Диссертация (1145917), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Интересно, что у такихмутантов отсутствует экспрессия гена WOX2, причём не только в апикальнойчасти зародыша, но и в зиготе - таким образом, гены WOX8 и WOX9 начинаютфункционировать ещё до деления зиготы (Breuninger et al., 2008).Помимо этого, у мутантов wox8wox9 обычно не наблюдается экспрессиягена PIN1 и, вероятно, вследствие этого не формируются нужные апикальнобазальные градиенты ауксина. Предполагается, что WOX8, WOX9 и WOX2 вместес фактором ауксинового ответа MONOPTEROS (MP) стимулируют экспрессиюPIN1 в эмбрионе (Breuninger et al., 2008).
Принимая во внимание, что MPнеобходим также для правильной экспрессии гена WOX9, можно сделать вывод оположительной обратной связи между ауксином и ТФ WOX в ходе ЗЭ.Наиболее хорошо изученными регуляторами генов WOX являются пептидыгруппыCLE(CLV3/ESR-related).СистемырегуляцииWOX-CLAVATA(включающие гены WOX, а также их негативные регуляторы: пептиды CLE и ихрецепторы – CLAVATA-1-подобные киназы) обнаружены в ПАМ, КАМ и влатеральной меристеме, что позволило предположить наличие CLE-пептида,регулирующего экспрессию генов WOX в эмбрионе.
Таким пептидом оказалсяСLE8. Ген CLE8 экспрессируется в эмбрионе (в основном в его наружных слоях) ив эндосперме. У мутантов по гену CLE8 в ходе развития эмбриона могутнаблюдаться избыточные деления в базальной части, а развитие эмбрионов можетпрекращаться преждевременно. Таким образом, вероятно, CLE8 играет роль вразвитии базальной части эмбриона и организации суспензора. Кроме того, оноказывает влияние на развитие эндосперма, по-видимому, предотвращая егораннее созревание и стимулируя рост. Показано, что CLE8 активирует экспрессиюWOX8 в суспензоре и в эндосперме и, вероятно, именно WOX8 опосредует его15влияние на развитие этих структур (Fiume, Fletcher, 2012).Ауксиновый сигналинг и полярный транспорт ауксина также важны длясоздания апикально-базальной оси.
В частности, на ранних этапах развития, когдаэмбрион состоит из двух клеток, ауксин транспортируется в нём из базальнойклетки в апикальную за счёт переносчика PIN7, локализованного на апикальноймембране базальной клетки. У большинства мутантов pin7 на этой стадииразвития не формируется градиент концентрации ауксина, и они демонстрируютаберрантныеделенияапикальнойклетки(первоеделениеявляетсягоризонтальным, а не вертикальным, как у эмбрионов дикого типа) (Friml et al.,2003).Ауксин стимулирует необходимые деления апикальной клетки за счётдеградации IAA12 (INDOLE-3-ACETIC ACID 12), или BODENLOS (BDL),репрессирующего фактор ауксинового ответа ARF5 (AUXIN-RESPONSE FACTOR5), или MONOPTEROS (MP).
MP и BDL участвуют в ауксиновом ответе и на болеепоздних стадиях, при детерминации КАМ (Hamann et al., 2002).На стадии глобулы происходит обращение ауксинового транспорта: синтезауксина происходит уже не в базальной, а в апикальной клетке, и происходит еготранспорт в базальный домен. В этом процессе участвует переносчик PIN1,локализованный на базальных мембранах клеток апикальной части, и PIN7,который перемещается на нижние мембраны клеток в базальной части. Такженачинает экспрессироваться ген PIN4, поддерживая работу PIN1 и PIN7.
Врезультате новый максимум концентрации ауксина формируется в верхней клеткесуспензора — гипофизе, которая в дальнейшем даст начало КАМ (Friml et al.,2003) (Рисунок 2)16Рисунок 2. Модель ауксинового транспорта в ходе ранних стадий ЗЭ. Сайтынакопления ауксина и ауксинового ответа показаны зелёным. Стрелкамиобозначены пути транспорта ауксина, опосредованные PIN1 (синий), PIN4(фиолетовый) or PIN7 (красный).
(а) Эмбрион на стадии двух клеток. Ауксиннакапливается непоредственно в эмбрионе за счёт PIN7 и стимулируетспецификацию апикального полюса. (б) Эмбрион на стадии глобулы. Ауксинпродуцируется в апикальном полюсе (обозначено синим цветом), и направлениеауксинового транспорта меняется на противоположное. За счёт PIN1 и PIN4ауксин накапливается в гипофизе и стимулирует спецификацию КАМ (по Friml etal., 2003).Гены PIN, участвующие в ЗЭ (в их число входит также PIN3, которыйэкспрессируется на стадии сердца), могут компенсировать потерю функций другдруга: одиночные мутанты по этим генам не являются летальными и в конечномсчёте восстанавливают нормальное развитие эмбриона.
Однако, двойные итройные мутанты демонстрируют более выраженные дефекты, а мутант pin1 pin3pin4 pin7 нежизнеспособен (Friml et al., 2003). Регуляторы локализации белков PINна мембране также играют важную роль в ходе ЗЭ: например, потеря функциифактора из группы ARF-GEF (ADP-ribosylation factor-guanine-nucleotide-exchange17factor) GNOM (GN), необходимого для везикулярного транспорта PIN1, такжеприводит к нарушениям деления апикальной клетки (Mayer et al., 1993).1.1.2.
Радиальная дифференцировка тканейКлетки октанта делятся в тангенциальной плоскости (т.е. параллельноповерхности эмбриона), что приводит к образованию 8 наружных и 8 внутреннихклеток. Эта стадия называется стадией дерматогена (de Smet et al., 2010).Наружный слой называется протодермом, и он даёт начало эпидермису. Клеткипротодерма делятся антиклинально, что позволяет поддерживать целостностьэтого слоя. В этом процессе участвует ген WOX2, а также могут участвовать егогомологи WOX1 и WOX3 (Breuninger et al., 2008).Также на этом этапе устанавливается комплементарный характер экспрессиимаркеров наружных и внутренних клеток эмбриона: например, ген ZWILLEэкспрессируется во внутренних клетках (Lynn et al., 1999), в то время как зоныактивностиARABIDOPSISTHALIANAMERISTEMLAYER1(ATML1)иPROTODERMAL FACTOR 2 (PDF2) ограничены протодермом.ATML1 и PDF2 принадлежат к группе ТФ HD-ZIP IV.
Они связываются срегуляторным элементом L1 в промоторах ряда генов, специфичных дляэпидермиса, влияя на их экспрессию. Показано также, что эти ТФ способны кобразованию гомо- и гетеродимеров друг с другом (Abe et al., 2003).Также на развитие эпидермиса у эмбриона оказывают влияние гены, неэкспрессирующиеся специфично в протодерме. Например, гены ТФ ZHOUPI(ZOU) и секретируемой сериновой протеазы ABNORMAL LEAF SHAPE1 (ALE1),экспрессируются в эндосперме и стимулируют образование эпидермиса (Peris etal., 2010).
Ген цистеиновой протеазы DEFECTIVE KERNEL1 (AtDEK1)экспрессируется во всём эмбрионе, однако необходим именно для нормальногоделения клеток протодерма: потеря его функции приводит к аресту развитияэмбриона, а экспрессия в протодерме маркеров ATML1 и ACR4 отсутствует(Johnson et al., 2005).После стадии дерматогена эмбрион проходит через глобулярную стадию, входе которой формируются проводящие ткани, корневая паренхима, ПАМ и КАМ.18Спецификация проводящих тканей в центральной части зародыша, которая вдальнейшем даст начало корню, приводит к формированию сосудистого пучка сцентральной осью ксилемы и двумя флоэмными полюсами. В этом процессетакже участвует MP, который активирует свои мишени — TARGET OFMONOPTEROS 5 (TMO5), TMO5-like 1, 2, а также их гомологи — гены семействаbHLH.
Было показано, что белки группы TMO5 формируют гетеродимеры сбелками группы LONESOME HIGHWAY (LHW), также принадлежащимисемейству bHLH. Вместе эти ТФ стимулируют периклинальные деления в этойзоне, которые опосредуют утолщение зачатка проводящих тканей, и потеряфункции одного или нескольких из них приводит к недоразвитию проводящихтканей. В частности, проводящий пучок может быть меньше по размеру и в нёмможет быть не два полюса флоэмы, а только один (de Rybel et al., 2013).
Показано,что мишенью этих ТФ при развитии сосудистых тканей являются гены семействаLONELY GUY, опосредующие синтез активных форм цитокинина. Обработкацитокинином мутантов с потерей функции гена LHW достаточна для того, чтобыподавить эффект мутации и стимулировать формирование нормального диархногососудистого пучка (Rybel et al., 2014).Помимо проводящих тканей, на глобулярной стадии в центральной частизародыша происходит дифференцировка паренхимы — ткани, окружающейсосудистыйпучок.Паренхимаразделяетсянадваслоя—эндодерму,окружающую проводящие ткани, и кортекс. В этих событиях принимают участиеТФ семейства GRAS: SHORT-ROOT (SHR) и его мишень SCARECROW (SCR).Мутанты по любому из этих генов формируют только один слой паренхимы, приэтом в случае мутации scr этот слой имеет характеристики клеток, присущие каккортексу, так и эндодерме, а мутация shr приводит к потере идентичностиэндодермы (ten Hove et al., 2015).
Ген SHR экспрессируется в проваскулярныхклетках, а белок SHR транспортируется из проваскулярных клеток в окружающиеклетки паренхимы. (Nakajima et al., 2001). Он стимулирует транскрипцию SCR(Helariutta et al., 2000). SCR, в свою очередь, делает возможным асимметричноеделение клеток паренхимы и формирование эндодермы. Межклеточный транспорт19SHR необходим для выполнения его функции (Gallagher et al., 2004), в то времякак SCR действует в тех же клетках, в которых и синтезируется, придавая имсвойства эндодермальных (Heidstra et al., 2004).Другим важным регулятором, обеспечивающим радиальную полярностькорня, является ТФ SCHIZORIZA из семейства HSF (heat shock factors).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
