Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002 (947307), страница 94
Текст из файла (страница 94)
тейогб Оба трансформированных микроорганизма синтезировали хити пазу и обладали повышенной противогрибковой активностью. При введении гена хитиназы б. тагсезсепз в нггамм Р. г)аогехеепж стимулирующий рост растений, бь>л получен трансформант, стабильно секретирующий хитиназу и эффективно подавляющий размножснис фитопатс>генного гриба )Ь!еосго>па зо)апб Образование кристаллов льг)и и апгпи4ризпгяе белл и Нскоторыс патогснныс поражающие листья бактерии типа Рзеиг)атапаз зуг>пепе синтезируют при низких температурах специфические белки, служащие центрами образования кристаллов льда на поверхности листа при температурах ниже нуля.
По мере своего роста кристаллы прокалывают растительныс клетки и необратимо повреждают растение, а бактерии получают в свое распоряжение питательные вещества, высвободившиеся из разрушенных растительных клеток. Если белки — центры кристаллизации на »оверхности листа — с>тсутству>от, то непродолжительные ночныс заморозки могут и не припе- сти вреда растению, поскольку образование кристаллов льда в Пигоплазме растительной клетки обычно начинается при температуре на несколько градусов пижс точки замерзания (т.
с. происходит ее персохлажденис). Чтобы предотвратить кристаллизацию на листьях таких культур, как земляники, можно еше до заморозков распылить над растениями мутантные бактерии Р. зуг>пеае, не способные синтезировать белки — центры кристаллизации. Такие мутантные формы мо> ут быть созданы с помощью тсхнологпии рскомбинантных ДНК или обычного мутагенсза с последующим отбюром„и они при достаточной концентрации вытеснят бактерии дикого типа.
Одним из важных условий эффективности биоконтроля патогенных микроорганизмов с помощью бактерий, стимулирующих рост растений, является способ>юсть зч их бактерий к распространению в естественных условиях. В Канале, скандинавских странах и на севере СШЛ они должны сохранять жизнсс>юсобность в условиях долгих холодных зим, а весной размножаться при относительно низких температурах почвы (-5 — 10 "С).
Поскольку микроорганизмы используют разные адаптивныс стратегии выживания в неблагоприятных условиях, можно попытаться сконструировать с помощью генной инженерии рекомбинантнь>е бактерии, оптимально приспособленные к низким темпера>урам. Недавно было показано, что некоторые почвснпыс бактерии (а среди пих встречаются и такие, которые стимулируют рост растений) мо> ут размножаться при 5 'С и сскрстировать в окружи>оп>ую среду антифризпыс белки при низких температурах. Такие белки регулируют образование крис>нилов льда внутри баю.сриальной клетки. Хотя в их присутствии кристаллы все же формируются, они нс достигают больших размеров и нс разрушают клетки.
Как только будут идентифицированы гены бактериальных антифризных белков, их можно будет перенести в клетки бактерий, стимулирующих рост растений, с тем чтобы нолушгнь трансформированные бактерии, устойчивые к низким температурам. Пока нет никаких данных о наличии связи между антифризной активностью бактерий и механизмом, обеспечивающим их выживание при низких температурах. Очень ин- 32Ь ГЛАВА 14 тересно проверить, является ли синтез антифризного белка частью адаптивной стратегии, используемой некоторыми бактериями для обеспечения устойчивости к холоду. Стимуляция роста растений свободноживущими бактериями Бактерии, стимулирующие рост растений, оказывают свое действие несколькими способами: 1) фиксируют атмосферный азот, ко>орый затем используется расгением; 2) синтезируют сидерофоры, которые солюбилизирукп и связывают железо из почвы и обеспечивают им растительные клетки; 3) синтезирук>т Фитогормоны, ускоря>ощие разные сгядии роста; 4) солюбилизируют минеральные вещества (такие, как фосфор), которые затем используются растением; 5) синтезирукп ферменты, способные ре>улировать уровень растительных гормонов.
Каждая бактерия, стимулирующая рост растений, может использовать один или несколько из этих механизмов. Фиксация азота вносит совсем небольшой вклад в тот положительный эффек~, который да>от бактерии, стимулирующие рост растений. Не все такие бактерии являн>тся диазогрофами, а многие из них усваивак>т лишь ограниченное количество азота. Для поглощения железа из почвы некоторые растения используют бактериальные комплексы железо-.сидерофор; без этого их рост в большинстве случаев был бы сильно замедлен.
Однако„несмотря на то что бактериальные сидерофоры несомненно вносят вклад в питание растений и, следовательно, в их рост, этот эфФект, как правило, не очень велик. Как именно бактерии, стимулирующие рост растений, способствуют поглощению растением таких минеральных веществ, как фосфор„до конца не установлено. Высказывалось предположение, что у растений, обработанных стимулирукнцими их рост бактериями, лучше развивается корневая система, а потому они более эффективно поглощают из почвы нужные им вещества, т.
е. влияние бактерий носит опосредованный характер. Однако эксперименты с Агдгд>гИит показали, что этот организм увеличивает поглощение именно минеральных ве- шеста, возможно, синтезируя и секретируя органические кислоты, которые растворяют и связывают некоторые из этих веществ. Очень часто различные эффекты бактерий. стимулирующих рост растений„объясня>от способностью их к синтезу фитогормонов. Большинство исследований в этой области относится к выяснению роли одного из классов фитогормонов — ауксинов. Наиболее распространенный и лучше всего охарактеризованный ауксин — это индолил-3-уксусная кислота (ИУК).
Она стимулирует как быстрые ответы (например, удлинение растительных клеток), так и длительные (ускорение деления и дифференцировки). Растения тоже люгут синтезировать ауксин. Часто это не позволяет определить, какой именно ауксин дает необходимый эффект: бактериальный или растительный. Тем не менее можно утверждать, что бактерии, стимулирующие рост растении, оказывают свое действие именно через изменение гормонального баланса в растениях. Недавно обнаружилось, по многие бактерии, стимулирующие рост растений, синтезируют фермент, способный регулировать уровень растительного гормона этилена.
Этот фермент, 1-аминоциклопропан-! -карбоксилат(АЦК) — дезаминаза, гидролизует АЦК, который является непосредственным предшественником этилена при биосннтсзе в растениях. Одно из объяснений роли этого фермента состоит в следующем. Бактерия связывается с оболочкой семени или с корнями растения, а затем поглощает и гидролизует АЦК, понижая концентрацнк> э>плена в тканях растения.
Во многих растениях этилен стимулирует прорастание семян и выводит их из состояния покоя; однако, если после прорастания уровень этилена оказывается слишком высоким, удлинение корней замедляется. Таким образом, бактериальная АЦК вЂ” дезамнназа предотвращает уменьшение скорости роста корней, и растение развивается быстрее. Крол>с того, многие бактерии, стимулиру>ошие рост растений, синтезируют ИУК, а избьггок ИУК, не израсходованный на стимуляцию удлинения рас>ительных клеток или ускорение деления, активируетАЦК-синтазу, что приводит к иовы>пению концентрации этилена. Присутствие активной АЦК вЂ” дезаминазы препятствует накоп- Удаи я лелея Семя иля корень растения Ряе. 14.10. Схемшцческое изображение механизма, с полюшью которого бактерии, стимулирующие рост растений, снижакп концентрацию эгтьзеиа в растительных тканях и тем самым прелотвра шают ингибирование роста корней.
Ьактериалы ил клетка, прикрепившаяся к поверхности семени или корня развивающегося растения, синтезирует и секретирует ицдолил-3-уксусную кислоту (ИУК), сгимулируюпгую рост растения. Попадая в растение, бакгериальная ИУК (вместе с ИУК, си~пезируемой самим растением) стимулирует либо деление растительной клетки и ес удлинение, либо фермент АЦК-синтезу, который катализирует превращение Я- аденозилметионииа (АцоМег) в АЦК, Значительная часть АЦК вместе с другими малыми молекулами, обычно содержашимися в семенном или корневом эксудате, экскрешруется корнями растения или семенами, поглощается бактерией и гилролизуегся АЦК-дезамицазой до аммиака и а-кетобутирата. В результате количество АЦК вне растения снижается.
Чтобы сохранить равновесие между АЦК внутри и снаружи, растецис секретцрует его больше. Соответственно его концентрация, а следовагеяьно, и концеггграция милена в расла.ельиых тканях уменьшается. (Из работы О))с)г ег а1., Х 7Ьеог. В)о), ш ргеаь) пению АЦК даже при высоких концентрациях ИУК, так что концентрация этилена не повышается до уровня, при котором замедляется рост растения (рис. 14.!О). После детального изучения механизмов, с помощью которых бактерии„ Бактерии, стимулирующие рост расгений 327 стимулирук>щие рост растении, оказывают свое действие, появится возможность создавать рекомбинантные микроорганизмы„способные стимулировать рост самых разных растений в различных условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
