Диссертация (1145917), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Одним из белков ARF, важных для ЗЭ, является ТФMONOPTEROS/ARF5, стимулирующий экспрессию гена транспортёра ауксинаPIN1. Показано, что MP активируется также и в ходе СЭ, а потеря его функциинегативно влияет на индукцию соматических эмбрионов (Gliwicka et al.,2013).Установление градиента ауксина, опосредованное PIN1, необходимо, вчастности, для индукции экспрессии гена WUS, определяющего развитие ПАМ усоматических эмбрионов (Su et al., 2009).Известен также мембранный рецептор ауксина — белок ABP1 (AuxinBinding Protein 1). Ранее предполагалось, что он участвует в ауксиновом ответе, несвязанном с регуляцией экспрессии генов, однако последние исследованияпоказали, что мутанты с потерей функции этого гена не демонстрируют никакихнарушений в развитии (Gao et al., 2015). Другими кандидатами на рольмембранныхрецепторовауксинаявляютсяеготранспортёрыPIN.Предполагается, что они взаимодействуют с киназой PINOID, которая в конечномсчёте передаёт ауксиновый сигнал на белки ARF (Strader, Zhao, 2016).33Известно два пути транспорта ауксина.
Большая часть этого гормонатранспортируется из синтезирующих его тканей через флоэму. Также существуетболее медленный, регулируемый транспорт через клетки - полярный транспортауксина (PAT, Polar Auxin Transport) (Adamowski, Friml, 2015) – его механизмобъясняется так называемой хемиосмотической гипотезой, согласно которой вмежклеточном пространстве, обладающем кислым pH, ИУК находится впротонированной форме, что позволяет ей проникать внутрь клетки за счётдиффузии. Трансмембранный белок AUX1 (Auxin transporter protein 1) (и,возможно, некоторые другие близкие ему белки) обеспечивает транспорт ИУКвнутрь клеток (Swarup et al., 2004).В цитоплазме, имеющей щелочной pH, ИУК, диссоциируя с протоном,превращается в ионную форму, которая уже не может свободно выйти из клетки –для этого нужны энергозависимые переносчики.
Поэтому именно выход ауксинаиз клетки определяет направление PAT (Rubery, Sheldrake, 1974).Выведениеауксинаизклеткиосуществляетсядвумягруппамитранспортёров. В частности, некоторые белки из семейства ABC-B/multi-drugresistance/P-glycoprotein (ABCB/MDR/PGP) способны выводить ауксин. Онираспределены по мембране равномерно и не вносят вклад в создание ауксиновогоградиента (Cho, Cho, 2013).Второй группой транспортёров ауксина является семейство белков PIN. Вотличие от транспортёров ABCB, большинство белков PIN локализуются наклеточной мембране полярно, что и обуславливает создание ауксиновогоградиента – важнейшего регулятора в развитии растений.Гены PIN впервые появились в ходе эволюции у группы стрептофитовыхрастений, включающей в себя наземные растения и стрептофитовые водоросли(Viaene et al., 2013).
В геноме A. thaliana обнаружено 8 белков PIN (PIN1-PIN8)(Křeček et al., 2009). Семейство белков PIN разделяется на две большие ветви:длинные PIN (long PIN) и короткие PIN (short PIN). Короткие белки PIN (PIN5, 6 и8) локализуются преимущественно на мембране эндоплазматической сети (ЭПС),а длинные PIN (PIN1-4 и PIN7) находятся на наружных мембранах клеток и34обеспечивают межклеточный транспорт ауксина, необходимый для создания егоградиента (Křeček et al., 2009).Внутриклеточный транспорт ауксинанеобходим для регуляции егогомеостаза.
Ауксин, находящийся внутри ЭПС, не воспринимается своимцитоплазматическим рецептором TIR1, не транспортируется в другие клетки иможет быть подвергнут инактивации за счёт ферментов, локализованных в ЭПС.PIN5, по-видимому, транспортирует ауксин внутрь ЭПС, в то время как PIN6 иPIN8 осуществляют обратную функцию. Короткие PIN участвуют во множествепроцессов развития: PIN8 функционирует при развитии пыльцевых зёрен, PIN6участвует в развитии тычинок, в развитии боковых корней, и все короткие PINнеобходимы для формирования сосудистой системы листа (Adamowski, Friml,2015).
Недавно также было обнаружено родственное генам PIN семейство генов(PIN-likes, или PILS), члены которого также опосредуют внутриклеточныйтранспорт ауксина и участвуют в развитии корня и гипокотиля (Barbez et al., 2012).Межклеточныйтранспортауксина,опосредованныйдлиннымиPIN,необходим для множества различных процессов развития. В частности, длязакладки наземных и подземных боковых органов (листьев, органов цветка ибоковых корней) необходимо создание ауксинового максимума. В кончике корняPIN1-4 и PIN7 создают поток ауксина, который в центральных тканях направлен ккончику корня (за счёт PIN1, 3, 4, и 7) а в наружных тканях - к побегу (за счётPIN2) (Blilou et al., 2005).
Аналогичным образом создаётся ауксиновый максимумпри формировании новых боковых корней. Такая модель ауксинового транспортаназывается моделью фонтана («fountain model») (Benková et al., 2003).В случае закладки наземных боковых органов (примордиев листьев ицветков) формирование необходимого ауксинового максимума происходит попринципу «обратного фонтана»: ауксин переносится в кончик примордия черезнаружные клетки, а обратный его отток происходит по внутренним клеткам,стимулируя формирование проводящих тканей.
В этом процессе главнымауксиновым переносчиком у A. thaliana является PIN1 (Benkova et al., 2003),первый открытый член семейства PIN. Мутанты с потерей функции PIN135формируют побеги, практически лишённые цветков, с листьями аномальнойформы и с нарушениями в развитии семядолей. Причиной этих аномалийявляются нарушения полярного транспорта ауксина и невозможность созданиянеобходимого ауксинового градиента в примордиях боковых органов (Okada et al.,1991).
PIN1 также функционирует на базальных мембранах клеток ксилемнойпаренхимы,обеспечиваябазипетальныйтранспортауксина.Егоработанеобходима для нормального развития сосудов ксилемы: клетки, наиболееинтенсивно транспортирующие ауксин, в конечном счёте превращаются в сосуды.Потеря функции PIN1 приводит к ухудшению оттока ауксина из молодых листьев,что приводит к избыточному формированию сосудов вблизи молодых листьев(Gälweiler et al., 1998). PIN1 и его гомологи необходимы также для формированияпроводящих пучков в листе и развития зубчиков на листовых пластинках(Adamowski, Friml., 2015).Предполагается, что у множества других видов функции PIN1 разделенымежду разными ветвями семейства: PIN1 и Sister of PIN1.
Ветвь Sister of PIN1отсутствует у крестоцветных, поэтому раньше её объединяли с ветвью PIN1. Былиисследованы функции этих генов при развитии примордиев цветковых чешуй уBrachypodium distachyon, и показано, что Sister of PIN1 и два гомолога PIN1 уэтого вида выполняют разные функции. Sister of PIN создаёт первичныеауксиновые максимумы, а гомологи PIN1 в дальнейшем настраивают их болеетонко (O’Connor et al., 2014).Другой важной функцией генов PIN является изменение направления ростакорня или побега под воздействием различных факторов. В частности, PIN3вместе с PIN1, 4 и 7, участвует в формировании апикального изгиба (apical hook)при прорастании - структуры, необходимой для защиты ПАМ от механическихповреждений.
PIN1, 3, 4 и 7 создают локальный максимум ауксина на внутреннейстороне изгиба (Zádníková et al., 2010).Мутанты с потерей функции PIN2 формируют корни, неспособные кгравитропическому ответу, для осуществления которого также необходимполярный транспорт ауксина. PIN2 локализуется на апикальных мембранах клеток36эпидермиса корня, обеспечивая транспорт ауксина по направлению к побегу(Adamowski, Friml, 2015). Помимо PIN2, в гравитропическом ответе участвуеттакже PIN3. В обычных условиях этот белок распределён равномерно помембранам клеток колумеллы, однако при изменении вектора силы тяжести (приповороте корня на 90 градусов) он перемещается на латеральные мембраныклеток, которые теперь оказываются снизу. Это приводит к перераспределениюауксина и переносчика PIN2, и, как следствие, корень изгибается вниз (Abas et al.,2006).В зиготическом эмбриогенезе главным образом принимают участие белкиPIN1, 3, 4 и 7.
Более подробно об их работе в ходе ЗЭ рассказано в разделе«Морфогенез зиготического зародыша».Исследований, посвящённых генам PIN в СЭ, немного, однако известно, чтоу A. thaliana в ходе СЭ PIN1 создаёт локальные максимумы ауксина, которыемаркируют места закладки соматических эмбрионов, а также участвует в развитиисемядолей (Su et al., 2009).Регуляция работы генов PIN осуществляется на множестве уровней.Помимо регуляции интенсивности транскрипции, на их работу можно влиять засчёт изменения расположения на мембране, интернализации и различныхпосттрансляционных модификаций.Белки PIN перемещаются к разным мембранам клетки посредствомвезикулярного транспорта.
В перемещении PIN на плазмалемму путём экзоцитозаучаствует множество белков, в частности, семейство малых G-белков ARF (ADPRibosylation Factor). Для их активации необходимы факторы обмена ГДФ на ГТФARF-GEF (ARF Guanine nucleotide Exchange Factors). Наиболее известнымпримером ARF-GEF является белок GNOM, осуществляющий экзоцитоз везикул сбелком PIN1 на базальную мембрану и работающий в ходе ЗЭ. Мутанты с потерейфункцииGNOMдемонстрируютсерьёзныенарушениявформированииапикально-базальной оси зародыша (Geldner et al., 2003).Образование цитоплазматических везикул, на мембранах которых находятсяPIN, происходит за счёт клатрин-опосредованного эндоцитоза.
Белки ARF-GEF с37другими партнёрами участвуют и в этом процессе (Naramoto et al., 2010).Везикулярный транспорт PIN необходим не только для существенныхизменений в их полярности (как, например, в случае ЗЭ). Постоянный эндоцитозвезикул с белками PIN на краях зоны их локализации на плазмалемме ивозвращение их в центр этой зоны путём экзоцитоза необходимы, в частности, дляподдержания полярной локализации PIN и противостояния их латеральнойдиффузии.
Также для препятствия латеральной диффузии необходимы, повидимому, наличие клеточной стенки и кластеризация белков PIN на мембране(Adamowski, Friml., 2015).Среди посттрансляционных модификаций, влияющих на работу белков PIN,наиболееизвестнымпримеромявляетсяихфосфорилированиеидефосфорилирование. Фосфорилирование PIN за счёт киназы PINOID приводит ких локализации на апикальной мембране, в то время как дефосфорилирование засчёт фосфатазы PP2A способствует их переносу на базальную мембрану клетки.Фосфорилирование также делает работу PIN более интенсивной (Zourelidou et al.,2014).Ауксин сам по себе может влиять на полярность белков PIN истимулировать экспрессию кодирующих их генов (Vieten et al., 2005). Внедифференцированной группе клеток, рядом с которой находятся внешнийисточник ауксина и место его стока (sink), PIN поляризуются на мембранах такимобразом, чтобы соединить внешний источник со стоком ауксина, формируя чётковыраженный канал транспорта (Adamowski, Friml., 2015).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
