Диссертация (1145941), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Например, уDrosophila, ядернаятранслокация белков класса MEIS (MEIS-class TALE protein Homothorax) зависитот их взаимодействия с белками класса PBC (из семейства TALE белков),(Rieckhof, et al., 1997). Белки MEIS у животных и белки KNOX у растений имеютсхожий домен MEINOX, который опосредует их взаимодействие с другимибелками семейства TALE (Bürglin, 1997). Роль PBC белков, участвующих вобразовании гетеродимеров с другими белками TALE, у растений выполняютбелки BELL.1.1.4. Гены KNOX у растений из семейства бобовыеУ бобовых растений было охарактеризовано несколько генов KNOX.
Так,было показано, что гены PsKN1 и PsKN2 у Pisum sativum являются ортологамиSTM и KNAT1/BP, соответственно (Tattersall, et al., 2005). Кроме того, гены LjKN1,LjKN2 и LjKN3 у Lotus japonicus имеют высокое сходство с PsKN1 у гороха и STMу Arabidopsis (LjKN1), PsKN2 у гороха и KNAT1 у Arabidopsis (LjKN2), и KNAT2или KNAT6 (LjKN3) (LUO, et al., 2005).ГеномM.truncatula(Mt4.0)содержит10генов,кодирующихтранскрипционные факторы KNOX, и два гена, кодирующих укороченные белки,лишенные гомеодомена (Di Giacomo, et al., 2008, Peng, et al., 2011, Zhou, et al.,2014). Эти гены разделяют на три класса: KNOX класса I(MtKNOX1/2/6/7/8),MtKNOX II класса (MtKNOX3/4/5/9/10) и M класса (MtFCL1/2).УM.truncatulaбылиидентифицированынесколькогеновKNOX(MtKNOX3/4/5 и FCL1), участвующих в развитии листьев (Di Giacomo, et al., 2008,Peng, et al., 2011, Zhou, et al., 2014).
Также было показано подавление экспрессиивыявленных генов MtKNOX класса I в листьях, аналогично тому, как этонаблюдали для соответствующих генов у Arabidopsis. Однако, в отличие от геновSTM и KNAT1 у Arabidopsis, их предполагаемые ортологи у Medicago20экспрессируются в корнях. В отличие от MtKNOX1 и MtKNOX2, ген MtKNOX6слабо экспрессируется в тканях корня (Di Giacomo, et al., 2008). В целом, былопоказано, что три гена второго класса (MtKNOX3/4/5) и два гена первого класса(MtKNOX1/2) экспрессируются в корнях (Di Giacomo, et al., 2008), что указываетна возможное участие транскрипционных факторов KNOX в развитии подземныхорганов у бобовых растений.Анализ аминокислотной последовательности MtKNOX3 и MtKNOX5 показалбольшое сходство с белком KNAT3 у Arabidopsis thaliana. аминокислотнаяпоследовательность MtKNOX4 имеет высокий процент сходства с KNAT7 уArabidopsis (78% идентичности), а MtKNOX2 имеет высокий процент сходства сKNAT1-подобным белком у Populus tomentosa и у Arabidopsis (Di Giacomo, et al.,2008) (таблица 1).Таблица 1 - Идентификация предполагаемых ортологов KNOX у Medicagotruncatula (Di Giacomo et al., 2008 с добавлением KNOX7-10).НазваниеНомерпоследовательност аминокислотнойиДлинааминокислотнойСходство сгомологамипоследовательност последовательност другихи в GenBankMtKNOX1AB033478.1иПредполагу аемый ортологвидов у арабидопсисарастений374 a/кPsKN1 (92%)STM (62%)251 a/кPtKNAT1-likeKNAT1 (77%)(Medtr2g024390)MtKNOX2AB033479.1(Medtr1g017080)MtKNOX3AB033480.1(84%)439 a/к(Medtr1g012960)MtKNOX4AB033481.1AB033482.1292 a/кAB033483.1AthKNAT7KNAT7 (78%)(78%)371 a/к(Medtr3g106400)MtKNOX6KNAT3 (65%)(70%)(Medtr5g011070)MtKNOX5MdKNAP3MdKNAP3KNAT3 (66%)(70%)312 a/к(Medtr5g085860)21PhSTM (57%)STM (54%)НазваниеНомерпоследовательност аминокислотнойиДлинааминокислотнойСходство сгомологамипоследовательност последовательност другихи в GenBankMtKNOX7XM_003613135иXM_003591173317 a/квидов у арабидопсисаGlyma.08G28430 AtKNAT60 (80.1%)312 a/к(Medtr1g084060)MtKNOX9у аемый ортолограстений(Medtr5g033720)MtKNOX8Предполаг(76.9%)Glyma.10G14700 AtKNAT60 (69.8%)(54.3%)XM_013602675.1332 a/кGlyma.17G10480 AtKNAT3(Medtr4g116545.2)342 a/к0 (92.1%)368 a/кGlyma.15G20220 AtKNAT3(68.6%)XM_013602676.1(Medtr4g116545.1)MtKNOX10XM_013608608.1(Medtr2g461240)0 (90.2%)(64.3%)Гены MtKNOX3 и MtKNOX5 имеют высокий процент сходства друг с другом ивозможно, что они образовались в результате дупликации одного предковогогена.
Транскрипты MtKNOX3 и MtKNOX5 были обнаружены во всех органахрастений. Интересно, что в ответ на действие гормонов цитокининов наблюдаетсяиндукция транскрипции MtKNOX3, но не MtKNOX5. Таким образом, различия врегуляции транскрипции могут обуславливать различную роль этих генов улюцерны (Di Giacomo, et al., 2008).1.2. Цитокинины и их роль в развитии растенийЦитокинины представляют собой группу фитогормонов, которые играютважную роль в росте и развитии растений, регулируя старение листьев (Gan andAmasino, 1995, Kim, et al., 2006), апикальное доминирование (Sachs and Thimann,1967, Tanaka, et al., 2006), пролиферацию клеток в тканях корня (Werner, et al.,2001), филлотаксис (Giulini, et al., 2004), репродуктивную компетентность(Ashikari, et al., 2005) и сигнальные пути, связанные с распределение питательных22веществ (Mok and Mok, 2001, Takei, et al., 2001, Takei, et al., 2002).
В ходеисследования метаболизма и сигнальной трансдукции цитокининов былаидентифицирована серия генов, участвующих в этих процессах. Известно, чтоцитокинины участвуют в поддержании функции меристемы побега (Higuchi, et al.,2004, Kurakawa, et al., 2007, Leibfried, et al., 2005, Werner, et al., 2003), а также визменении метаболизма и морфогенеза в ответ на стимулы окружающей среды(Sakakibara, 2006, Werner, et al., 2006).1.2.1.
Биосинтез, катаболизм и инактивация цитокининовБиосинтез цитокининовПриродные цитокинины, транс-зеатин (tZ), N6-(Δ2-изопентенил) аденин (iP),цис-зеатин (cZ), и дигидро-зеатин (DZ), широко распространены у высшихрастений (Mok and Mok, 2001) (Рисунок 3). Помимо растений, к синтезуцитокининов способны некоторые фитопатогенные бактерии, в частностиAgrobacterium tumefaciens, A.
rhizogenes и Pseudomonas savastanoi, а также грибы.(Costacurta and Vanderleyden, 1995).Рисунок 3 - Основные этапы биосинтеза цитокининов (Hirose et al., 2008).23Биосинтез цитокининов является многоэтапным процессом. Первая стадиябиосинтеза цитокининов катализируется ферментами изопентенилтрансферазами(IPT: isopentenyl transferase). Ферменты IPT превращают аденозин-5'-фосфат визопентениловый нуклеотид. У Arabidopsis thaliana были идентифицированыдевять генов из семейства IPT (AtIPT1-AtIPT9), которые демонстрируютразличные паттерны экспрессии как в побегах, так и в корнях (Miyawaki, et al.,2004, Takei, et al., 2001).
Гидроксилирование изопентениладенилового нуклеотидаи продукцию транс-зеатинового (tZ) нуклеотида катализируется монооксигеназойцитохрома P450 (семейство CYP735A) (Takei, et al., 2004). В итоге, образованиеактивных форм цитокининов из цитокининовых нуклеотидов опосредуетсягенами LONELY GUYs (LOGs) (Kurakawa, et al., 2007).Для генов IPT характерна тканеспецифичная экспрессия и разделениефункций. Например, AtIPT1 экспрессируется в клетках-предшественниковксилемы, в корне, пазухах листьев, яйцеклетках и незрелых семенах. Ген AtIPT3экспрессируется преимущественно во флоэме, и на уровень его экспрессии влияетконцентрация нитратов, фосфатов и сульфатов (Hirose, et al., 2008, Miyawaki, etal., 2004, Takei, et al., 2004).
Таким образом, этот ген важен для функциицитокининов как регуляторов минерального питания растений. Гены AtIPT4 иAtIPT8 экспрессируются в незрелых семенах с более высокой экспрессией вэндосперме. AtIPT5 экспрессируется в примордиях боковых корней, клеткахколумеллы корневого чехлика, и в отделительном слое у плодов. Ген AtIPT7экспрессируется в побеговой апикальной меристеме (ПАМ) (Miyawaki, et al.,2004, Takei, et al., 2004). Показано, что экспрессия генов IPT, в том числе AtIPT7напрямую регулируется транскрипционными факторами KNOX.(Jasinski, et al.,2005, Yanai, et al., 2005). Двойные мутанты по генам IPT, не проявляютфенотипических изменений, тогда как тройные, четверные и пятерные мутантыхарактеризуются короткими и тонкими надземными органами.
Это позволяетпредположить, что функции этих генов в значительной степени перекрываются24(Miyawaki, et al., 2006). сверхэкспрессия любого из генов IPT приводит кразвитию характерного «цитокининового» фенотипа, который включает в себякарликовость, темно-зеленую окраску листьев, редукцию корневой системы иусиленное побегообразование.Синтез цис-зеатина катализируется с помощью тРНК-IPT, которые в качествесубстрата используют аденин, находящийся в составе тРНК.Таким образом, у растений выделяют два класса изопентенилтрансфераз(IPT), которые используют аденин в качестве субстрата: 1) ATФ/AДФ-IPT,которые у арабидопсиса включают AtIPT1, 3, 4-8 и 2) тРНК-IPT (у Arabidopsisэтот класс представлен AtIPT2 и 9).
Кроме того, у Dictyostelium discoideum,Agrobacterium tumefaciens, а также в тканях растений, трансформированных A.tumefaciens, цитокинины синтезируется путем изопентенилирования AMФ (сучастием продуктов бактериальных генов IPT) (Miyawaki, et al., 2004).Превращение изопентенил-нуклеотидов в зеатин-нуклеотиды катализируютцитохром-Р450-монооксигеназыCYP735A.ГенCYP735A1эспрессируетсяпреимущественно в корнях и цветках, тогда как экспрессия CYP735A2наблюдается в корнях и стеблях.
Таким образом, эти гены также как гены IPT,имеют тканеспецифичный характер экспрессии. (Takei, et al., 2004).Гены LOG кодируют цитокинин-активирующие ферменты, которые работаютна заключительной стадии синтеза биоактивных цитокининов. С помощьюцитокинин-специфической фосфорибогидролазной активности ферменты LOGпревращают неактивные цитокининовые нуклеотиды в свободные формыцитокининов (изо-пентениладенин и зеатин), которые являются биологическиактивными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
