса участвует в развитии корней: взаимодействуя с ТФ ERF изсемейства AP2, он подавляет экспрессию негативного регулятора цитокининовогосигналинга RR2 и тем самым стимулирует удлинение корней (Zhao et al., 2015).OsWOX11 также индуцирует развитие корневых волосков и тем самым оказываеткомплексное воздействие на засухоустойчивость, влияя на свойства корней иархитектуру корневой системы (Cheng et al., 2016).Экспрессия WOX11 у винограда также ассоциирована с развитиемсоматических эмбрионов на поздних стадиях (Gambino et al., 2011).Члены древней клады генов WOX – WOX10, WOX13 и WOX14 – изученынаименееподробно.Предположительно,вгеномахнаиболеедревнихрастительных организмов – водорослей и мхов – встречаются гены WOX,принадлежащие только к этой кладе (Lian et al., 2014).
Ген WOX10 неохарактеризовани,предположительно,являетсяпсевдогеном.WOX13экспрессируется у A. thaliana в ходе инициации и развития корней, вплодолистиках и в ЗЭ. Мутация по этому гену приводит к более раннему переходук цветению (Deveaux et al., 2008), а также к нарушению развития плода:предполагается, что WOX13 участвует в спецификации медиальной части стручкаи в формировании рамки, подавляя экспрессию маркеров латеральной части JAGGED, FILAMENTOUS FLOWER и YABBY3 (Romera-Branchat et al., 2013).Обнаружена экспрессия гомологов WOX13 в ходе СЭ у V.
vinifera (Gambinoet al., 2011).Ген WOX14, характерный только для Brassicaceae, экспрессируется вбоковых корнях и в развивающихся тычинках, и потеря его функции приводит кнарушению развития корней, позднему переходу к цветению и преждевременной52дифференцировке тычинок (Deveaux et al., 2008). Также было показано, чтоWOX14 работает совместно с WOX4 в ходе стимуляции делений клеток вмеристемах проводящих тканей (Etchells et al., 2013).Таким образом, гены группы WOX являются одними из важнейшихрегуляторов пролиферации клеток у растений и выполняют специфическиефункции в разных растительных меристемах.
При этом практически для каждогоиз них показано наличие экспрессии в ходе СЭ или ЗЭ у отдельных видоврастений. Изучение влияния генов WOX на СЭ представляет интерес и,предположительно, является перспективным для поиска новых регуляторов этогопроцесса.1.2.5. Эпигенетические регуляторы СЭВпоследниегодыпоявилосьмножестводанных,касающихсяэпигенетических модификаций, ассоциированных с СЭ.
Под эпигенетическимимодификациями обычно подразумевают изменения в структуре хроматина, некасающиеся последовательности ДНК, такие как метилирование ДНК имодификации гистонов.В ходе получения клеточной культуры из органов растения оно неизбежноиспытывает на себе стрессовые воздействия, такие как поранение, избыточнаявлажность, воздействие экзогенных гормонов и др. Считается, что изменения вуровне метилирования ДНК и в гистоновых модификациях при культивированииin vitro являются одним из первых стрессовых ответов растения, и в дальнейшемэти изменения приводят к формированию каллуса и, возможно, регенерации.Одним из примеров, подтверждающих важность метилирования ДНК дляпрохождения СЭ, является M.
truncatula, модельный объект настоящегоисследования.Дляэтоговидасозданопоменьшеймеретрилинии,характеризующихся высокой эмбриогенностью: R-108 (Hoffmann et al., 1997), 2HA (Rose et al., 1999) и M9-10a (Santos, Fevereiro, 2002). Во всех трёх случаях этилинии были получены после нескольких циклов регенерации соматическихэмбрионов из каллуса in vitro, однако их эмбриогенные свойства сохраняются ипри размножении с помощью семян. Предполагают, что в ходе повторных циклов53культивирования геномы этих линий претерпели определённые эпигенетическиемодификации, приведшие к повышению эмбриогенности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
