Диссертация (1145941), страница 7
Текст из файла (страница 7)
sativum−PsSYM10, PsSYM37, PsSYM2A, у M. truncatula − MtLYK3/MtLYK4 и MtNFP, а усои − GmNFR1α/β и GmNFR5α/β (Arrighi, et al., 2006, Indrasumunar, 2007,Indrasumunar, et al., 2010, Limpens, et al., 2003, Madsen, et al., 2003, Radutoiu, et al.,2003, Zhukov, et al., 2008).
Эти рецепторы состоят из внутриклеточного киназногодомена, трансмембранного домена и внеклеточной части, включающий LysMдомен.Домен LysM часто встречается в ферментах, разрушающих клеточную стенкубактерий, и этот домен связывается с пептидогликанами, содержащими остатки36N-ацетилглюкозамина, как и Nod-фактор (Steen, et al., 2003). Наличие LysMдомена вместе с трансмембранным и киназным доменом характерно только длярастений (Gough, 2003).РецепторытипичныйLjNFR1/PsSYM2A/MtLYK3/MtLYK4/GmNFR1α/βсерин/треонинкиназныйдомен,тогдаимеюткакLjNFR5/PsSYM10/MtNFP/GmNFR5α/β не имеют активирующей петли, то естьдомена,вкоторомнаходитсясайтфосфорилированияубольшинстваэукариотических протеинкиназ (Indrasumunar, 2007, Indrasumunar, et al., 2010,Limpens, et al., 2003, Madsen, et al., 2003, Radutoiu, et al., 2003).
Отсутствиеактивирующей петли в одном из киназных доменов предполагает, что дверецепторныекиназыLysMRLKмогутобъединятьсясобразованиемгетеродимера с активным киназным доменом (Limpens, et al., 2003, Madsen, et al.,2003, Radutoiu, et al., 2003). Тем не менее, взаимодействие между этими двумярецепторными киназами RLK и другими компонентами сигналной трансдукциидо конца не изучены.Другой рецептор, который участвует в передаче сигнала от NF, имеет лейцинбогатый повтор (LRR) и серин треониновый киназный домен, и кодируетсягенами M. sativa NORK/PsSYM19/LjSYMRK/MtDMI2/GmNORK (Capoen, et al., 2005,Endre, et al., 2002, Indrasumunar, 2007, Mitra, et al., 2004, Stracke, et al., 2002). Онрасположен на плазматической мембране и также на мембране инфекционнойнити (Limpens, et al., 2005).
Активация рецепторной киназы RLK с LysM-доменомрассматривается как необходимое условие для активации киназы RLK с LRRдоменом.1.4.1.3. Сигнальный каскад, активируемый Nod-факторомВосприятие Nod-фактора инициирует последующий сигнальный каскад(Рисунок6).Онвключаетвсебябелкиионныхкалиевыхканалов,локализованные в ядерной мембране, кодируемые генами MtDMI1, LjCASTOR иLjPOLLU (Ané, et al., 2004, Imaizumi-Anraku, et al., 2005, Riely, et al., 2007), два37нуклеопорина, кодируемые генами LjNup133 и LjNup85 (Kanamori, et al., 2006,Saito, et al., 2007), и кальций/кальмодулин-зависимую протеинкиназу (CCaMK),кодируемую геном MtDMI3/PsSYM9 (Levy, et al., 2004, Mitra, et al., 2004). Через 1минуту после обработки Nod-фактором наблюдается приток ионов Ca2+ вцитоплазму с последующим оттоком ионов Cl- и K+ в клетках корневых волосков(Felle, et al., 1999).
Колебания (осцилляции) концентрации цитозольного Ca 2+,известные как Ca2+ -спайки, индуцируется в тех же клетках после индукциипритока Ca2+ (примерно 10 мин. после обработки Nod-фактором (Wais, et al., 2000,Walker, et al., 2000). Белки ионных каналов и нуклеопорины необходимы для Ca2+спаек. Структурные исследования показали, что CCaMK может восприниматьсигнал Ca2+-спаек (Oldroyd and Downie, 2004).Мутация в генах, кодирующих LRR RLK, белки ионных каналов илинуклеопорины, приводят к отсутствию Ca2+ спаек и к отсутствию развитияклубеньков. Однако, у таких мутантов наблюдается ток ионов Ca2+ и деформациякорневых волосков (Ané, et al., 2004, Imaizumi-Anraku, et al., 2005, Kanamori, et al.,2006, Miwa, et al., 2006, Saito, et al., 2007).
Мутации в гене, кодирующим CCaMK,не влияют на ток ионов Ca2+ и Ca2+-спайки, но при этом блокируют дальнейшееразвитие клубеньков (Levy, et al., 2004, Miwa, et al., 2006). На основании этогопредполагается, что LRR RLK, ионные каналы, и нуклеопорины действуют послеNod-фактора, но перед Ca2+ -спайками, тогда как CCaMK действует после Ca2+спаек (Рисунок 6).38Рисунок 6 - Молекулярные события, связанные с развитием клубеньков(Ferguson, et al., 2010).После CCaMK активируются несколько факторов транскрипции, в том числеNSP1 и NSP2 (NODULATION SIGNALING PATHWAY 1,2) (Kaló, et al., 2005,Smit, et al., 2005), ERF (ETS2 REPRESSOR) (Middleton, et al., 2007) и NIN(NODULE INCEPTION) (Borisov, et al., 2003, Schauser, et al., 1999).У мутантов nsp1 и nsp2 наблюдается нормальный Ca2+-ответ при обработкеNod-факторами, однако они не могут инициировать транскрипцию генов раннихнодулинов ENOD (EARLY NODULATION), в эпидермисе (Catoira, et al., 2000,Oldroyd and Long, 2003). В клетках эпидермиса, NSP1 и NSP2, как полагают,колокализуются с CCaMK в ядре (Oldroyd and Downie, 2008, Smit, et al., 2005).Это означает, что NSP1 и NSP2, вероятно, активизируется после Ca2+ -спайков,возможно, непосредственно после CCaMK.
Кроме того, было показано что ERN1(Ethylene Response Factor Required for Nodulation) и NSP1 связываются спромотором гена раннего нодулина ENOD11, и для связывания NSP1 спромотором ENOD11 требуется NSP2 (Andriankaja, et al., 2007, Hirsch, et al., 2009).Также показано, что связывание NSP1 с промотором генов ERN1 и NIN39необходимо для запуска их экспрессии.
Это говорит о том, что NSP1, NSP2, ERN1и NIN работают вместе, регулируя экспрессию генов ранних нодулинов вэпидермисе.Генетические исследования и изучение белок-белковых взаимодействийпозволили идентифицировать белковые компоненты, которые взаимодействуют сCCaMK и необходимы для передачи сигнала от Nod-фактора и для развитияклубеньков, а именно MtIPD3 (INTERACTING PROTEIN OF DMI3) иLjCYCLOPS (Messinese, et al., 2007, Yano, et al., 2008).
Предлагают, что эти белкимогут взаимодействовать друг с другом через C-концевой домен спирализованнойспирали (coiled-coil) и участвуют в трансдукции сигнала Ca2+--спаек, а такжерегулируют экспрессию NSP1 (Smit, et al., 2005).Параллельно с этим сигнальным каскадом, который иницируется Nodфактором (через LysM RLKs), другой каскад, который запускается при активацииLRR RLК, также необходим для бактериальной инфекции. Было показано, чтоMtHMGR (3-HYDROXY-3-METHYLGLUTARYL COA REDUCTASE), MtRPG(RHIZOBIUM-DIRECTED POLAR GROWTH) у M. truncatula и LjSIP1(SYMRKINTERACTING PROTEIN) у L. japonicus взаимодействуют с LRR RLK.
LjSIP1является фактором транскрипции, который может связываться с промотором NINи регулировать бактериальную инфекцию (Zhu, et al., 2008). MtRPG −это белок соспирально закрученной спиралью (coiled-coil), который, как было показано,локализуется в ядре и необходим для бактериальной инфекции и полярного ростаинфекционной нити (Arrighi, et al., 2008).1.4.2. Системный контроль клубенькообразования (авторегуляция, AON)Существует целый ряд дополнительных внешних и внутренних факторов,которые действуют как негативные регуляторы развития клубеньков.
Мутанты,которыенедемонстрируютспособнысинтезироватьувеличениечислаиливосприниматьклубеньков.этифакторыАвторегуляцияклубенькообразования (англ. Autoregulation of Nodulation, AON) инициируется в40ходе развитии клубеньков синтезом сигнала, поступаемого из корней (такназываемый сигнал 'Q'). Последние работы показали, что сигнал Q, по всейвидимости,представляетсобойCLE-пептиды(Okamoto,etal.,2009).Эксперименты с использованием прививок показали, что после инокуляции Qмигрирует в побег, где он сам или продукт его действия, воспринимается спомощью рецепторной киназы AON LRR RLK, имеющей серин/треонинкиназный домен (Elise, et al., 2005, Krusell, et al., 2002, Nishimura, et al., 2002,Searle, et al., 2003).
Эта рецепторная киназа имеет высокий процент сходства скиназой CLV1, ограничивающей пролиферацию клеток в апикальной меристемепобега. Было показано, что экспрессия гена, кодирующего такую киназу AONLRR RLK, наблюдается во флоэме (Nontachaiyapoom, et al., 2007) (Рисунок 7).Показано, что локус Sym28 у Pisum sativum участвует в авторегуляции, и онкодирует белок, являющийся ортологом CLAVATA2 (CLV2) у Arabidopsis.Инактивация гена PsCLV2/Sym28 у четырех независимых мутантов sym28,приводит к увеличению числа клубеньков и изменению архитектуры побега.Такжемутациивгенелядвенцаяпонского(Lotusjaponicus)LjCLV2,обуславливающие аминокилотные замены в лейцин-богатом повторе, приводят кувеличению числа клубеньков (Krusell, et al., 2011).
Анализ экспрессии генаLjCLV2игенаLjHAR1,кодирующегоCLV1-подобнуюкиназу,такжеучаствующую в авторегуляции клубенькообразования, показал, что эти геныимеют перекрывающийся характер экспрессии в органах, хотя доказательствопрямого белок-белкового взаимодействия LjCLV2 и LjHAR1 не существует. Какбыло показано, белок LjHAR1 локализуется на плазматической мембране, а белокLjCLV2 локализуется на мембране эндоплазматической сети (Krusell, et al., 2011).Кроме того, у лядвенца была выявлена другая киназа LRR RLK, KLAVIER (KLV),мутация в гене которой также обуславливает суперклубенькообразующийфенотип. Показано, что белок KLV взаимодействует с белком HAR1, чтоуказывает на то, что эти белки могут образовывать рецепторный комплекс длявосприятия CLE-пептидов (Miyazawa, et al., 2010).41Совсем недавно с помощью анализа комплементации бимолекулярнойфлуоресценции (BiFC), было показано, что MtSUNN, подобно своему ортологуCLV1 у Arabidopsis, взаимодействует с белками MtCLAVATA2 и MtCORYNE.Все три белка (MtSUNN, MtCLAVATA2 и MtCORYNE) также способныобразовывать гомомеры, а MtCRN и MtCLV2 также взаимодействуют друг сдругом.
Кроме того, с использованием флуоресцентной микроскопий у N.benthamiana и M. truncatula было показано, что SUNN локализуется вплазматической мембране и в частности, в плазмодесмах. Более того, MtCRN иMtCLV2такжебылиобнаруженывплазматическоймембранеивэндоплазматической сети. Показано, что у мутантов crn (полученные с помощьюTnt-1 инсерционного мутагенеза) у M. truncatula наблюдается увеличение числаклубеньков подобно мутантам clv2 гороха и Lotus japonicas (Crook, et al., 2016). Всовокупности, эти данные свидетельствуют о том, что MtCRN и MtCLV2 могутфункционировать в пути AON вместе с киназой SUNN, возможно, образуя с нейгетеродимерные рецепторные комплексы.Рисунок 7 - LRR RLK вовлечена в регуляцию числа клубеньков (Ferguson, et al.,2010).42У сои были выявлены компоненты, которые могут взаимодействоватьнепосредственно с AON LRR RLK или функционировать на этапе после AONLRR RLK в регуляции AON. Эти компоненты относятся к киназ-связывающимпротеинфосфатазам(kinase-associatedproteinphosphatases)(GmKAPP1andGmKAPP2).Восприятие сигнала Q AON LRR RLK в листьях приводит к формированиюнового сигнала, поступающего из побега и подавляющего развитие клубеньков(shoot-derived inhibitor, SDI).
Такой ингибирующий сигнал, как предполагается,поступает во флоэму и спускается вниз в ткани корня, где он подавляетдальнейшие развитие клубеньков (Gresshoff and Delves, 1986, Lin, et al., 2010)(Рисунок 8).Рисунок 8 - Авторегуляция клубенькообразования (Ferguson, et al., 2010).43Недавно было показано, что у L. japonicus связывание CLE-RS1/2 срецептором HAR1 вызывает активацию продукцию цитокинина в побеге, которыйзатем транспортируется в корень и блокирует образование клубеньков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
