Диссертация (1145941), страница 6
Текст из файла (страница 6)
ТФ KN1 кукурузы связываетсяс регуляторными последовательностями гена ga2ox1 и опосредует активациюэтого гена (Bolduc and Hake, 2009). Таким образом, ТФ KNOX негативно влияютна метаболизм гиббереллинов в ПАМ. Более того, ТФ KNOX подавляютэкспрессию гена GA20ox1, вовлеченного в биосинтез гиббереллина (Chen, et al.,2004).Таким образом, транскрипционные факторы KNOX вызывают увеличениесодержания цитокинина и уменьшение содержания гиббереллина, то естьрегулируют баланс гормонов.Известно, что в области инициации листового примордия происходитподавление экспрессии STM, что обеспечивается с помощью отрицательноговзаимодействия между транскрипционными факторами KNOX и ASYMMETRICLEAVES1 (AS1).
Листовые примордии также характеризуются локальнымнакоплением гормона ауксина. При культивировании растении арабидопсиса,томата (Lycopersicon esculentum) и кукурузы в присутствии ингибитора полярноготранспорта ауксина (NPA: naphthylphthalamic acid) не происходит закладки новыхлистьев. Показано, что этот эффект связан с отсутствием подавления экспрессиигенов KNOX в ПАМ (Scanlon, 2003). Было показано, что пути ауксина и AS1сходятся для подавления экспрессии гена KNOX BREVIPEDICELLUS (BP) и такимобразом, способствуют образованию листьев (Hay, et al., 2006, Heisler, et al., 2005).311.4. Регуляция развития симбиотических клубеньковСимбиотические клубеньки образуются в результате обмена сигналами междурастением-хозяином, выделяющим флавоноиды, и почвенными бактериямиризобиями,которыесинтезируютисекретируютсигнальныемолекулылипохитоолигосахаридной природы, так называемые Nod-факторы.
Восприятиебактериальныхсигнальныхмолекулрастениемхозяинавызываетрядморфологических и физиологических изменений в корневых волосках, включаядеполяризациюплазматическоймембраны,осцилляциюионовкальция,ремоделирование актиновых филаментов вблизи кончика корневых волосков,индукцию экспрессии генов, деформацию корневых волосков и их скручивание(Oldroyd and Downie, 2004, Stacey, et al., 2006). В результате этих изменений вкорневыхволоскахОдновременносстановитсяризобиальнойвозможнойинфекцией,бактериальнаяNodфакторыколонизация.дистанционностимулируют клетки перицикла, вызывая в них перестройку цитоскелета и ихпролиферацию (Timmers, et al., 1999).
Наряду с клетками перецикла, клетки коры,вблизи сайта инфекции расположенные напротив ксилемного полюса, делятся собразованием примордия клубенька, то есть массы быстро пролиферирующих инедифференцированных клеток. У Medicago truncatula и других бобовых,образующих клубеньки недетерминированного типа, дедифференцируются ипролиферируются клетки внутренних слоев коры, тогда как у Lotus japonicus идругих тропических бобовых с клубеньками детерминированного типа вобразовании примордия участвуют клетки наружных слоев коры (Stacey, et al.,2006). Параллельно с развитием примордия происходит проникновение бактерийвтканикорнясобразованиемспециальных«трубок»,называемыхинфекционными нитями, образование которых регулируется растением-хозяином(Fournier, et al., 2008). В клубеньках тропических бобовых, относящихся кдетерминированномутипу,меристематическаяактивностьклубеньканаблюдается только на ранних этапах органогенеза, что приводит к образованиюклубеньков округлой формы с ограниченным ростом.
Меристема в таких32клубеньках перестает функционировать после завершения развития клубенька, ивсе клетки примордия дифференцируются в зрелые клетки, фиксируюшие азот. Убобовых растений с недетерминированнм типом клубеньков в развивающемсяпримордии закладывается самоподдерживающая популяция клеток – меристема,благодаря активности которой продолжается рост клубеньков. Таким образом,благодарянепрерывноймеристематическойдифференциацииактивностивнутриклетокзрелыхиклубеньковсохраняющейсяформируютсяразличные зоны: расположенная за зоной апикальной меристемы (зона I) зонапроникновения (инфекции) (зона II), зона фиксации азота (зона III), и зонастарения (зона IV) (Crespi and Frugier, 2008).1.4.1.
Молекулярные основы бобово-ризобиальных взаимодействийВосприятиеNod-факторарастениемхозяинаинициируетпроцессинфицирования в эпидермальных клетках и стимулирует деления клеток коры,которые приводят к формированию первых клеток развивающихся клубеньков.Воздействие на растение изолированных Nod-факторов имитирует первые этапыэтого взаимодействия и вызывает образование клубенькоподобных структур унекоторых бобовых растений (Oldroyd and Downie, 2008, Stacey, et al., 2006).Однако, для дальнейшего развития инфекции и дальнейших этапов развитияклубеньков необходимы другие компоненты бактериальной поверхности, такиекак экзополисахариды или липополисахариды (Jones, et al., 2007).У некоторых бактерий отсутствуют гены nodABC, которые необходимы длясинтеза Nod-фактора, но тем не менее, они могут успешно вступать в симбиоз снекоторыми бобовыми растениями с образованием клубеньков. Известно, что удвух видов фотосинтетических Bradyrhizobia используются альтернативные путиразвития клубеньков (Giraud, et al., 2007).
У мутантов L. japonicus по рецепторуNod-фактора (nfr1и nfr5), а также у мутантов M. truncatula по восприятию Nodфакторов (nfp), не происходят ранние реакции на Nod-фактор, такие какскручивание и деформация корневых волосков и осцилляция кальция (Amor, et33al., 2003, Madsen, et al., 2003, Radutoiu, et al., 2003). Гены, нарушенные у такихмутантов, кодируют рецепторные трансмембранные серин/треониновые киназы сLysM-доменом (LYK), которые в виде гетеродимера могут функционировать каккомплекс, связывающий Nod-фактор. Характер экспрессии генов LYK позволяетпредположить, что различные комплексы LYK расположены в различных слояхклеток корня, и они могут играть разноплановую роль в ходе симбиотическоговзаимодействия (Arrighi, et al., 2006, Radutoiu, et al., 2003).Другие компоненты сигнальных путей, которые действуют после Nodфакторов,включаютгеныDOESN’TMAKEINFECTION(DMI),идентифицированные при анализе мутантов M.
truncatula dmi1, dmi2 и dmi3. ГеныMtDMI1 и MtDMI2 (и их ортологи у L. japonicus, CASTOR/POLLUX и SYMRK(SYMBIOSIS RECEPTOR KINASE), соответственно), кодируют предполагаемыйкатионный канал и лейцин-богатый киназный рецептор, и они необходимы дляосцилляции кальция и образования клубеньков (Ané, et al., 2004, Endre, et al.,2002, Imaizumi-Anraku, et al., 2005, Stracke, et al., 2002). Мутант dmi3 у M.truncatula несет мутацию с потерей функции в гене, который кодируеткальций/кальмодулин-зависимую протеинкиназу (CCaMK) (Levy, et al., 2004,Mitra, et al., 2004), локализованную в ядре (Kaló, et al., 2005).
Этот мутантреагирует на Nod-факторы, демонстрируя осцилляцию кальция, но имеет дефектына более поздних стадиях развития симбиотического клубенька. Возможностьактивации MtDMI3 как кальцием, так и кальмодулином, позволяет предположить,что CCaMK может интегрировать осцилляцию кальция с сигнальным каскадом,активируемым Nod-фактором, что приводит к формированию клубеньков(Рисунок 4).34Рисунок 4 - Регуляторные пути, связанные с образованием клубеньков (Crespi etal., 2008).1.4.1.1. Инфицирование ризобиями тканей корня растенияЭпидермис корня представляет собой первый барьер, который должен бытьпреодолен бактериями.
Бактериальная инфекция может происходить либо черезкорневые волоски, либо через трещины в эпидермисе (crack invasion). Вбольшинствебобово-ризобиальныхсимбиозовкорневыеволоскииграютцентральную роль в обеспечении бактериальной инфекции. Проникновение черезкорневые волоски инициируется бактериальной адгезией к корневым волоскам идеформацией корневого волоска, захватывающего колонию бактерий.
В областиприкрепления бактерий формируется инфекционная нить, вместе с ростомкоторой бактерии проникают в кортикальные клетки. Одновременно сэпидермальным ответом, кортикальные клетки начинают активно делиться, чтоприводит к формированию клубеньков. Восприятие Nod-фактора важно дляразвития инфекции через корневые волоски и для эпидермального ответа, чтоприводит к экспрессии ряда генов-мишеней, активируемых осцилляцией кальция.35При проникновении бактерий в ткани корня через трещины в эпидермисе,эпидермальные клетки разрушаются и бактерии получают прямой доступ ккортикальним клеткам. У некоторых видов наличие Nod-фактора важно дляпроникновения бактерий через трещины в эпидермисе, но у некоторых видов онопроисходит независимо от Nod-фактора (Oldroyd and Downie, 2008)(Рисунок 5).Рисунок 5 - Бактериальная инфекция может происходить либо через корневыеволоски, либо через трещины в эпидермисе (Oldroyd and Downie, 2008).1.4.1.2.
Восприятие Nod-фактораСовременная модель предлагает наличие двух рецептор-подобных киназ(RLK, Receptor-like kinase), расположенных на мембране эпидермальных клеток,которые связываются с Nod-факторами: У L. japonicus идентифицированы двагена, кодирующих рецепторы к Nod-факторам, LjNFR1 и LjNFR5, у P.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
