Диссертация (1145941), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Кроме того, у Medicago truncatulaсиспользованиемискусственносозданного“цитокининовогосенсора”называемого TCSn (two-component output sensor new; (Zürcher, et al., 2013)) былвыявлен ранний ответ на цитокинин в эпидермисе и клетках наружной коры, иболее поздний ответ в клетках примордия клубеньков (Jardinaud, et al., 2016).Вместе с этим, у L. japonicus с использованием другой версии TCS было показано,что экспрессия наблюдается сначала в клетках коры, и только позже - вэпидермисе (Held, et al., 2014). Таким образом, последовательность активацииответов на цитокинин на ранних стадиях симбиоза может различаться у разныхвидов бобовых.
В то же время, это различие может быть результатомиспользования различных репортеров цитокининого ответа (TCS и TCSn). Умутанта по гену цитокининового рецептора lhk1 и тройных мутантов lhk1 lhk1a-1lhk3L.japonicusнаблюдаетсяувеличениечислаинфекционныхнитей(гиперинфицирование). Это указывает на то, что цитокинин не требуется дляобразования инфекционных нитей в эпидермисе, и более того, по-видимому, онподавляет эпидермальную инфекцию (Held, et al., 2014).
С другой стороны, утройных мутантов lhk1 lhk1a-1lhk3, инфекционные нити не образуются в корекорня, что указывает на положительную роль цитокинина в развитии инфекции вкоре корня (Larrainzar, et al., 2015). Таким образом, цитокинин может оказыватькак положительный, так и отрицательный эффект развитие бактериальнойинфекции, в зависимости от типа ткани корня (Gamas, et al., 2017). У мутанта cre150M.
truncatula не наблюдается кортикальных инфекций. Однако у мутанта cre1наблюдается нормальное число эпидермальных инфекций (Plet, et al., 2011).Уменьшение содержания цитокинина в эпидермальных клетках путем экспрессиифермента цитокинин-оксидазы CKX под контролем эпидермис-специфичногопромотора (pEPI:AtCKX3) приводило к увеличению количества клубеньков иувеличению числа инфекционных нитей. Кроме того, было обнаружено, чтоэкзогенное применение цитокинина ингибирует, через MtCRE1, индукциюэпидермального маркера MtENOD11. С другой стороны, сверхэкспрессия гена,кодирующего фермент цитокинин-оксидазу CKX в клетках коры (pCO:AtCKX3)приводит к уменьшению числа клубеньков (Jardinaud, et al., 2016).
В целом, этинаблюдения согласуются представлениями о двоякой роли цитокинина вклубенькообразовании: как отрицательного регулятора развития инфекции вэпидермальных клетках и как положительного регулятора пролиферации клетоккоры при развитии примордиев клубеньков (Gamas, et al., 2017).1.4.3.3. Цитокинин и авторегуляция клубенькообразованияКак было отмечено выше, у бобовых растений ключевым компонентом AONявляется обмен сигналами между корнем и побегом, опосредованный черезрецептор-подобные киназы HYPERNODULATION ABERRANT ROOT FORMATION 1 (HAR1)/SUPER NUMERIC NODULES (SUNN) и KLAVIER (KLV) впобеге и поступающие из тканей корня сигналы CLE-ROOT SIGNAL 1/2 (LjCLERS1/2) у L. japonicus и MtCLE12/13 у M. truncatula (Elise, et al., 2005, Krusell, et al.,2002, Miyazawa, et al., 2010, Mortier, et al., 2010, Nishimura, et al., 2002, Okamoto, etal., 2009).
Мутация в генах HAR1 или KLV вызывает суперклубенькообразующийфенотип. Более того, у L. Japonicus эти мутации имеют аддитивный эффект нафенотип мутации snf2 (SNF2-зависимое спонтанное образование клубеньков), чтоуказывает на то, что AON действует параллельно с путем цитокининогосигналинга, который включает в себя цитокининовый рецептор LHK1.51Было показано, что экспрессия генов CLE индуцируется после инокуляции(Mortier, et al., 2010, Okamoto, et al., 2009) и недавно было показано, что такаяактивация отсутствует у мутантов по генам CRE1 и NIN у M. truncatula (Mortier, etal., 2010). Таким образом, CLE пептиды действуют на этапе после цитокинина иNIN.У люцерны MtCLE13 участвует в подавлении клубенькообразования (Mortier,et al., 2010). Так, было показано, что сверхэкспрессия MtCLE13 полностьюподавляет образование клубеньков и это подавление зависит от CLV1- подобнойкиназы MtSUNN-1.
Предполагается, что MtCLE13 действует после цитокинина впути запуска AON, поскольку его экспрессии индуцируется цитокинином(Mortier, et al., 2010). Более того, увеличение экспрессии MtLOG1 приводит кувеличению экспрессии MtCLE13 (Mortier, et al., 2014). Вместе с этим,уменьшение числа клубеньков у растений со сверхэкспрессии MtLOG1 в корняхне зависит от SUNN. Эти результаты показывают, что MtCLE13 можетопосредоватьэффектуменьшениячислаклубеньков,вызванныйсверхэкспрессией MtLOG1, но ингибирующее действие MtLOG1 являетсялокальным и не зависит от SUNN (Mortier, et al., 2014).
Тем не менее, можнопредположить, что цитокинин также вовлечен в системный контроль черезактивацию MtCLE13.Как было отмечено выше, синтезируемый в побеге цитокинин можетмигрировать в корень и подавлять образование клубеньков. Показано, что синтезцитокинина в побеге зависит от CLV1-подобной киназы ((Sasaki, et al., 2014), см.раздел 4.5). Таким образом, оба синтезируемый цитокинин в корне и побеге могутбыть вовлечены в AON.1.4.4. Роль ауксина в развитии клубеньковРанее было показано, что применение экзогенных ингибиторов полярноготранспорта ауксина в корнях люцерны индуцирует образование клубенькоподобныхструктурвотсутствииризобий52(Allen,1953).Последующиеисследования по экспрессии генов ранних нодулинов (ENOD) в ходе развитиятаких псевдо-клубеньков указывают на то, что они аналогичны с клубеньками,индуцируемыми ризобиями у Medicago (Hirsch, et al., 1989, Hirsch and Fang, 1994,Rightmyer and Long, 2011). Эти наблюдения показывают, что изменение потокаауксина влияет на развитие клубеньков.Кроме того, экспрессия некоторых генов MtPIN, кодирующих белкипереносчики ауксина, увеличена у мутантов cre1 М.
truncatula, по сравнению сдиким типом. Это позволяет предположить, что цитокинин может влиять нанакопление ауксина посредством подавления экспрессии генов PIN (Plet, et al.,2011).Изучение распределения ауксина с помощью конструкции DR5::GFP-NLS утрансгенных растений показывает, что накопление ауксина наблюдается наранних этапах развития клубеньков в пролиферирующих клетках, но послеризобиальнойколонизацииэкспрессияGFPограничиваетсятолькопериферической зоной клубенька.
Накопление ауксина при развитии спонтанныхклубеньков у мутантов snf2 c конститутивной активацией цитокининногосигналинга позволяет предположить, что цитокинин позитивно регулируетнакопление ауксина. Кроме того, было показано, что у мутантов nin-9 ненаблюдается накопление ауксина, но в корнях трансгенных растений, которыеконститутивно экспрессируют NIN, наблюдается локальное накопление ауксина.На основании этих результатов можно предложить, что транскрипционныйфактор NIN позитивно влияет на накопление ауксина. Также было показано, чтопо сравнению с диким типом, у мутанта har1 с нарушением в гене CLV1подобного рецептора, вовлечённого в AON, увеличивается содержание ауксина вкорнях и зона с повышенным содержанием ауксина в кортикальных клеткахявляется более протяженной.
Это указывает на то, что накопление ауксинаконтролируется механизмом авторегуляции клубенькообразования (AON) (Suzaki,et al., 2012) (Рисунок 10).53Рисунок 10 - Роль ауксина в формировании симбиотических клубеньков (Suzaki,et al., 2012).1.5. ЗаключениеВ этом разделе мы кратко рассмотрели роль ТФ KNOX и гормона цитокининав развитии растений. ТФ KNOX первого класса являются ключевымирегуляторами развития ПАМ. Мутанты по гену STM не способны инициироватьразвитие апикальной меристемы, как и мутанты brevipedicellus (bp) у A.
thaliana спотерей функции гена KNAT1 (Long, et al., 1996). Гены KNOX второго классаимеют широкий профиль экспрессии, но относительно мало известно про ихфункции в развитии растений. Существуют доказательства того, что некоторыегены KNOX играют роль в развитии корневой системы Arabidopsis (Truernit, et al.,2006). Было показано, что мишенями ТФ KNOX (KNAT1, STM) в меристемепобега являются гены, кодирующие изопентинилтрансферазы (IPT), ферментыбиосинтеза цитокинина (Jasinski, et al., 2005, Yanai, et al., 2005). Мы такжерассмотрели основные аспекты регуляции развития симбиотических клубеньков –предмета настоящего исследования. В последнее время накоплено большое54количество данных об участии цитокинина в развитии клубеньков, а также о ролиэтого гормона в авторегуляции клубенькообразования. Например, у мутантовлядвенца с потерей функции гена рецептора цитокинина (LHK1) наблюдаетсяподавление развития клубеньков (Murray, et al., 2007).
Интересно, что усилениефункции гена LHK1 (мутация с приобретением функции) у L. japonicus(spontaneous nodule formation 2, snf2), приводит к образованию клубеньков вотсутствие ризобий (спонтанное клубенькообразование) (Tirichine, et al., 2007).Эти результаты показывают, что гормон цитокинин является необходимым идостаточнымдляактивациикортикальныхклеточныхделенийвходеорганогенеза клубеньков. Кроме того, было показано, что экспрессия генов IPT иLOG увеличивается в развивающихся клубеньках (Chen, et al., 2014, Mortier, et al.,2014, Sasaki, et al., 2014). Показано, что в эпидермальных клетках цитокининможет блокировать образование инфекционных нитей (Held, et al., 2014), тогдакак для формирования инфекционных нитей в кортикальных клетках цитокининнеобходим (Larrainzar, et al., 2015).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
