Диссертация (1145941), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Ген LOG был выявлен у риса, при этом было показано, что оннеобходим для поддержания активности меристемы, а потеря его функциивызываетпреждевременноепрекращениеактивностимеристемыпобега(Kurakawa, et al., 2007). С помощью алгоритма BLAST было выявлено девятьгеновсемействаLOGуArabidopsis,которыеимеютсходствоспоследовательностью гена LOG у риса (Kuroha, et al., 2009). Экспрессия25конструкции proLOG1:GUS наблюдалась в сосудистых тканях корня и семядолей.Сильная экспрессия GUS была обнаружена в апикальной области побега, в томчисле в меристеме.
В листьях экспрессия GUS наблюдалась в незрелойсосудистой ткани и в развивающихся цветках и сосудистых тканях пестика.Экспрессия конструкции для proLOG2:GUS наблюдалась в корневых волосках и вобласти первичного корня, где образуются корневые волоски. В побегах,активность GUS наблюдалась только по краям базальной области незрелыхлистьев. У растений, содержащих конструкцию proLOG3:GUS, экспрессия GUSбыла обнаружена в прокамбии корня, в примордиях боковых корней и в незрелыхсосудистых тканях боковых корней. В побеге активность GUS была обнаружена всосудистых тканях незрелых листьев, пазушных почках, в рыльце пестика и всемяножке.
Такая же картина экспрессии имела место для proLOG4:GUS. Утрансформантов,несущихконструкцию,proLOG5:GUS,экспрессияGUSнаблюдалась в сосудистых тканях зрелых корней. В проростках, активность GUSнаблюдалась в семядолях. В цветущих растениях, экспрессия GUS былаобнаружена в незрелых и зрелых цветках. Также экспрессия LOG5 была выявленав пазушных почках и в семязачатках.
Экспрессия proLOG7:GUS наблюдалась вэпидермисе зоны элонгации корня и во всех семядолях, в незрелых листьях и внезрелых трихомах. В репродуктивных органах трансформантов активностьproLOG7:GUSобнаруживаетсявпыльце.УрастенийсконструкциейproLOG8:GUS, GUS экспрессируется в покоящемся центре зрелых корней и взрелой сосудистой ткани корня. В проростках трансформантов proLOG8:GUS,GUS экспрессируется в семядолях, в гипокотиле, и в листьях, в том числе всосудистой ткани и устьицах.
В репродуктивных органах активность GUSнаблюдалась в стеблях, цветы, и в отделительном слое у плодов. Эти результатыуказывают на то, что гены семейства LOG у арабидопсиса экспрессируется вразличных тканях растений в ходе развития, и активные формы цитокининовмогут синтезироваться почти во всех тканях и органах растений (Kuroha, et al.,2009).26Катаболизм и инактивация цитокининовЦитокинин оксидазы/дегидрогеназы (CKX) катализируют необратимуюдеградацию цитокининов изопентениладенина, зеатина и их рибозидов спомощью одной ферментативной стадии путем окислительного расщеплениябоковой цепи.
Семейство генов CKX арабидопсиса и риса включают восемь и какминимум десять членов, соответственно. Было показано, что экспрессия геновCKX арабидопсиса индуцируется цитокинином (Gao, et al., 2014). Отдельныебелки CKX различаются по своим каталитическим свойствам, субклеточнойлокализации и по месту экспрессии соответствующих генов. У растении сосверхэкспрессией AtCKX наблюдается увеличение размеров меристемы корня иуменьшение апикальной меристемы побега (Schmülling, et al., 2003, Werner, et al.,2003).Помимо расщепления цитокининоксидазами, возможна обратимая илинеобратимая инактивация цитокининов путем образования коньюгатов.
Известнотри основных пути инактивации цитокининов: 1) необратимое образованиеконьюгатовсаминокислотами,2)необратимоеN-гликозилированиепопуриновому кольцу и 3) обратимое О-гликозилирование по боковой цепи. Огликозиды являются запасными формами цитокининов, тогда как коньюгаты саминокислотами и N-гликозиды являются катаболитами и впоследствиирасщепляются цитокининоксидазами (Лутова, et al., 2010)1.3. Роль транскрипционных факторов и гормонов в регуляции активностимеристемы побегаФормирование новых органов у растений может происходить непрерывно вонтогенезе. Этот процесс зависит от активности меристем.
Апикальная меристемапобега (ПАМ) расположена на верхушке побега и из ее производных клетокформируются листья, стебли и пазушные меристемы. ПАМ разделяют наразличные зоны. Боковые органы инициируются из периферической зоны (ПЗ),расположенной по краям меристемы. Центральная зона (ЦЗ) находится на27верхушке ПАМ, и содержит группу клеток, которые способны поддерживатьсобственную популяцию и которые относительно медленно делятся и даютначало клеткам ПЗ.
Правильное функционирование ПАМ обеспечивает балансмежду образованием боковых органов и поддержанием стволовых клеток.Несколько групп транскрипционных факторов участвуют в поддерживанииПАМ. Белки KNOX первого класса (KNOTTED1-like homeobox) экспрессируютсяво многих видах растений в ПАМ.
Мутации с потерей и приобретением функцииKNOX свидетельствуют об их роли в поддержании недифференцированногосостояния меристемы и в формировании границ между органами (Hake, et al.,2004). Транскрипционные факторы группы NAC (NO APICAL MERISTEM[NAM], Arabidopsis TRANSCRIPTION ACTIVATOR FACTOR [ATAF] andCUPSHAPED COTYLEDON [CUC]), в том числе CUP-SHAPED COTYLEDON1(CUC1), CUC2, и CUC3 у Arabidopsis, также важны для образования меристемы идля формирования границ между органами и меристемой и между соседнимиорганами. Соответственно, гены семейства NAC экспрессируются в виде узкихполосок в ПАМ, которые соответствуют будущим границам между органами имежду меристемой и органами (Aida and Tasaka, 2006).
WUSCHEL (WUS)кодируетбелок,содержащийгомеодомен,которыйэкспрессируетсявопределенной группе клеток ниже ЦЗ и участвует в поддержании меристемы. ТФWUS действует не в тех клетках, которых он экспрессируется, посколькуизвестно, что это белок экспрессируется ниже ЦЗ, но играет роль в поддержанийЦЗ. С другой стороны, в клетках ЦЗ экспрессируется лиганд CLAVATA3 (CLV3).Этот лиганд через рецепторный комплекс, включающий компоненты CLV1 иCLV2, негативно регулирует WUS, и таким образом ограничивает размер ЦЗ(негативная обратная связь) (Bäurle and Laux, 2003, Williams, et al., 2005).Об участии гормонов в функционировании ПАМ предполагали давно (Skoog,et al., 1957). Тем не менее, плейотропные эффекты экзогенного применениягормонов усложняли понимание механизмов, контролирующих развитие ПАМ.28Цитокинин позитивно регулируют деление клеток. Использование мутантовпо рецепторам цитокинина (Arabidopsis HISTIDINE KINASE 2 (AHK2), AHK3 иAHK4/CRE1/WOODEN LEG (WOL)) позволили оценить роль цитокинина в ПАМ.Эти мутанты проявляют плейотропный фенотип, включая резкое уменьшениеразмера меристемы, снижение скорости закладки листьев, а также нарушениеразвития листьев (Higuchi, et al., 2004, Nishimura, et al., 2004).
Снижениеэндогенного содержания цитокинин посредством изменения экспрессии генов,кодирующих ферменты цитокинин оксидазы (СКХ) у табака или Arabidopsisпомогли выявить роль цитокининов в развитии ПАМ. Снижение содержанияцитокининов приводит к уменьшению размера меристемы, к снижению скоростизакладки листьев, а также к возможному подавлению активности меристемы, чтопроявляется в прекращении формирование новых листьев (Werner, et al., 2003).Таким образом, для правильного функционирования меристемы необходимцитокинин. Что контролирует продукцию цитокинина и его ответ в ПАМ?1.3.1.
Участие генов KNOX в регуляции биосинтеза цитокининаИзвестно, что фенотип растений со сверхэкспрессией генов KNOX напоминаетфенотип растений с повышенным содержанием цитокининов. Растения табака сконститутивной экспрессией гена KN1 характеризуются выраженным карликовымфенотипом с мелкими листьями, кроме того у таких растений наблюдаетсяформирование рассеченных листьев и снятие апикального доминирования. Урастений арабидопсиса со сверхэкспрессией гена KNAT1, простые листьяпревращаются в лопастные с образованием эктопических меристем, которыеобразуются в области синуса около жилок.
(Chuck, et al., 1996, Sinha, et al., 1993).Крометого,сверхэкспрессиягенаKNAT2арабидопсисаобуславливаетобразование лопастных листьев, замедление старения листьев и ингибированиеудлинения гипокотиля (Hamant, et al., 2002), что напоминал фенотип растений сповышенной продукцией цитокининов. Подобные фенотипические проявлениянаблюдали и у трансгенных растений со сверхэкспрессией бактериального гена29IPT, контролирующего синтез цитокинина.(Kuderová, et al., 2008). Всовокупности, эти наблюдения говорят о том, что гены KNOX и цитокининымогут быть вовлечены в один и тот же регуляторные пути, контролирующиеразвитие растении.У салата (Lactuca sativa) сверхэкспрессия гена KNAT1 арабидопсисаприводила к накоплению цитокининов изопентенилового типа и, как следствие,наблюдалась задержка в старении листьев.
Также у таких растений наблюдалииндукцию меристемоподобных структур по краю листовой пластинки, то естьтрансформацияприводилакпереходуотдетерминированногокнедетерминированному росту, что подтверждает роль KNAT1 как антагонистаклеточной дифференцировки. Накопление цитокининов изопентенилового типапроисходило локально в областях, где закладывались меристемо-подобныеструктуры (Chuck, et al., 1996, Frugis, et al., 2001).Было изучено действие транскрипционных факторов KNOX на экспрессиюгена цитокининового ответа ARABIDOPSIS RESPONSE REGULATOR5 (ARR5) итакжегеновAtIPT,глюкокортикоиднымспомощьюрецепторомактивации(GR:ТФglucocorticoidSTM,receptor).слитогосАктивацияконструкции (35S::STM-GR) в такой системе происходила после добавлениягормона дексаметазона, вызывающего перенос гибридного белка из цитоплазмы вядро, что в итоге приводило к активации генов-мишеней ТФ STM.
Было показано,что активация ТФ STM вызывает активацию экспрессии гена цитокининогоответа ARR5 а также генов AtIPT5 и AtIPT7, вовлечённых в биосинтез цитокинина(Jasinski, et al., 2005). Увеличение экспрессии генов AtIPT7 и AtRR5 вследствиеактивации ТФ STM также подтвердилось в работе другой исследовательскойгруппы с использованием аналогичной системы (35S:STM-GR). Активация двухдополнительных белков KNOXI, KNAT2 арабидопсиса и KNOTTED1 (KN1)кукурузы с использованием подобных индуцибельных систем также приводила киндукции AtIPT7 через 4 часа и 24 часа после добавления дексаметазона. Этирезультаты показывают, что ген биосинтеза цитокинина AtIPT7 является30основной мишенью ТФ KNOXI. Активация только некоторых из генов биосинтезацитокинина (AtIPT5 и AtIPT7) транскрипционными факторами KNOXI указываетна то, что биосинтез цитокинина контролируется как KNOXI-зависимым, так иKNOXI-независимым путем, что свидетельствует о существовании гибкого истрого регулируемого пути регуляции цитокининов (Yanai, et al., 2005).Кроме того, было показано, что у арабидопсиса индукция ТФ STM приводит кувеличению экспрессии гена GA2ox (GA2ox2 и GA2ox4), ответственного заинактивацию гиббереллинов (Jasinski, et al., 2005).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
