Диссертация (1145941), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Улядвенца синтез цитокинина в побеге происходит за счёт активации экспрессииLjIPT3, которая зависит от CLV1-подобной киназы (HAR1). Анализ экспрессииLjIPT3 с помощью репортерного гена GUS, показал, что промотор LjIPT3 активенв клетках флоэмы. Таким образом, при ризобиальной инфекции корня, цитокининможет синтезироваться во флоэме побега.
Показано, что у L. japonicus цитокининтранспортируется из семядолей в корень. Кроме того, в экспериментах сиспользованием прививок, формирование клубеньков было блокировано в случае,когда в качестве привоя (побеговой части) использовали растения сосверхэкспрессией LjIPT3, что согласуется с тем, что синтезируемый в побегецитокинин ингибирует образование клубеньков на корнях. Таким образом, рольцитокинина в развитии клубеньков неоднозначна: наряду с его ранее описаннойролью как положительного регулятора развития примордия клубеньков, он каккомпонент системного контроля клубенькообразования подавляет образованиеклубеньков (Sasaki, et al., 2014).Были идентифицированы корень-специфичные гены у гороха и лядвенца:PsNOD3, LjRDH1 и LjTML (Ishikawa, et al., 2008, Magori, et al., 2009, Postma, et al.,1988), которые могут быть вовлечены в биосинтез сигнала Q или еготранслокацию, или же в восприятие SDI в корне.
Было показано, что PsNOD3функционирует в корне, перед тем как активируется AON LRR RLK в листе.Поэтому PsNOD3, возможно, играет роль в выработке или транспортировкесигнала Q в корне (Li, et al., 2009). Было показано, что TML – другой компонентAON, действующий в корнях, необходим для ингибирующего действияцитокинина. Таким образом, подавление образования клубеньков, вызванноецитокинином, осуществляется с участием AON, при этом цитокинин действует впути AON между CLV1-подобной киназой HAR1 и TML (Sasaki, et al., 2014).44Другие факторы, которые уменьшают число клубеньков, включают этилен инитрат (Carroll, et al., 1985, Carroll, et al., 1985, Ferguson and Mathesius, 2003,Ferguson, et al., 2005, Gresshoff and Delves, 1986, Guinel and Geil, 2002, Lohar, et al.,2009).
Этилен индуцируется в ответ на стресс, и, возможно, формирование этогомеханизма направлено на ограничение использования ценных фотоассимилятовдля развития клубеньков. Кроме того, поскольку азот является основнымкомпонентом, который растение получает в ходе азотфиксации при симбиозе,вполне возможно, что механизм ингибирования развития клубеньков с помощьюазота развился для предотвращения формирования клубеньков при достаточномколичестве азота в ризосфере.Мутации, которые нарушают способность растения воспринимать этилен илиазот, нарушают их ингибирующие действия, что приводит к увеличению числаклубеньков.Известно,чтонитрат-зависимоеингибированиеклубеньковфункционирует через регуляцию экспрессии генов, кодирующих CLE-пептиды, вкорне (Okamoto, et al., 2009). Нитрат-индуцированный CLE-пептид схож с CLEпептидами,индуцируемымиризобиями.ОбаCLE-пептида,по-видимому,воспринимаются одной и той же рецепторной киназой AON LRR RLK,кодируемой генами GmNARK/LjHAR1/MtSUNN/PsSYM29.
У лядвенца былинайдены CLE-пептиды (CLE-RS2 и CLE-RS3), которые индуцируется какризобиями, так и нитратом (Nishida, et al., 2016, Okamoto, et al., 2009). Такимобразом, оба CLE-пептида вовлечены и в авторегуляцию, и в нитратиндуцируемое подавление развития клубеньков. Кроме того, показано, что CLV1подобная киназа HAR1 в побеге участвует в нитрат-опосредованном подавленииклубенькообразования (Okamoto and Kawaguchi, 2015).
Можно предположить, чтоу лядвенца, дальнодействующий сигналинг CLE-RS2 и CLE-RS3/HAR1, являетсяобщим между авторегуляцией и ингибирующим действием нитрата.Некоторыеисследованияуказываютнато,чторегуляцияклубенькообразования опосредованная нитратом, определяется побегом (Day, etal., 1989, Francisco JR and Akao, 1993, Okamoto and Kawaguchi, 2015), тогда как45другие подчеркивают роль локальной регуляции в корне (Carroll and Gresshoff,1983, Carroll and Mathews, 1990, Hinson, 1975, Reid, et al., 2011). На самом деле,какнедавнобылоклубенькообразованияпоказано,(Jeudy,обаetпараллельныхal.,2010)идействиямогутважныдлярегулироватьклубенькообразование по-разному.1.4.3.
Роль цитокинина в развитии клубеньков (регуляторные пути,функционирующие в коре корня)Сорок лет назад было показано, что применение экзогенных цитокининов иауксинов у бобовых растений вызывает индукцию деления клеток в месте, гдеожидается образование клубеньков (Libbenga, et al., 1973).Другие исследования показали, что некоторые виды ризобий выделяютцитокинин-подобные соединения, влияющие на развитие растений сои (Phillipsand Torrey, 1972, Sturtevant and Taller, 1989). Позже было отмечено, что фенотип,вызванный мутацией у ризобий, приводящий к отсутствию способностиобразовывать клубеньки, может быть частично подавлен путем введения гена,вовлеченного в секрецию транс-зеатина (Cooper and Long, 1994). Авторы такжеобнаружили, что образование клубеньков у люцерны возможно в отсутствиебактерий под действием цитокинина, на основании чего было высказанопредположение,чтобактериальнаяинфекциякактаковаянеявляетсянеобходимой для формирования примордиев клубеньков.1.4.3.1.
Идентификация ключевых компонентов клубенькообразования,связанных с цитокинином (сигнальный путь, индуцируемый цитокинином)Важным этапом в исследовании функции цитокинина в развитии клубеньковбыло обнаружение мутации snf2 (spontaneous nodule formation 2), связанной соспонтанным развитием клубеньков. У таких мутантов присутствует мутация сприобретением функции в гене LOTUS HISTIDINE KINASE 1 (LHK1), которыйкодирует белок, имеющий высокий процент сходства с рецептором цитокинина у46Arabidopsis CYTOKININ RESPONSE 1 (CRE1)/ARABIDOPSIS HISTIDINE KINASE 4(Inoue, et al., 2001, Tirichine, et al., 2007). Такие мутанты могут активироватьцитокининовую двухкомпонентную регуляторную систему (TCS) без обработкиэкзогенным цитокинином. Мутанты L.
japonicus с потерей функции гена LHK1 имутанты M. truncatula с потерей функции гена CRE1 (гомолог LHK1)нечувствительныкцитокинину,иунихнаблюдаетсяподавлениеклубенкообразования (Gonzalez-Rizzo, et al., 2006, Murray, et al., 2007, Plet, et al.,2011).
Эти наблюдения убедительно свидетельствуют, о том, что активацияцитокининого сигнального пути важна для развития клубеньков.Рецептор цитокинина активирует регуляторы ответа (response regulators, RR)типа B, которые имеют ДНК-связывающий домен и могут напрямуюрегулировать гены первичного ответа на цитокинин. Среди генов первичногоответа на цитокинин − гены RR типа A, которые действуют как негативныерегуляторы цитокининого сигналинга (Heyl and Schmülling, 2003). У M. truncatula,экспрессия генов MtRR1 (B-тип) и MtRR4 (A -тип) индуцируется в ответ наинокуляцию (Gonzalez-Rizzo, et al., 2006).
MtCRE1 и MtRR4 экспрессируются впролиферирующих клетках коры вовремя развития клубеньков, и при этомактивация экспрессии MtRR4 зависит от MtCRE1 (Lohar, et al., 2006, Plet, et al.,2011), то есть MtRR4, участвует в развитии клубеньков после MtCRE1(сигнальный путь MtCRE1).В настоящее время не выявлено мутантов с потерей функции генов RR. Приэтом анализ мутантов с потерей функции и приобретением функции у M.truncatula в гене ETHYLENE RESPONSE FACTOR REQUIRED FOR NODULEDIFFERENTIATION (EFD) показал, что он негативно регулирует образованиеклубеньков через активацию MtRR4 (Vernié, et al., 2008).
Это согласуется с тем,что MtRR4 действует как негативный регулятор развития клубеньков. Кроме того,экспрессия других генов RR типа A у M. truncatula индуцируется под действиемNod-фактора (den Camp, et al., 2011). Интересно, что в экспериментальныхусловиях MtRR4 не активируется Nod-фактором, что указывает на то, что при47обработке Nod фактором или инокуляции ризобиями могут активироватьсяразличные ответные реакции. Кроме того, конститутивная активация регуляторатипа А MtRR9 индуцирует пролиферацию клеток коры, что указывает на важнуюроль MtRR9 в органогенезе клубеньков (den Camp, et al., 2011).Недавно было показано, что регулятор типа B MtRR1 может связываться спромотором гена MtRR4, что указывает на то, что MtRR1 непосредственноконтролируетэкспрессиюгенаMtRR4(Ariel,etal.,2012).Анализэлектрофоретической подвижности и иммунопреципитация хроматина показали,что MtRR1 может напрямую связываться с промотором гена NODULATIONSIGNALING PATHWAY 2 (NSP2).
NSP2 кодирует транскрипционный фактор изсемейства GRAS, который требуется для положительной регуляции развитияклубеньков (Ariel, et al., 2012, Heckmann, et al., 2006, Kaló, et al., 2005, Murakami,et al., 2007). Мутация в сайте связывания MtRR1 в промоторе NSP2 приводит котсутствию активации экспрессии NSP2 при клубенькообразовании (nodulationrelated activation of NSP2), что указывает на важно значение цис-элементов дляэкспрессии NSP2.Изучение регуляции экспрессии NSP2 в настоящее время является важным висследованиях растительно-микробных взаимодействий.
Последние данныепоказывают, что экспрессия NSP2 негативно регулируется с помощью микроРНКmiR171 (De Luis, et al., 2012, Lauressergues, et al., 2012). Экспрессия miR171индуцируется не только во время развития клубеньков, но и в ответ на цитокинин(MtCRE1-зависимый путь) (Ariel, et al., 2012). Таким образом, сигнальный путьцитокинина играет двойную роль в регуляции экспрессии NSP2: цитокинин можетнепосредственно активировать NSP2, а также подавлять его экспрессию черезактивацию miR171 (Рисунок 9).48Рисунок 9 - Ауксин и цитокинин-опосредованный путь сигнализации в развитииклубеньков (Suzaki, et al., 2013).Другой мишенью MtRR1 у M.
truncatula является ген цитокининоксидазыCYTOKININOXIDASE1(MtCKX1),которыйнегативнорегулируетпутьцитокининого сигналинга (Ariel, et al., 2012). MtRR1 непосредственно связываетсяс промотором MtCKX1. Ген СКХ оказывает негативное влияние на развитиеклубеньков и сверхэкспрессия этого гена приводит к уменьшению количестваклубеньков (Lohar, et al., 2004). В целом, эти результаты показывают, чтоцитокиновый сигналинг не только позитивно регулирует развитие клубеньков, нотакже контролируется посредством механизма отрицательной обратной связи,включающего CKX1.Анализ двойных мутантов по генам SNF2 и NODULE INCEPTION (NIN)показывает, что NIN также положительно регулирует развития клубеньков.Мутация NIN подавляет фенотип спонтанного образования клубеньков (фенотипsnf) (Tirichine, et al., 2007). При этом известно, что экспрессия NIN активируетсяво время нодуляции и индуцируется цитокинином LHK1/MtCRE1-зависимымобразом (Heckmann, et al., 2011, Murray, et al., 2007, Plet, et al., 2011, Schauser, etal., 1999).491.4.3.2.
Роль цитокинина в развитии инфекционных нитей и инициациипримордиев клубеньковНедавно с помощью транскриптомного анализа было показано, что Nodфактор и ризобий индуцируют экспрессию генов биосинтеза и сигналингацитокинина (Damiani, et al., 2016, Jardinaud, et al., 2016, Liu, et al., 2015). Срединих – ген рецептора цитокинина MtCRE1, а также несколько регуляторовцитокининового ответа A-типа (RR A-type) MtRR2, MtRR8, MtRR9 и MtRR10.Наряду с этим, экспрессия MtRR4 была выявлена в клетках коры присимбиотических условиях (Vernié, et al., 2015).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
