Signálne systémy obranných reakcií rastlín na patogény. Signálne systémy rastlinných buniek Patogény a elicitory

Prezídium Ruskej akadémie vied
OCENENÉ
Cena A.N.Bacha 2002
Akademik Igor Anatoljevič TARČEVSKIJ
za sériu prác „Signalizačné systémy rastlinných buniek“

Akademik I.A. TARCHEVSKI
(Kazanský ústav biochémie a biofyziky, KSC RAS, Ústav biochémie pomenovaný po A.N. Bach RAS)

SIGNALIZAČNÉ SYSTÉMY RASTLINNÝCH BUNIEK

I.A. Tarchevsky sa už takmer 40 rokov zaoberá výskumom vplyvu abiotických a biotických stresorov na metabolizmus rastlín. Za posledných 12 rokov sa najväčšia pozornosť venovala jednej z najsľubnejších oblastí modernej biochémie a fyziológie rastlín – úlohe bunkových signalizačných systémov pri tvorbe stresu. O tomto probléme publikoval I.A. Tarchevsky 3 monografie: „Katabolizmus a stres v rastlinách“, „Metabolizmus rastlín v strese“ a „Signálne systémy rastlinných buniek“. V 30 článkoch I.A.Tarchevsky a spoluautori publikovali výsledky štúdií signalizačných systémov adenylátcyklázy, vápnika, lipoxygenázy a NADPH oxidázy v rastlinných bunkách. Študuje sa signálny systém NO syntázy.

Analýza charakteristík katabolizmu rastlín v strese nám umožnila vyvodiť záver o signalizačnej funkcii „vrakov“ - oligomérnych produktov degradácie biopolymérov a „fragmentov“ fosfolipidov. Predpoklad uvedený v tejto práci o elicitorových (signálnych) vlastnostiach produktov degradácie kutínu neskôr potvrdili aj zahraniční autori.

Publikované boli nielen experimentálne práce, ale aj recenzie zhrňujúce výsledky štúdií signalizačných systémov rastlinných buniek od domácich a zahraničných autorov.

Štúdie metabolizmu lipidov, ktoré začal v autorovom laboratóriu A. N. Grechkin a potom pokračovali v jeho nezávislom laboratóriu, umožnili získať prioritné výsledky, ktoré výrazne rozšírili pochopenie lipoxygenázovej signalizačnej kaskády. Štúdium vplyvu medziproduktu NADPH oxidázového systému, kyseliny salicylovej, na syntézu proteínov viedlo k záveru o príčine dlhodobo overenej biologickej aktivity ďalšej zlúčeniny, kyseliny jantárovej. Ukázalo sa, že posledný menovaný je mimetikum salicylátu a ošetrenie rastlín ním „zapína“ signálne systémy, čo vedie k syntéze ochranných proteínov indukovaných salicylátmi a zvýšenej odolnosti voči patogénom.

Zistilo sa, že rôzne exogénne stresové fytohormóny – kyselina jasmonová, salicylová a kyselina abscisová – spôsobujú indukciu syntézy rovnakých proteínov (čo naznačuje „zapnutie“ rovnakých signálnych dráh týmito hormónmi) a proteínov špecifických pre každý z nich. ( čo znamená súčasné „zapnutie“ rôznych signálnych kaskád).
Prvýkrát vo svetovej literatúre I.A.Tarchevsky analyzoval fungovanie všetkých známych bunkových signálnych systémov v rastlinách a možnosti ich vzájomného ovplyvňovania, čo viedlo k myšlienke, že v bunkách neexistujú izolované signálne systémy, ale signálna sieť pozostávajúca z interagujúce systémy.

Bola navrhnutá klasifikácia proteínov indukovaných patogénmi podľa ich funkčných charakteristík a bol urobený prehľad o vlastnostiach syntézy týchto proteínov „zapnutých“ rôznymi signálnymi systémami. Niektoré z nich sú účastníkmi rastlinných signálnych systémov a ich intenzívna tvorba zabezpečuje zvýšené vnímanie, transformáciu a prenos elicitorových signálov do genetického aparátu, iné obmedzujú výživu patogénov, iné katalyzujú tvorbu fytoalexínov, štvrté - reakcie posilňovania rastlinnej bunky steny a iné spôsobujú apoptózu infikovaných buniek. Fungovanie všetkých týchto proteínov vyvolaných patogénmi výrazne obmedzuje šírenie infekcie v celej rastline. Šiesta skupina proteínov môže priamo pôsobiť na štruktúru a funkcie patogénov, zastavovať alebo potláčať ich vývoj. Niektoré z týchto proteínov spôsobujú degradáciu bunkovej steny húb a baktérií, iné dezorganizujú fungovanie ich bunkovej membrány, menia jej priepustnosť pre ióny a iné potláčajú fungovanie proteín-syntetizujúceho stroja, blokujú syntézu proteínov na ribozómoch húb. a baktérie alebo pôsobiace na vírusovú RNA.

Na záver bola po prvýkrát zhrnutá práca na konštrukcii transgénnych rastlín odolných voči patogénom, pričom táto prehľadová práca vychádzala z vyššie uvedenej klasifikácie patogénom indukovaných ochranných proteínov.Osobitná pozornosť bola venovaná výsledkom výskumu pomocou transgénnych rastlín na fungovanie bunkových signalizačných systémov.

Výskum signalizačných systémov rastlinných buniek má nielen veľký teoretický význam (pretože tvoria základ molekulárnych mechanizmov stresu), ale aj veľký praktický význam, pretože umožňujú vytvárať účinné antipatogénne liečivá na báze prírodných elicitorov a medziproduktov signalizačné systémy.

Timiryazev, Kostychev a Sisakyan prednášky I.A. Tarčevského (posledný v spolupráci s A.N. Grechkinom), ako aj prezentácie na medzinárodných konferenciách (v Maďarsku, Anglicku, Francúzsku, Poľsku, Turecku, Izraeli, Indii, Nemecku atď.).

Za výskum jedného zo signálnych systémov, lipoxygenázy, boli I.A. Tarčevskij a člen korešpondenta Ruskej akadémie vied A.N. Grechkin ocenený Akadémiou vied Tatarskej republiky v roku 1999 cenou V.A. Engelhardta.

Na mnohých publikáciách I. A. Tarčevského sa ako spoluautori podieľali jeho kolegovia - člen korešpondent RAS A. N. Grechkin, doktori biologických vied F. G. Karimova, N. N. Maksjutova, V. M. Černov, O. A. Černova a kandidát biologických vied V. G. Yakovleva.

V roku 2001 sa z iniciatívy I.A. Tarčevského a za jeho účasti ako predsedu organizačného výboru konalo v Moskve Medzinárodné sympózium o signalizačných systémoch rastlinných buniek.

LITERATÚRA

1. Tarčevskij I.A. Katabolizmus a stres v rastlinách. Veda. M. 1993. 83 s.
2. Tarčevskij I.A. Rastlinný metabolizmus v strese. Vybrané diela. Vydavateľstvo "Feng" (Veda). Kazaň. 2001. 448 s.
3. Tarchevsky I.A. Signálne systémy rastlinných buniek. M.: Nauka, 2002. 16,5 s. (v tlači).
4. Maksyutova N.N., Viktorova L.V., Tarchevsky I.A. Vplyv ATP a c-AMP na syntézu proteínov v zrnách pšenice. // Physiol. biochem. plodiny rastliny. 1989. T. 21. č. 6. S.582-586.
5. Grechkin A.N., Gafarova T.E., Korolev O.S., Kuramshin R.A., Tarchevsky I.A. Monooxygenázová cesta oxidácie kyseliny linolovej v semenákoch hrachu. / In: “Biologická úloha rastlinných lipidov”. Budapešť: Akad. Kiado. New York, Londýn. Plénum. 1989. S.83-85.
6. Tarčevskij I.A., Grechkin A.N. Perspektívy hľadania analógov eikozanoidov v rastlinách. / In: “Biologická úloha rastlinných lipidov”. Budapešť: Akad. Kiado. New York, Londýn. Plénum. 1989. S.45-49.
7. Grechkin A.N., Kukhtina N.V., Kuramshin R.A., Safonova E.Yu., Efremov Yu.Ya., Tarchevsky I.A. Metabolizácia koronárnych a vernolových kyselín v epikotylovom homogenáte hrachu. // Bioorgan. chémia. 1990. T.16. N 3. P. 413-418.
8. Grechkin A.N., Gafarova T.E., Tarchevsky I.A. Biosyntéza kyseliny 13-oxo-9(Z), 11(E)-tridekadiénovej v homogenáte listov hrachu. / In: „Biochémia lipidov rastlín. Štruktúra a využitie“. Londýn. Portland Press. 1990. S. 304-306.
9. Grechkin A.N., Kuramshin R.A., Tarchevsky I.A. Vedľajší izomér kyseliny 12-oxo-10,15-fytodiénovej a mechanizmus tvorby prirodzených cyklopentenónov. / In: „Biochémia lipidov rastlín. Štruktúra a využitie“. Londýn. Portland Press. 1990. S.301-303.
10. Tarčevskij I.A., Kuramshin R.A., Grechkin A.N. Premena a-linolenátu na konjugované triény a oxotriény lipoxygenázou hľúz zemiakov. / In: „Biochémia lipidov rastlín. Štruktúra a využitie“. Londýn. Portland Press. 1990. S. 298-300.
11. Grechkin A.N., Kuramshin R.A., Tarchevsky I.A. Tvorba nového α-ketolu hydroperoxiddehydrázou z ľanových semien. // Bioorgan. chémia. 1991. T. 17. č. 7. S. 997-998.
12. Grechkin A.N., Kuramshin R.A., Safonova E.Y., Yefremov Y.J., Latypov S.K., Ilyasov A.V., Tarchevsky I.A. Dvojitá hydroperoxidácia kyseliny linolénovej lipoxygenázou hľúz zemiakov. //Biochim. Biophys. Acta. 1991. V. 1081. N 1. S. 79-84.
13. Tarčevskij I.A. Regulačná úloha degradácie biopolymérov a lipidov. // Physiol. rastliny. 1992. T. 39. N 6. S. 156-164.
14. Tarchevsky I.A., Maksyutova N.N., Yakovleva V.G. Účinok kyseliny salicylovej na syntézu bielkovín v klíčkoch hrachu. // Fyziológia rastlín. 1996. T.43. N 5, str. 667-670.
15. Tarchevsky I.A., Maksyutova N.N., Yakovleva V.G., Chernov V.M. Proteíny indukované mykoplazmou a jasmonátmi v rastlinách hrachu. // Správy Ruskej akadémie vied. 1996. T. 350. N 4. S. 544 - 545.
16. Chernov V.M., Chernova O.A., Tarchevsky I.A. Fenomenológia mykoplazmových infekcií v rastlinách. // Physiol. rastliny. 1996. T. 43. N.5. s. 721 - 728.
17. Tarčevskij I.A. O pravdepodobných príčinách aktivačného účinku kyseliny jantárovej na rastliny./ V knihe „Kyselina jantárová v medicíne, potravinárstve, poľnohospodárstve.“ Pushchino. 1997. s. 217-219.
18. Grechkin A.N., Tarčevskij I.A. Lipoxygenázový signálny systém. // Physiol. rastliny. 1999. T. 46. Číslo 1. S. 132-142.
19. Karimova F.G., Korchuganova E.E., Tarchevsky I.A., Abubakirova M.R. Výmena Na+/Ca+ v rastlinných bunkách. // Správy Ruskej akadémie vied. 1999. T.366. č. 6. str. 843-845.
20. Karimova F.G., Tarchevsky I.A., Mursalimova N.U., Grechkin A.N. Vplyv produktu metabolizmu lipoxygenázy -12-hydroxydodecénovej kyseliny na fosforyláciu rastlinných bielkovín. // Physiol. rastliny. 1999. T.46. č. 1. S.148-152.
21. Tarčevskij I.A. Interakcia signalizačných systémov rastlinných buniek „zapnutých“ oligosacharidmi a inými elicitormi. // "Nové perspektívy v štúdiu chitínu a chitosanu." Zborník príspevkov z piatej konferencie. M. Vydavateľstvo VNIRO. 1999. s. 105-107.
22. Tarchevsky I.A., Grechkin A.N., Karimova F.G., Korchuganova E.E., Maksyutova N.N., Mukhtarova L.Sh., Yakovleva V.G., Fazliev F.N., Yagusheva M.R., Palikh E., Khokhlova L. O možnosti účasti cykloadenylátových a lipoxygenázových signalizačných systémov pri adaptácii rastlín pšenice na nízke teploty. / V knihe. „Okraje spolupráce. K 10. výročiu Dohody o spolupráci medzi Kazaňskou a Giessenskou univerzitou.“ Kazaň: UNIPRESS, 1999. S.299-309.
23. Tarchevsky I.A., Maksyutova N.N., Yakovleva V.G., Grechkin A.N. Kyselina jantárová je mimetikum kyseliny salicylovej. // Physiol. rastliny. 1999. T. 46. Číslo 1. S. 23-28.
24. Grechkin A.N., Tarčevskij I.A. Rastlinná lipoxygenázová signalizačná kaskáda. // Vedecký Tatarstan. 2000. Číslo 2. S. 28-31.
25. Grechkin A.N., Tarčevskij I.A. Bunkové signalizačné systémy a genóm. // Bioorganická chémia. 2000. T. 26. č. 10. S. 779-781.
26. Tarčevskij I.A. Elicitorom indukované signalizačné systémy a ich interakcia. // Physiol. rastliny. 2000. T.47.č.2.P.321-331.
27. Tarčevskij I.A., Černov V.M. Molekulárne aspekty fytoimunity. // Mykológia a fytopatológia. 2000. T. 34. Číslo 3. S. 1-10.
28. Karimova F., Kortchouganova E., Tarchevsky I., Lagoucheva M. Opačný smer transmembránového transportu Ca+2 a Na+ v bunkách rias. // Protoplazma. 2000. V. 213. S. 93-98.
29. Tarchevsky I.A., Karimova F.G., Grechkin A.N. a Moukhametchina N.M. Vplyv kyseliny (9Z)-12-hydroxy-9-dodecénovej a metyljasmonátu na fosforyláciu rastlinných bielkovín. // Transakcie biochemickej spoločnosti. 2000. V. 28. N. 6. S. 872-873.
30. Tarčevskij I.A. Rastlinné proteíny indukované patogénmi. // Aplikovaná mikrobiológia a biochémia. 2001. T. 37. Číslo 5. S. 1-15.
31. Tarchevsky I.A., Maksyutova N.N., Yakovleva V.G. Vplyv salicylátu, jasmonátu a ABA na syntézu bielkovín. // Biochémia. 2001. T. 66. N. 1. P. 87-91.
32. Yakovleva V.G., Tarchevsky I.A., Maksyutova N.N. Vplyv nitroprusidu donoru NO na syntézu proteínov v semenákoch hrachu. // Abstrakty medzinárodného sympózia „Plant Under Environmental Stress“. Moskva. Vydavateľstvo univerzity priateľstva národov Ruska. 2001. S. 318-319.
33. Yakovleva V.G., Maksyutova N.N., Tarchevsky I.A., Abdullaeva A.R. Vplyv donoru a inhibítora NO-syntázy na syntézu proteínov semenáčikov hrachu. // Abstrakty medzinárodného sympózia „Signalizačné systémy rastlinných buniek“. Moskva, Rusko, 2001, 5.-7. ONTI, Pushchino. 2001. S. 59.

Odolnosť rastlín voči patogénom je určená, ako zistil H. Flor v 50. rokoch 20. storočia, interakciou komplementárneho páru génov hostiteľskej rastliny a patogénu, respektíve génu rezistencie (R) a avirulencie. gén (Avr). Špecifickosť ich interakcie naznačuje, že produkty expresie týchto génov sa podieľajú na rozpoznávaní patogénu rastlinou s následnou aktiváciou signalizačných procesov umožňujúcich obranné reakcie.

V súčasnosti je známych 7 signalizačných systémov: cykloadenylát, MAP kináza (mitogénom aktivovaná proteínkináza), kyselina fosfatidová, vápnik, lipoxygenáza, NADPH oxidáza (superoxidsyntáza), NO syntáza.

V prvých piatich signálnych systémoch sú G proteíny mediátorom medzi cytoplazmatickou časťou receptora a prvým aktivovaným enzýmom. Tieto proteíny sú lokalizované na vnútornej strane plazmalemy. Ich molekuly pozostávajú z troch podjednotiek: a, b a g.

Cyklopenylátový signalizačný systém. Interakcia stresora s receptorom na plazmatickej membráne vedie k aktivácii adenylátcyklázy, ktorá katalyzuje tvorbu cyklického adenozínmonofosfátu (cAMP) z ATP. cAMP aktivuje iónové kanály vrátane vápnikového signalizačného systému a proteínkinázy závislé od cAMP. Tieto enzýmy aktivujú proteíny, ktoré regulujú expresiu ochranných génov ich fosforyláciou.

signálny systém kinázy MAP. Aktivita proteínkináz sa zvyšuje v rastlinách vystavených stresu (modré svetlo, chlad, vysychanie, mechanické poškodenie, soľný stres), ako aj ošetrených etylénom, kyselinou salicylovou alebo infikovaných patogénom.

V rastlinách funguje kaskáda proteínkinázy ako signálna transdukčná dráha. Väzba elicitora na receptor plazmatickej membrány aktivuje MAP kinázy. Katalyzuje fosforyláciu cytoplazmatickej kinázy MAP kinázy, ktorá aktivuje MAP kinázu po dvojitej fosforylácii treonínových a tyrozínových zvyškov. Vstupuje do jadra, kde fosforyluje proteíny regulujúce transkripciu.

Signálny systém kyseliny fosfatidovej. V živočíšnych bunkách G proteíny pod vplyvom stresora aktivujú fosfolipázy C a D. Fosfolipáza C hydrolyzuje fosfatidylinozitol 4,5-bisfosfát za vzniku diacylglycerolu a inozitol 1,4,5-trifosfátu. Ten uvoľňuje Ca2+ z viazaného stavu. Zvýšený obsah vápenatých iónov vedie k aktivácii Ca2+-dependentných proteínkináz. Diacylglycerol sa po fosforylácii špecifickou kinázou premieňa na kyselinu fosfatidovú, ktorá je signálnou látkou v živočíšnych bunkách. Fosfolipáza D priamo katalyzuje tvorbu kyseliny fosfatidovej z membránových lipidov (fosfatidylcholín, fosfatidyletanolamín).

V rastlinách stresory aktivujú G proteíny, fosfolipázy C a D v rastlinách. Preto sú počiatočné štádiá tejto signálnej dráhy rovnaké v živočíšnych a rastlinných bunkách. Dá sa predpokladať, že v rastlinách dochádza aj k tvorbe kyseliny fosfatidovej, ktorá môže aktivovať proteínkinázy s následnou fosforyláciou proteínov vrátane transkripčných regulačných faktorov.

Vápnikový signalizačný systém. Vystavenie rôznym faktorom (červené svetlo, slanosť, sucho, chlad, tepelný šok, osmotický stres, kyselina abscisová, giberelín a patogény) vedie k zvýšeniu obsahu iónov vápnika v cytoplazme v dôsledku zvýšeného importu z vonkajšie prostredie a výstup z intracelulárnych zásob (endoplazmatické retikulum a vakuola)

Zvýšenie koncentrácie iónov vápnika v cytoplazme vedie k aktivácii rozpustných a na membránu viazaných Ca2+-dependentných proteínkináz. Podieľajú sa na fosforylácii proteínových faktorov regulujúcich expresiu ochranných génov. Ukázalo sa však, že Ca2+ je schopný priamo ovplyvňovať ľudský transkripčný represor bez zapojenia proteínovej fosforylačnej kaskády. Vápenaté ióny aktivujú aj fosfatázy a fosfoinozitol špecifickú fosfolipázu C. Regulačný účinok vápnika závisí od jeho interakcie s vnútrobunkovým vápnikovým receptorom – proteínom kalmodulínom.

Lipoxygenázový signálny systém. Interakcia elicitora s receptorom na plazmaleme vedie k aktivácii membránovo viazanej fosfolipázy A2, ktorá katalyzuje uvoľňovanie nenasýtených mastných kyselín, vrátane kyseliny linolovej a linolénovej, z fosfolipidov plazmalemy. Tieto kyseliny sú substrátmi pre lipoxygenázu. Substrátmi pre tento enzým môžu byť nielen voľné, ale aj nenasýtené mastné kyseliny obsiahnuté v triglyceridoch. Aktivita lipoxygenáz sa zvyšuje pôsobením elicitorov a infekcie rastlín vírusmi a hubami. Zvýšenie aktivity lipoxygenázy je spôsobené stimuláciou expresie génov kódujúcich tieto enzýmy.

Lipoxygenázy katalyzujú adíciu molekulárneho kyslíka na jeden z atómov uhlíka (9 alebo 13) cis,cis-pentadiénového radikálu mastných kyselín. Medziprodukty a konečné produkty lipoxygenázového metabolizmu mastných kyselín majú baktericídne a fungicídne vlastnosti a môžu aktivovať proteínkinázy. Prchavé produkty (hexenály a nonenaly) sú teda toxické pre mikroorganizmy a huby, kyselina 12-hydroxy-9Z-dodecenová stimulovala fosforyláciu bielkovín v rastlinách hrachu, kyselina fytodiénová, kyselina jazmonová a metyljasmonát zvyšujú úroveň expresie ochranných génov prostredníctvom aktivácia proteínkináz.

NADPH oxidázový signalizačný systém. V mnohých prípadoch infekcia patogénmi stimulovala produkciu reaktívnych foriem kyslíka a bunkovú smrť. Reaktívne formy kyslíka sú nielen toxické pre patogén a infikovanú bunku hostiteľskej rastliny, ale sú tiež účastníkmi signalizačného systému. Peroxid vodíka teda aktivuje transkripčné regulačné faktory a expresiu ochranných génov.

NO syntázový signálny systém. V živočíšnych makrofágoch, ktoré zabíjajú baktérie, spolu s reaktívnymi formami kyslíka pôsobí oxid dusnatý, čím sa zvyšuje ich antimikrobiálny účinok. V živočíšnych tkanivách sa L-arginín pôsobením NO syntázy premieňa na citrulín a NO. Aktivita tohto enzýmu bola detegovaná aj v rastlinách a vírus tabakovej mozaiky vyvolal zvýšenie jeho aktivity v odolných rastlinách, no neovplyvnil aktivitu NO syntázy v citlivých rastlinách. NO pri interakcii so superoxidom kyslíka tvorí veľmi toxický peroxynitril. Pri zvýšených koncentráciách oxidu dusnatého sa aktivuje guanylátcykláza, ktorá katalyzuje syntézu cyklického guanozínmonofosfátu. Aktivuje proteínkinázy priamo alebo prostredníctvom tvorby cyklickej ADP-ribózy, ktorá otvára Ca2+ kanály a tým zvyšuje koncentráciu vápnikových iónov v cytoplazme, čo následne vedie k aktivácii Ca2+-dependentných proteínkináz.

V rastlinných bunkách teda existuje koordinovaný systém signálnych dráh, ktoré môžu pôsobiť nezávisle od seba alebo spoločne. Zvláštnosťou signalizačného systému je zosilnenie signálu pri jeho prenose. Aktivácia signalizačného systému v reakcii na vplyv rôznych stresorov (vrátane patogénov) vedie k aktivácii expresie ochranných génov a zvýšeniu odolnosti rastlín.

Indukované mechanizmy: a) zvýšené dýchanie, b) akumulácia látok, ktoré zabezpečujú stabilitu, c) vytváranie dodatočných ochranných mechanických bariér, d) rozvoj reakcie z precitlivenosti.

Patogén, ktorý prekonal povrchové bariéry a vstúpil do vodivého systému a rastlinných buniek, spôsobuje ochorenie rastlín. Povaha ochorenia závisí od odolnosti rastliny. Podľa stupňa odolnosti sa rastliny delia do štyroch kategórií: citlivé, tolerantné, hypersenzitívne a extrémne odolné (imunitné). Stručne ich charakterizujme na príklade interakcie rastlín s vírusmi.

V citlivých rastlinách sa vírus prenáša z pôvodne infikovaných buniek do celej rastliny, dobre sa množí a spôsobuje rôzne symptómy ochorenia. Avšak aj v citlivých rastlinách existujú ochranné mechanizmy, ktoré obmedzujú vírusovú infekciu. Svedčí o tom napríklad obnovenie reprodukcie vírusu tabakovej mozaiky v protoplastoch izolovaných z infikovaných listov rastlín tabaku, v ktorých sa zastavil rast infekčnosti. Tmavozelené zóny, ktoré sa tvoria na mladých listoch chorých citlivých rastlín, sa vyznačujú vysokým stupňom odolnosti voči vírusom. Bunky týchto zón neobsahujú takmer žiadne vírusové častice v porovnaní so susednými bunkami svetlozeleného tkaniva. Nízka úroveň akumulácie vírusu v bunkách tmavozeleného tkaniva je spojená so syntézou antivírusových látok. V tolerantných rastlinách sa vírus šíri po celej rastline, ale zle sa rozmnožuje a nespôsobuje príznaky. V hypersenzitívnych rastlinách primárne infikované a susedné bunky nekrotizujú, čím sa vírus lokalizuje do nekrózy. Predpokladá sa, že v extrémne odolných rastlinách sa vírus reprodukuje iba v pôvodne infikovaných bunkách, neprenáša sa cez rastlinu a nespôsobuje symptómy choroby. Preukázal sa však transport vírusového antigénu a subgenomických RNA v týchto rastlinách a keď sa infikované rastliny udržiavali pri nízkych teplotách (10-15 °C), na infikovaných listoch sa vytvorila nekróza.

Mechanizmy rezistencie hypersenzitívnych rastlín sú najviac preštudované. Tvorba lokálnej nekrózy je typickým príznakom hypersenzitívnej reakcie rastlín v reakcii na poškodenie patogénom. Vznikajú v dôsledku odumierania skupiny buniek v mieste vstupu patogénu. Smrť infikovaných buniek a vytvorenie ochrannej bariéry okolo nekrózy blokuje transport infekčných agens po celej rastline, bráni prístupu živín k patogénu, spôsobuje elimináciu patogénu, vedie k tvorbe antipatogénnych enzýmov, metabolitov a signálnych látok ktoré aktivujú ochranné procesy v susedných a vzdialených bunkách a v konečnom dôsledku prispievajú k obnove rastliny. K bunkovej smrti dochádza v dôsledku aktivácie programu genetickej smrti a tvorby zlúčenín a voľných radikálov, ktoré sú toxické pre patogén aj pre samotnú bunku.

Nekrotizácia infikovaných buniek hypersenzitívnych rastlín, riadená génmi patogénu a hostiteľskej rastliny, je špeciálnym prípadom programovanej bunkovej smrti (PCD - programmed cell death). PCD je nevyhnutná pre normálny vývoj tela. Dochádza teda k nemu napríklad pri diferenciácii tracheidných elementov pri tvorbe xylémových ciev a odumieraní buniek koreňového uzáveru. Tieto periférne bunky odumierajú, aj keď korene rastú vo vode, čo znamená, že bunková smrť je súčasťou vývoja rastliny a nie je spôsobená pôsobením pôdy. Podobnosť PCD a bunkovej smrti pri hypersenzitívnej reakcii je v tom, že ide o dva aktívne procesy, v nekrotickej bunke sa zvyšuje aj obsah vápenatých iónov v cytoplazme, vytvárajú sa membránové vezikuly, zvyšuje sa aktivita deoxyribonukleáz, rozpadá sa DNA na fragmenty s 3'OH koncami a dochádza ku kondenzácii jadra a cytoplazmy.

Okrem inklúzie PCD dochádza k nekrotizácii infikovaných buniek hypersenzitívnych rastlín v dôsledku uvoľňovania fenolov z centrálnej vakuoly a hydrolytických enzýmov z lyzozómov v dôsledku narušenia integrity bunkových membrán a zvýšenia ich permeability. Zníženie integrity bunkových membrán je spôsobené peroxidáciou lipidov. Môže sa vyskytnúť za účasti enzýmov a neenzymaticky v dôsledku pôsobenia reaktívnych foriem kyslíka a voľných organických radikálov.

Jednou z charakteristických vlastností precitlivených rastlín je získaná (indukovaná) odolnosť voči opakovanej infekcii patogénom. Boli navrhnuté termíny systémová získaná rezistencia (SAR) a lokalizovaná získaná rezistencia (LAR). Hovorí sa, že k LAR dochádza, keď bunky získajú rezistenciu v oblasti bezprostredne susediacej s lokálnou nekrózou (vzdialenosť približne 2 mm). V tomto prípade sa sekundárna nekróza vôbec netvorí. Získaná rezistencia sa považuje za systémovú, ak sa vyvinie v bunkách chorej rastliny, ktoré sú vzdialené od miesta počiatočného zavedenia patogénu. SAR sa prejavuje znížením úrovne akumulácie vírusu v bunkách a znížením veľkosti sekundárnej nekrózy, čo naznačuje inhibíciu transportu vírusu s krátkym dosahom. Nie je jasné, či sa LAR a SAR navzájom líšia alebo či ide o rovnaký proces vyskytujúci sa v bunkách umiestnených v rôznych vzdialenostiach od miesta počiatočného vstupu vírusu do rastliny.

Získaná rezistencia je zvyčajne nešpecifická. Odolnosť rastlín voči vírusom bola spôsobená bakteriálnymi a hubovými infekciami a naopak. Rezistenciu môžu vyvolať nielen patogény, ale aj rôzne látky.

Rozvoj SAR je spojený s rozšírením látok vytvorených v pôvodne infikovaných listoch po celej rastline. Predpokladalo sa, že induktorom SAR je kyselina salicylová, ktorá sa tvorí počas nekrózy pôvodne infikovaných buniek.

Keď rastliny ochorejú, v rastlinách sa hromadia látky, ktoré zvyšujú ich odolnosť voči patogénom. Významnú úlohu v nešpecifickej rezistencii rastlín zohrávajú antibiotické látky, fytoncídy, objavené B. Tokinom v 20. rokoch 20. storočia. Patria sem nízkomolekulárne látky rôznych štruktúr (alifatické zlúčeniny, chinóny, glykozidy s fenolmi, alkoholy), ktoré môžu oddialiť vývoj alebo zabiť mikroorganizmy. Prchavé fytoncídy, ktoré sa uvoľňujú pri poranení cibule a cesnaku, chránia rastlinu pred patogénmi už nad povrchom orgánov. Neprchavé fytoncídy sú lokalizované v kožných tkanivách a podieľajú sa na vytváraní ochranných vlastností povrchu. Vo vnútri buniek sa môžu hromadiť vo vakuolách. Pri poškodení sa množstvo fytoncídov prudko zvyšuje, čo zabraňuje možnej infekcii poranených tkanív.

Fenoly sú tiež klasifikované ako antibiotické látky v rastlinách. V prípade poškodenia a choroby sa v bunkách aktivuje polyfenoloxidáza, ktorá oxiduje fenoly na vysoko toxické chinóny. Fenolové zlúčeniny zabíjajú patogény a bunky hostiteľských rastlín, inaktivujú exoenzýmy patogénov a sú nevyhnutné pre syntézu lignínu.

Medzi vírusovými inhibítormi boli nájdené proteíny, glykoproteíny, polysacharidy, RNA a fenolové zlúčeniny. Existujú inhibítory infekcie, ktoré priamo ovplyvňujú vírusové častice, čím sa stávajú neinfekčnými, alebo blokujú vírusové receptory. Napríklad inhibítory z repnej, petržlenovej a ríbezľovej šťavy spôsobili takmer úplnú deštrukciu častíc vírusu tabakovej mozaiky a šťava z aloe spôsobila lineárnu agregáciu častíc, čo znížilo možnosť prieniku častíc do buniek. Inhibítory reprodukcie menia bunkový metabolizmus, čím zvyšujú stabilitu buniek alebo inhibujú reprodukciu vírusov. Proteíny inaktivujúce ribozómy (RIP) sa podieľajú na odolnosti rastlín voči vírusom.

V hypersenzitívnych rastlinách tabaku infikovaných vírusom tabakovej mozaiky sa našli proteíny pôvodne nazývané b-proteíny a teraz označované ako proteíny spojené s patogenézou (PR-proteíny) alebo proteíny spojené s rezistenciou. Všeobecný názov „PR proteíny“ naznačuje, že ich syntéza je indukovaná iba patogénmi. Tieto bielkoviny sa však tvoria aj v zdravých rastlinách počas kvitnutia a rôznych stresových podmienok.

V roku 1999 bola na základe sekvencie aminokyselín, sérologických vlastností, enzýmovej a biologickej aktivity vytvorená jednotná nomenklatúra PR proteínov pre všetky rastliny pozostávajúca zo 14 rodín (PR-1 - PR-14). Niektoré PR proteíny majú proteázové, ribonukleázové, 1,3-b-glukanázové, chitinázové aktivity alebo sú inhibítormi proteázy. Vyššie rastliny nemajú chitín. Je pravdepodobné, že tieto proteíny sa podieľajú na obrane rastlín proti hubám, pretože chitín a b-1,3-glukány sú hlavnými zložkami bunkových stien mnohých húb a chitináza hydrolyzuje b-1,3-väzby chitínu. Chitináza môže tiež pôsobiť ako lyzozým, ktorý hydrolyzuje peptidoglukány v stenách bakteriálnych buniek. Avšak b-1,3-glukanáza môže uľahčiť transport vírusových častíc pozdĺž listu. Vysvetľuje to skutočnosť, že b-1,3-glukanáza ničí kalózu (b-1,3-glukán), ktorá sa ukladá v bunkovej stene a plazmodesmatách a blokuje transport vírusu.

Medzi PR proteíny patria aj nízkomolekulárne (5 kDa) proteíny – modifikátory bunkových membrán húb a baktérií: tioníny, defenzíny a proteíny na prenos lipidov. Tioniny sú in vitro toxické pre fytopatogénne huby a baktérie. Ich toxicita je spôsobená ich deštruktívnym účinkom na membrány patogénov. Defenzíny majú silné protiplesňové vlastnosti, ale nemajú žiadny vplyv na baktérie. Defenzíny z rastlín čeľade Brassicaceae a Saxifragaceae potláčali predlžovací rast hýf húb, ale podporovali ich vetvenie. Defenzíny z rastlín čeľade Asteraceae, Fabaceae a Hippocastanaceae spomalili predlžovanie hýf, ale neovplyvnili ich morfológiu.

Keď sú rastliny infikované patogénmi, zvyšuje sa aktivita lytického kompartmentu buniek citlivých a hypersenzitívnych rastlín. Lytické oddelenie rastlinných buniek zahŕňa malé vakuoly - deriváty endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu, fungujúce ako primárne lyzozómy živočíchov, teda štruktúry obsahujúce hydrolázu, v ktorých nie sú žiadne substráty pre tieto enzýmy. Okrem týchto vakuol obsahuje lytický kompartment rastlinných buniek centrálnu vakuolu a ďalšie vakuoly, ekvivalentné sekundárnym lyzozómom živočíšnych buniek, ktoré obsahujú hydrolázy a ich substráty, ako aj plazmalemu a jej deriváty vrátane paramurálnych teliesok a extracelulárne hydrolázy. lokalizované v bunkovej stene a v priestore medzi stenou a plazmalemou.

AB11 a AB12 hrajú kľúčovú úlohu pri indukcii ABA

signálna cesta kúpeľne. Pozorovala sa aktivácia závislá od pH a od Mg2+.

vácia ABU.

Hlavným cieľom MP2C proteínových fosfatáz je MAPKKK, ktorý sa aktivuje vplyvom rôznych stresorov. Táto špecifickosť sa stáva pochopiteľnou, ak vezmeme do úvahy, že niektoré proteínové fosfatázy majú väzbové miesta s ich zodpovedajúcimi proteínkinázami

Signalizácia účastníkov

nálne bunkové systémy. To umožňuje zabezpečiť existenciu komplexu proteínkináza-proteínfosfatáza a včas a efektívne blokovať transformáciu a prenos signálneho impulzu do genómu. Princíp fungovania tohto mechanizmu je pomerne jednoduchý: akumulácia určitej proteínkinázy - medziproduktu signálneho reťazca - aktivuje fosfoproteínfosfatázu a vedie k defosforylácii (inaktivácii) proteínkinázy. Napríklad aktivácia určitých proteínkináz môže viesť k fosforylácii a aktivácii zodpovedajúcich proteínových fosfatáz. Pri štúdiu fungovania proteínových fosfatáz sa často používajú špecifické inhibítory, napríklad kyselina okadaová a calykulín.

REGULAČNÉ FAKTORY PREPISU

Syntéza messengerových RNA je katalyzovaná DNA-dependentnými RNA polymerázami, ktoré sú jedným z najväčších proteínových komplexov, pozostávajúcich z dvoch veľkých a 5-13 malých podjednotiek, čo je dané zložitosťou a dôležitosťou ich funkcií.Tieto podjednotky majú konzervatívne aminokyselinové sekvencie, väčšinou alebo v menšej miere spoločné pre živočíchy a rastliny, aktivitu iRNA polymerázy a rozpoznávanie transkribovaných génov reguluje niekoľko typov proteínov. Najväčšiu pozornosť venovali transkripčným regulačným faktorom." Tieto proteíny sú schopné interagovať s inými proteínmi, vrátane identických, meniť konformáciu pri fosforylácii niekoľkých ich základných aminokyselín, [rozpoznať regulačné sekvencie nukleotidov v promótorových oblastiach génov, čo vedie k zmene intenzity ich expresie. : Sú to faktory regulujúce transkripciu, ktoré riadia RNA-polymerázu do bodu iniciácie transkripcie zodpovedajúceho génu (alebo súboru génov), bez toho, aby sa priamo podieľali na katalytickom akte syntézy mRNA.

V živočíšnych organizmoch boli stanovené štrukturálne znaky viac ako 1000 transkripčných regulačných faktorov. Klonovanie ich génov prispelo k získaniu informácií, ktoré umožnili klasifikáciu týchto proteínov.

Všetky transkripčné regulačné faktory obsahujú tri hlavné domény. Najviac zachovaná je doména viažuca DNA. Sekvencia aminokyselín v ňom určuje rozpoznávanie určitých nukleotidových sekvencií v génových promótoroch.

V závislosti od homológie primárnych a sekundárnych štruktúr domény viažucej DNA sa transkripčné regulačné faktory delia do štyroch supertried: 1) s doménami obohatenými o bázické aminokyseliny; 2) s doménami viažucimi DNA, ktoré koordinujú ióny zinku - „zinkové prsty“; 3) s doménami typu helix-turn-helix; 4) s doménami typu |3-scaffold, ktoré tvoria kontakty s vedľajšou drážkou DNA [Patrushev, 2000]. Každá nadtrieda je rozdelená na triedy, rodiny a podrodiny. V nadtriede 1 sú pozoruhodné transkripčné regulačné faktory s doménami leucínového zipsu, čo sú os-helixy, v ktorých každá siedma aminokyselina je leucín vyčnievajúci z jednej strany špirály. Hydrofóbna interakcia leucínových zvyškov jednej molekuly s podobnou špirálou inej molekuly poskytuje dimerizáciu (analogicky so zipsom) transkripčných regulačných faktorov nevyhnutných pre interakciu s DNA.

V supertriede 2 sú zinkové prsty aminokyselinové sekvencie obsahujúce štyri cysteínové zvyšky, ktoré majú koordinačný účinok na ión zinku. Zinkové prsty interagujú s hlavnou drážkou DNA. V inej triede tejto nadtriedy je štruktúra „zinkových prstov“ zabezpečená dvoma cysteínovými zvyškami a dvoma histidínovými zvyškami (obr. 5), v inej triede sa uskutočňuje koordinácia dvoch iónov zinku v jednom „prste“. šiestimi cysteínovými zvyškami. Špičky zinkových prstov sa dotýkajú hlavnej drážky DNA.

Štúdium štruktúry transkripčných regulačných faktorov v rastlinách umožnilo stanoviť homológiu s proteínmi tohto typu, charakteristickými pre živočíšne objekty. Typické transkripčné regulačné faktory obsahujú nasledujúce tri hlavné štruktúrne prvky: DNA väzbové, oligomerizačné a regulačné domény. Monomérne formy transkripčných faktorov sú na rozdiel od dimérnych (oligomérnych) foriem neaktívne. Tvorbe oligomérnych foriem predchádza fosforylácia monomérnych foriem v cytosóle, potom dôjde k ich asociácii a následne dodanie do jadra alebo pomocou

Ryža. 5. Štruktúra „zinkového prsta“ transkripčného regulačného faktora

G - histidínový zvyšok; C-S - cysteínový zvyšok

špeciálne transportné proteíny alebo v dôsledku interakcie s receptorovými proteínmi v póroch jadrovej membrány, po ktorej sú transportované do jadra a interagujú s promótorovými oblasťami

zodpovedajúce gény. „Trankripčné regulačné faktory sú kódované multigénovými rodinami a ich syntéza môže byť indukovaná patogénmi a elicitormi a ich aktivita môže byť zmenená v dôsledku posttranslačnej modifikácie (hlavne fosforylácia alebo defosforylácia).

V súčasnosti bola vytvorená neustále sa rozširujúca databáza o štruktúre rôznych transkripčných regulačných faktorov a ich génoch v rastlinách. Ukázalo sa, že špecifickosť väzby DNA je určená sekvenciami aminokyselín kmeňových a slučkových zón v už spomínaných leucínových zipsoch, ktoré predstavujú jednu z najpočetnejších a najkonzervovanejších skupín eukaryotických transkripčných regulačných faktorov. Transkripčné regulačné faktory sú často klasifikované podľa štruktúry domén viažucich DNA, ktoré môžu zahŕňať helikálne aminokyselinové sekvencie, „zinkové prsty“ - oblasti s dvoma cysteínovými a dvoma histidínovými zvyškami alebo s mnohými cysteínovými zvyškami atď. V rastlinách sa jeden až štyri "zinkové prsty" nachádzajú v DNA-väzbových doménach transkripčných regulačných faktorov.

Mechanizmus interakcie transkripčných regulačných faktorov s DNA-dependentnými RNA polymerázami a oblasťami génových promótorov zostáva jedným z kľúčových a stále nedostatočne prebádaných problémov vo fungovaní bunkového genómu. Informácií o rastlinných objektoch je obzvlášť málo.

Mutácie v génoch kódujúcich transkripčné regulačné faktory u zvierat môžu viesť k určitým chorobám.

Členovia rodiny génov kódujúcich regulačné faktory transkripcie leucínového zipsu boli opísané v rastlinách. Ukázalo sa, že transkripčné faktory tohto typu sú zodpovedné za tvorbu ochranných antipatogénnych proteínov indukovanú salicylátmi a že mutácie v týchto génoch vedú k strate schopnosti syntetizovať tieto proteíny.

PROMÓTOR GÉNOV PRE SIGNÁLNE SYSTÉMY PROTEÍNY A OCHRANNÉ PROTEÍNY

V súčasnosti sa intenzívne študuje štruktúra promótorových oblastí génov zodpovedných za získanie imunity voči rôznym patogénom. Skutočnosť takmer simultánnej syntézy množstva proteínov indukovateľných patogénmi dlhodobo priťahuje pozornosť: Môže to byť spôsobené buď divergenciou signálnych dráh v jednom signálnom systéme, čo spôsobuje aktiváciu viacerých typov transkripčných regulačných faktorov, alebo „zapnutie“ viacerých signalizačných systémov jedným alebo druhým elicitorom, ktoré pri paralelnom fungovaní aktivujú niekoľko typov transkripčných regulačných faktorov a v dôsledku toho indukujú expresiu niekoľkých typov ochranných proteínov. Je tiež možné, že génové promótory viacerých jednotlivých proteínov majú rovnakú štruktúru regulačných prvkov, čo vedie k ich súčasnej expresii aj v prípade aktivácie signálu jedného zástupcu transkripčných regulačných faktorov.1

Druhá možnosť nastáva, keď sú rastliny vystavené stresovému fytohormónu etylén, keď transkripčný regulačný faktor interaguje s GCC boxom promótorových oblastí niekoľkých génov indukovateľných etylénom, čo zaisťuje viac-menej súčasnú tvorbu celej skupiny etylénom indukovateľných génov. bielkoviny. Tento princíp vsádzkovej syntézy ochranných proteínov sa realizuje vtedy, keď bunky reagujú na rôzne stresory alebo elicitory (stresové fytohormóny možno zaradiť aj medzi sekundárne elicitory). Napríklad pod vplyvom zvýšených teplôt sa indukuje transkripcia skupiny génov obsahujúcich spoločnú reguláciu vo svojich promótorových oblastiach.

torový prvok HSE (prvok tepelného šoku), chýba v iných génoch. Tento vzor bol potvrdený pomocou techniky vytvárania hybridných génov s promótorom génu tepelného šoku spojeným s iným génom, ktorý zvyčajne nemení intenzitu expresie pri vystavení zvýšeným teplotám. V prípade transgénnych rastlín začala jeho expresia. V eukaryotických bunkách sa promótorové oblasti s podobnými nukleotidovými sekvenciami nachádzajú aj v rôznych génoch indukovaných rovnakým medziproduktom (druhým poslom) signálnych systémov, napríklad cyklickým AMP. V druhom prípade je signálna sekvencia nukleotidov promótorovej oblasti označená ako CRE (cyklický AMP responzívny element).

U Arabidopsis bol objavený glukokortikoidný systém na aktiváciu transkripčných regulačných faktorov, ktorého zahrnutie viedlo k expresii patogénom indukovaných ochranných génov [N. Kang a kol., 1999]. Bežné nukleotidové sekvencie v G-boxe pro-

motory boli CCACGTGG a v C-boxe - TGACGTCA.

Vírus tabakovej mozaiky a kyselina salicylová spôsobili indukciu dvoch génov transkripčných regulačných faktorov triedy WRKY v rastlinách tabaku, rozpoznávajúcich určitú nukleotidovú sekvenciu v promótorových oblastiach ochranných génov – TTGAC (W-box). Aktivácia týchto transkripčných regulačných faktorov bola uskutočnená prostredníctvom ich fosforylácie proteínkinázami. Všetky proteíny triedy WRKY, na rozdiel od iných tried transkripčných faktorov (ako sú bZIP a myb), majú konzervovanú doménu obsahujúcu heptamérny enzým.

id WRKYGQK .

(Jedna z domén transkripčného regulačného faktora zodpovedného za transformáciu jasmonátového signálu aktivuje regulačnú oblasť promótora viacerých génov kódujúcich jasmonát- a elicitorom indukovateľné proteíny, najmä strictosidinsyntázu. Ukázalo sa, že N-koncový kyslá doména transkripčného regulačného faktora má aktivačný účinok a C-koncová doména -I obohatená o serínové zvyšky je inhibičná.

Ukázalo sa, že promótor génu fenylalanín amónnej lyázy (najdôležitejší východiskový enzým rozvetveného metabolického procesu syntézy zlúčenín, ktoré hrajú ochrannú úlohu - salicylát, fenolové kyseliny, fenylpropanoidné fytoalexíny a lignín) obsahuje dve kópie oblastí obohatených s AC opakovaniami.

Pri štúdiu promótora génu pre ďalší enzým syntetizujúci fytoalexíny - chalkónsyntázu v bunkových kultúrach fazule, tabaku a ryže sa zistilo, že G-box (CACGTG) v oblasti od -74 do -69 nukleotidových párov a H -boxy (CCTAC) sa zúčastňujú aktivácie promótora) v oblasti od -61 do -56 a od -126 do -121 nukleotidových párov.

V iných experimentoch sa zistilo, že pod vplyvom elicitorov závisí expresia génu chalkónsyntázy v rastlinách hrachu od oblasti promótora od -242 do -182 nukleotidových párov, v ktorých dve oblasti obsahujú identické AT sekvencie -TAAAAATAST-, s jedným z nich umiestneným v oblasti od -242 do -226, bola nevyhnutná na expresiu maximálnej génovej aktivity.

Promótor génu strictozidsyntázy, jedného z kľúčových elicitorom indukovateľných enzýmov v syntéze terpenoidných fytoalexínov, má oblasť aktivovanú transkripčnými regulačnými faktormi od -339 do -145 nukleotidových párov. G-box umiestnený v blízkosti -105 nukleotidového páru neovplyvnil aktivitu promótora.

Pri štúdiu aktivity génu |3-1,3-glukanázy v rastlinách tabaku sa zistilo, že závisí od oblasti promótora od -250 do -217 nukleotidových párov, obsahujúcej sekvenciu -GGCGGC-, charakteristickú pre promótory gény kódujúce patogénom indukovateľné alkálie

ny proteínov.

Takzvaný PR-box promótorových oblastí mnohých proteínov indukovateľných patogénmi obsahuje sekvenciu (5"-AGCCGCC-3"), na ktorú sa viažu zodpovedajúce transkripčné regulačné faktory, čo vedie k expresii génov týchto proteínov. najmä endochitinázy a P-1,3-glukanázy v rastlinách paradajok.

Mnohé gény patogénom indukovateľných proteínov obsahujú vo svojich promótoroch takzvané ocs elementy, s ktorými interagujú transkripčné regulačné faktory, ktoré majú vo svojej štruktúre leucínové zipsy. V rastlinách Arabidopsis sa transkripčné regulačné faktory zodpovedné za transdukciu etylénového signálu viažu na prvky GCC boxu aj ocs promótorov, čo vedie k expresii množstva ochranných proteínov.

Štúdia transgénnych rastlín tabaku s promótorom alkalickej chitinázy a reportérovým génom GUS odhalila, že promótorová oblasť aktivovaná etylénovým signálom sa nachádza medzi -503 a -358 nukleotidovými pármi, kde sú dve kópie GCC boxu (5"- TAAGAGCCGCC-3"), ktorý sa vyznačuje -

ren pre promótory mnohých etylénom indukovateľných proteínov. Ďalšia analýza ukázala, že promótorová oblasť zodpovedná za odpoveď na etylén s dvoma kópiami GCC boxu sa nachádza medzi -480 a -410 nukleotidovými pármi.

Pri štúdiu reakcie rastlín tabaku na ošetrenie etylénom a infekciu vírusom mozaiky sa zistilo, že aktivita génového promótora (3-1,3-glukanázy) závisí od oblasti umiestnenej medzi -1452 a -1193 nukleotidovými pármi, kde sú dve kópie heptanukleotidu

5-AGCCGCC-3" . Nájdené a ďalšie

pre reguláciu aktivity promótora.

Elicitory, elicitorové receptory, G-proteíny, proteínkinázy, proteínové fosfatázy, transkripčné regulačné faktory a ich zodpovedajúce génové promótorové oblasti diskutované vyššie sa podieľajú na fungovaní množstva bunkových signalizačných systémov, na ktorých je ich odpoveď na signály rôznej povahy. a intenzita závisí: adenylátcykláza, MAP-kináza, fosfatidát, vápnik, lipoxygenáza, NADPH oxidáza, NO syntáza a protón.

SIGNALIZAČNÝ SYSTÉM ADENYLÁTOVÝ CYKLÁZ

Tento signalizačný systém dostal svoj názov podľa enzýmu adenylátcyklázy, prvýkrát charakterizovaného Sutherlandom, ktorý katalyzuje tvorbu hlavného signalizačného medziproduktu tohto systému – cyklického adenozínmonofosfátu (cAMP). Schéma adenylátcyklázového systému je nasledovná: vonkajší chemický signál, napríklad hormón alebo elicitor, interaguje s proteínovým receptorom plazmalemy, čo vedie k aktivácii G-proteínu (naviazanie GTP) a prenosu signálny impulz do enzýmu adenylátcyklázy (AC), ktorý katalyzuje syntézu cAMP z ATP (obr. 6).

V systéme adenylátcyklázy sa rozlišujú proteíny Gs, ktoré stimulujú adenylátcyklázu a (5, proteíny, ktoré inhibujú aktivitu enzýmu. Rozdiely medzi týmito dvoma typmi proteínov sú určené najmä charakteristikou oc. podjednotky a nie podjednotky 3 a y. Molekulové hmotnosti ocs - podjednotky G proteínu sú 41-46 kDa, ag podjednotky - 40-41 kDa, (3, - a P2 - podjednotky - 36-35 kDa, y-podjednotky - 8-10 kDa.Väzba G-proteínov GTP a jeho hydrolýza na GDP a anorganický ortofosfát zabezpečuje reverzibilitu aktivačných procesov adenylátcyklázy.

Adenylátcykláza je monomérny integrálny proteín plazmatickej membrány, a preto je ťažké ju extrahovať a previesť na rozpustnú formu. Molekulová hmotnosť adenylátcyklázy v živočíšnych bunkách je 120-155 kDa; Existujú aj rozpustné formy adenylátcyklázy 50-70 kDa, necitlivé na kalmodulín a G-proteíny. V rastlinách je molekulová hmotnosť adenylátcyklázy 84 kDa. Krivka závislosti aktivity adenylátcyklázy od pH mala jednovrcholový charakter a vrchol aktivity pre tento enzým

pH bolo v rozmedzí 4,8-5,2.

Údaje boli získané o izoforme adenylátcyklázy s optimálnym

mom pH rovné 8,8.

Adenylátcykláza môže byť modifikovaná na vonkajšej strane membrány glykozyláciou a na vnútornej strane fosforyláciou pomocou A-kinázy [Severin, 1991]. Aktivita membránovej adenylátcyklázy závisí od fosfolipidového prostredia - pomer fosfatidylcholínu, fosfatidyl-etanolamínu, sfingomyelínu, fosfatidyl"ery-

na a fosfatidylinozitol.

Elicitorom indukované zvýšenie obsahu cAMP v bunkách je prechodné, čo sa vysvetľuje aktiváciou PDE a prípadne väzbou proteínkinázami závislými od cAMP. Zvýšenie koncentrácie cAMP v bunkách skutočne aktivuje rôzne cAMP-dependentné proteínkinázy, ktoré môžu fosforylovať rôzne proteíny, vrátane transkripčných regulačných faktorov, čo vedie k expresii rôznych génov a odpovedi bunky na vonkajšie vplyvy.

Faktor násobenia signálu dosiahnutý pri jeho prenose do genómu a génovej expresii je mnoho tisíc. Schéma násobenia signálov pre fungovanie signalizačného systému adenylátcyklázy sa často používa v učebniciach biochémie. Tento signalizačný systém sa naďalej intenzívne študuje na rôznych objektoch, čím sa rozširuje chápanie informačného poľa buniek a jeho prepojenie s vonkajšími informačnými tokmi.

Je potrebné poznamenať, že otázka fungovania adenylátcyklázového signalizačného systému v rastlinných objektoch zostávala kontroverzná takmer štvrť storočia, čo rozdelilo výskumníkov na

GÉNOVÝ VÝRAZ

Ryža. 6. Schéma fungovania signalizácie adenylátcyklázy

AC* systémy - aktívna forma adenylátcyklázy; PKA a PKA* - neaktívne -

aktívne a aktívne formy proteínkinázy A; PLplazmalema; PDE - fosfodiesteráza; PRT* - aktívna forma transkripčného regulačného faktora

priaznivci [Doman, Fedenko, 1976; Korolev, Vyskrebentseva, 1978; Franco, 1983; Yavorskaya, Kalinin, 1984; Newton a Brown, 1986; Karimová, 1994, Assman, 1995; Trewavas a Malho, 1997; Trewavas, 1999; atď.] a odporcovia. Prvý sa opieral o údaje o zvýšení aktivity adenylátcyklázy a obsahu cAMP pod vplyvom fytohormónov a patogénov, o napodobňovanie pôsobenia rôznych fytohormónov exogénnym cAMP, druhý o skutočnosti poukazujúce na nevýznamný obsah cAMP v rastlinách, na absenciu v množstve experimentov vplyvu fytohormónov na aktivitu adenylátcyklázy a pod.

Pokroky v oblasti molekulárnej genetiky a porovnávanie génovej štruktúry proteínov podieľajúcich sa na adenylátcyklázovom signalizačnom systéme u živočíchov a rastlín naklonili misky váh na stranu priaznivcov jej fungovania v rastlinách. výsledok-

Použitie exogénneho cAMP [Kilev, Chekurov, 1977] alebo forskolínu (aktivátor adenylátcyklázy) indikovalo účasť cAMP v signálom indukovanom signálnom transdukčnom reťazci. Použitie teofylínu, inhibítora cAMP fosfodiesterázy, ktorý sa ukázal byť dosť aktívny v rastlinách, ukázalo, že vstupná časť cAMP rovnováhy sa uskutočňuje pomerne intenzívne [Yavorskaya, 1990; Karimová a kol., 1990]. Získali sa údaje o zmenách obsahu cAMP v rastlinách pod vplyvom patogénov, jeho nevyhnutnosti pre vytvorenie odpovede na pôsobenie patogénov [Zarubina et al., 1979; Ocheretina a kol., 1990].

Pozoruhodná je skutočnosť, že do extracelulárneho prostredia sa uvoľňuje významná časť cAMP, ktorá sa tvorí v bunkách živočíchov, prokaryotov, rias a vyšších rás, v závislosti od ATP.

tiene podľa-

Podstatné je, že u rastlín, ako aj u živočíchov, sa podarilo znížiť akumuláciu cAMP v bunkách a jeho uvoľňovanie do extracelulárneho prostredia pomocou prostaglandínu, ktorý sa v rastlinách nenachádza. možné

ale že túto úlohu plní prostaglandínom podobný oxylipín – jasmonát. Predpokladá sa, že na odstránení cAMP z bunky sa podieľajú špeciálne proteíny viažuce ATP.

bielkovín.

Výhodnosť sekrécie cAMP z rastlinných buniek do média sa vysvetľuje predovšetkým potrebou rýchleho zníženia koncentrácie tohto sekundárneho posla, aby nenastala nadmerná excitácia buniek. Pomerne rýchly pokles koncentrácií sekundárnych poslov po dosiahnutí maximálnej úrovne je nevyhnutným nešpecifickým znakom fungovania všetkých signalizačných systémov.

Pravdepodobne sa cAMP uvoľnený mimo plazmalemy podieľa na regulácii extracelulárnych procesov [Shiyan, Lazareva, 1988]. Tento názor môže byť založený na objave proteínkináz závislých od ekto-cAMP, ktoré využívajú sekréciu cAMP z buniek na aktiváciu fosforylácie proteínov mimo plazmalemy. Tiež sa predpokladá, že cAMP mimo bunky môže pôsobiť ako prvý posol [Fedorov a kol., 1990], ktorý vyvoláva spustenie kaskády reakcií signálnych systémov v susedných bunkách, ako sa ukázalo na príklade mnohobunkových húb.

Pozornosť priťahujú údaje získané na zvieracích subjektoch o inhibícii exogénnym adenozínom (ktorý možno považovať za produkt degradácie cAMP) bunkových vápnikových kanálov [Meyerson, 1986] a aktivácii draslíkových kanálov [Orlov, Maksimova, 1999].

Veľmi zaujímavé sú informácie o možnosti regulácie vývoja patogénnych húb vylučovaným cAMP, najmä hrdze jačmennej, Magnaporthe grisea, ktorá napáda rastliny ryže, sneť Ustilago maydis, Erysiphe graminis, Colletotrichum trifolii, pigmentácia Ustilago hordei. V závislosti od koncentrácie cAMP došlo k stimulácii alebo potlačeniu vývoja húb. Predpokladá sa, že heterotrimérne G proteíny sa podieľajú na transdukcii cAMP signálu.

Čoraz viac údajov sa hromadí o vplyve rôznych signálnych molekúl na sekréciu cAMP rastlinnými bunkami. Ukázalo sa, že úloha ABA pri adaptácii rastlín na stres môže spočívať v jej schopnosti regulovať obsah a uvoľňovanie cAMP z buniek. Predpokladá sa, že pokles obsahu cAMP pod vplyvom ABA je spôsobený ABA-indukovaným zvýšením obsahu Ca2+ v cytosóle a inhibíciou adenylátcyklázy. Je známe, že Ca2+ vo vysokej koncentrácii inhibuje aktivitu adenylátcyklázy v eukaryotoch. Zároveň môže Ca2+ znížiť obsah cAMP vyvolaním zvýšenia aktivity fosfodiesterázy, ktorá cAMP hydrolyzuje. Aktivácia cAMP fosfodiesterázy komplexom Ca2+-kalmodulínu bola objavená v rastlinných objektoch [Fedenko, 1983].

Je ukázaná závislosť fosforylačného profilu polypeptidov od exogénneho cAMP. Počet polypeptidov, ktorých fosforylácia bola stimulovaná cAMP, bol najväčší pri mikromolárnych koncentráciách cAMP. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti silného cAMP-indukovaného zvýšenia fosforylácie 10 kDa polypeptidu pri nízkej teplote (obr. 7) [Karimova, Zhukov, 1991; Yagusheva, 2000]. Je zaujímavé, že polypeptid s takouto molekulovou hmotnosťou je proteínovým regulátorom cAMP fosfodiesterázy, ktorá je aktivovaná kyselinou abscisovou a Ca2+ a vďaka svojej hydrolýze fosfodiesterázou znižuje obsah cAMP.

Štúdium vlastností aktivácie cAMP-dependentných proteínkináz a ich fosforylácie rôznych proteínov je jednou z najdôležitejších oblastí výskumu signalizačného systému adenylylcyklázy. cAMP-dependentné proteínkinázy (PKA) sú enzýmy, ktoré sa aktivujú interakciou s cAMP a katalyzujú prenos koncového zvyšku kyseliny fosforečnej z ATP na hydroxylové skupiny serínových alebo treonínových zvyškov akceptorových proteínov. Kovalentná modifikácia proteínov, uskutočnená počas fosforylácie, vedie k zmene ich konformácie a katalytickej aktivity, čo spôsobuje asociáciu alebo disociáciu ich podjednotiek atď.

Molekulová hmotnosť proteínov, kDa

Ryža. 7. Účinok cAMP na fosforyláciu proteínov trojdňových semenáčikov hrachu [Karimova, Žukov, 1991]

1 - kontrola: odrezané výhonky boli prenesené stopkami do vody na 2 hodiny, potom na ďalšie 2 hodiny - do roztoku 32P-značeného ortofosfátu; 2 - odrezané rastliny boli prenesené na 2 hodiny do roztoku 1 μM cAMP, potom na ďalšie 2 hodiny - do roztoku ortofosfátu značeného32P

Substrátmi v proteínkinázovej reakcii sú MgATP a proteín, ktorý je fosforylovaný. Proteínové substráty môžu byť súčasne substrátmi pre cGMP- a cAMP-dependentné proteínkinázy na rovnakých serínových (treonínových) zvyškoch, ale rýchlosť cAMP-dependentnej fosforylácie je 10-15 krát vyššia ako rýchlosť cGMP-dependentných proteínkináz. Substráty cAMP-dependentných proteínkináz sa nachádzajú vo všetkých častiach bunky: cytozol, endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho aparát, sekrečné granuly, cytoskelet a jadro.

Proteínkinázy aktivované exogénnym cAMP boli izolované z rastlinných buniek, napríklad z kukuričných koleoptilov - 36 kDa proteínkináza. Kato a spol. izolovali tri typy proteínkináz z žaburinky Lemna paucicostata: 165, 85 a 145 kDa, z ktorých jedna bola inhibovaná cAMP, druhá bola aktivovaná cAMP a tretia bola nezávislá od cAMP.

Druhý typ proteínkináz fosforyloval polypeptidy

59, 19, 16 a 14 kDa.

Exogénny cAMP spôsobil zmeny (hlavne inhibíciu) vo fosforylácii mnohých chloroplastových polypeptidov, sprostredkované účasťou proteínkináz

Jeden z prvých génov proteínkináz klonovaných v rastlinách bol podobný v nukleotidovej sekvencii rodine živočíšnych proteínkináz A. Existujú príklady podobnosti aminokyselinových sekvencií proteínkináz A z rastlín (ich homológia) s proteínkinázami A zo zvierat. Niekoľko skupín výskumníkov oznámilo klonovanie génov homológnych s génom proteínkinázy A (recenzie: ). Proteínkináza z petúnie fosforylovala špecifický syntetický substrát proteínkinázy A. Uvádza sa, že pridanie cAMP do rastlinných extraktov stimuluje fosforyláciu špecifických proteínov. Štúdia fosforylačných miest vo fenylalanín amónnej lyáze (PAL), kľúčovom enzýme v biosyntéze fytoalexínov, odhalila miesta špecifické pre proteínkinázu A.

Použitie vysoko špecifického proteínového inhibítora (BI) cAMP-dependentných proteínkináz umožnilo potvrdiť predpoklad, že cAMP-dependentné proteínkinázy môžu byť aktivované endogénnym cAMP počas prípravy vzorky: BI potlačil bazálnu proteínkinázovú aktivitu extraktov z listov v rôznych experimentoch o 30-50 % [Karimová, 1994]. Medziprodukty lipoxygenázového signalizačného systému HDK a MeZhK aktivovali aktivitu proteínkinázy o 33-^8 % v prítomnosti cAMP [Karimova et al., 19996]. Kyselina salicylová vyvolala zvýšenie hladiny cAMP-dependentnej fosforylácie polypeptidov 74, 61 a 22 kDa v listoch hrachu [Mukhametchina, 2000]. Aktivita proteínkinázy stimulovanej cAMP v rozpustných proteínoch z listov hrachu závisela od koncentrácie Ca2+ [Karimova et al., 1989; Tarčevskaja, 1990; Karimova, Zhukov, 1991] a enzymatická aktivita bola tiež detegovaná v izolovaných bunkových stenách, jadrách a plazmatických membránach.

V rastlinách sa našli gény kódujúce enzým proteín fosfatázu, ktorej cieľom sú proteíny fosforylované proteínkinázou A.

Na charakterizáciu adenylátcyklázového signalizačného systému je mimoriadne dôležitý objav v rastlinách génov kódujúcich proteínové transkripčné regulačné faktory, ktoré majú rozšírené nukleotidové sekvencie homológne s CREBS, cAMP-viažucim transkripčný faktor u zvierat.

Početné údaje o vplyve cAMP na iónové kanály rastlinných buniek a relatívne slabá experimentálna základňa pre predstavy o možnosti prenosu signálu z cAMP cez fosforyláciu proteínových transkripčných regulačných faktorov do genómu na jednej strane posilňujú pozíciu podporovateľov. o existencii nepriamej (prostredníctvom aktivácie iónových kanálov) adenylátcyklázovej signálnej dráhy a na druhej strane nás nútia zintenzívniť pokusy získať dôkazy o fungovaní priamej cAMP signálnej dráhy.

SIGNALIZAČNÝ SYSTÉM MAR KINASE

Mitogénom aktivované proteínkinázy serín-treonínového typu (MAPK) a signálna kaskáda MAP kinázy (signál -> receptor -> G-proteíny -> MAPKKK - "

-> MAPKK -> MAPK -> PSF -> genóm), ktoré boli dostatočne plne študované na živočíšnych objektoch, fungujú aj v rastlinných bunkách (obr. 8). Venujú sa im prehľadové články

A diela experimentálneho charakteru, ktoré poskytujú informácie o jednotlivých predstaviteľoch tohto signalizačného systému a najmä

problémy ich regulácie.

Kaskáda kinázy MAP sa „zapína“ počas mitózy (čo vysvetľuje názov týchto proteínkináz), počas dehydratácie

nia, hypoosmóza

tický stres, nízka teplota, mechanické podráždenie rastlín

Poškodenie tkaniva, oxidačný stres, pôsobenie patogénov, elicitorov (in

vrátane harpín, kryptogeínu, oligosacharidov), stresových fytohormónov jasmonát, sali-

cylát, systemín, etylén).

Závislosť fungovania MAP kinázovej kaskády od rôznych vplyvov sa odráža v názvoch niektorých MAP kináz, napríklad WIPK a SIPK (resp.

proteínkinázy indukované poranením žíl a proteín indukovaný salicylátmi

Ryža. 8. Schéma fungovania MAP kinázového signalizačného systému

KKMARK, MAP kináza kináza kináza; KMARK - MAP kináza kináza; MAPK - mitogénom aktivovaná proteínkináza. Iné označenia - viď obr. 6

Burachenko D.L. Štruktúry signálu. Časť 3 (dokument)

Moderné metódy bunkového výskumu (manuálne) (dokument)

Signalizačné dosky T-4U2, T-6U2, T-8U2, T-10U2. Technický popis a návod na obsluhu a opravu (dokument)

Ostroha na anatómii centrálneho nervového systému (kolíska)

Kozinets G.I. Atlas buniek krvi a kostnej drene (dokument)

n1.doc

MDT 58 BBK 28,57 T22

Výkonný redaktor Korešpondentský člen Ruskej akadémie vied A.I. Grechkin

Recenzenti:

L.H. Gordon Doktor biologických vied, profesor L.P. Chochlova

Tarčevskij I.A.

Signalizačné systémy rastlinných buniek / I.A. Tarčevskij; [Odp. vyd. A.N. Grechkin]. - M.: Nauka, 2002. - 294 s.: chor. ISBN 5-02-006411-4

Zvažujú sa prepojenia v informačných reťazcoch interakcie medzi patogénmi a rastlinami, vrátane elicitorov, elicitorových receptorov, G-proteínov, proteínkináz a proteínových fosfatáz, transkripčných regulačných faktorov, preprogramovania génovej expresie a bunkovej odpovede. Hlavná pozornosť je venovaná analýze funkčných vlastností jednotlivých signalizačných systémov rastlinných buniek - adenylátcyklázy, MAP kinázy, fosfatidátu, kalcia, lipoxygenázy, NADPH oxidázy, NO syntázy a protónu, ich interakcii a integrácii do jednej signálnej siete. Navrhuje sa klasifikácia proteínov indukovaných patogénmi podľa ich funkčných charakteristík. Poskytujú sa údaje o transgénnych rastlinách so zvýšenou odolnosťou voči patogénom.

Pre špecialistov v oblasti fyziológie rastlín, biochemikov, biofyzikov, genetikov, patológov rastlín, ekológov, agrobiológov.

Cez sieť AK

Tarčevskij I.A.

Signalizačné systémy rastlinných buniek /1.A. Tarčevskij; . - M.: Nauka, 2002. - 294 s.; il. ISBN 5-02-006411-4

Kniha pojednávala o členoch signálnych reťazcov súhry patogénov a rastlina-hostiteľ, a to elicitoroch, receptoroch, G-proteínoch, proteínkinázach a proteínfosfatázach, transkripčných faktoroch preprogramovania génovej expresie, bunkovej odpovedi. Hlavná časť knihy je venovaná fungovaniu samostatných bunkových signalizačných systémov: adenylátcykláza, MAP kináza, fosfatidát, kalcium, lipoxy-genáza, NADPH-oxidáza, NO-syntáza, protónové systémy. Rozvíja sa koncept prepojenia bunkových signalizačných systémov a ich integrácia do všeobecnej bunkovej signalizačnej siete. Autor navrhol klasifikáciu proteínov súvisiacich s patogénmi podľa ich funkčných vlastností. Prezentované sú údaje o transgénnych rastlinách so zvýšenou odolnosťou voči patogénom.

Pre fyziológov, biochemikov, biofyzikov, genetikov, fytopatológov, ekológov a agrobiológov

ISBN 5-02-006411-4

(umelecký dizajn), 2002

V posledných rokoch sa rýchlo rozvíja výskum molekulárnych mechanizmov regulácie génovej expresie pod vplyvom meniacich sa životných podmienok. V rastlinných bunkách bola objavená existencia signálnych reťazcov, ktoré pomocou špeciálnych receptorových proteínov, vo väčšine prípadov umiestnených v plazmaleme, vnímajú signálne impulzy, konvertujú, zosilňujú a prenášajú do bunkového genómu, čo spôsobuje preprogramovanie génovej expresie a zmeny metabolizmu (vrátane tých kardinálnych), spojené so zahrnutím predtým „tichých“ génov a vypnutím niektorých aktívnych génov. Význam bunkových signalizačných systémov bol preukázaný štúdiom mechanizmov účinku fytohormónov. Ukázala sa aj rozhodujúca úloha signalizačných systémov pri vzniku adaptačného syndrómu (stresu) spôsobeného pôsobením abiotických a biotických stresorov na rastliny.

Nedostatok prehľadových prác, ktoré by analyzovali všetky väzby rôznych signalizačných systémov, počnúc charakteristikou vnímaných signálov a ich receptorov, transformáciou signálnych impulzov a ich prenosom do jadra a končiac dramatickými zmenami v metabolizme buniek a ich štruktúre , prinútil autora pokúsiť sa vyplniť túto medzeru pomocou knihy ponúkanej čitateľom. Je potrebné vziať do úvahy, že štúdium informačného poľa buniek je stále veľmi ďaleko od dokončenia a mnohé detaily jeho štruktúry a fungovania zostávajú nedostatočne osvetlené. To všetko láka nových výskumníkov, pre ktorých bude užitočný najmä súhrn publikácií o signalizačných systémoch rastlinných buniek. Bohužiaľ, nie všetky recenzie

Do bibliografie boli zaradené články experimentálneho charakteru, čo do istej miery záviselo od obmedzeného objemu knihy a času na jej prípravu. Autor sa ospravedlňuje kolegom, ktorých výskum sa v knihe nepremietol.

Autor vyjadruje vďaku svojim spolupracovníkom, ktorí sa podieľali na spoločnom štúdiu signalizačných systémov rastlinných buniek. Osobitnú vďaku autor vyjadruje profesorovi F.G. Karimová, kandidáti biologických vied V.G. Yakovleva a E.V. Asafová, A.R. Mukha-metshin a docent T.M. Nikolaevovi za pomoc pri príprave rukopisu na vydanie.

Práca bola vykonaná s finančnou podporou Nadácie Poprednej vedeckej školy Ruskej federácie (granty 96-15-97940 a 00-15-97904) a Ruskej nadácie pre základný výskum (grant 01-04-48-785 ).

ÚVOD

Jedným z najdôležitejších problémov modernej biológie je dešifrovanie mechanizmov odpovede prokaryotických a eukaryotických organizmov na zmeny podmienok ich existencie, najmä na pôsobenie extrémnych faktorov (stresových faktorov, resp. stresorov), ktoré spôsobujú stresový stav v bunky.

Bunky si v procese evolúcie vyvinuli adaptácie, ktoré im umožňujú vnímať, transformovať a zosilňovať signály chemickej a fyzikálnej povahy prichádzajúce z prostredia a pomocou genetického aparátu na ne reagovať, nielen prispôsobovať sa zmeneným podmienkam. , prebudovanie ich metabolizmu a štruktúry, ale aj zvýraznenie rôznych prchavých a neprchavých zlúčenín do extracelulárneho priestoru. Niektoré z nich pôsobia ako ochranné látky proti patogénom, iné možno považovať za signálne molekuly, ktoré spúšťajú reakciu iných buniek nachádzajúcich sa vo veľkej vzdialenosti od miesta pôsobenia primárneho signálu na rastliny.

Môžeme predpokladať, že všetky tieto adaptívne udalosti nastávajú v dôsledku zmien v informačnom poli buniek. Primárne signály cez rôzne signalizačné systémy spôsobujú odozvu bunkového genómu, prejavujúcu sa preprogramovaním génovej expresie. Signalizačné systémy v skutočnosti regulujú činnosť hlavného úložiska informácií – molekúl DNA. Na druhej strane, oni sami sú pod kontrolou genómu.

Prvýkrát u nás začal E.S. cielene študovať bunkové signalizačné systémy. Severin [Severin, Kochetkova, 1991] o zvieracích predmetoch a O.N. Kulaeva [Kulaeva a kol., 1989; Kulaeva, 1990; Kulaeva a kol., 1992; Kulaeva, 1995; Burkhanova a kol., 1999] - o rastlinách.

Monografia prezentovaná čitateľom obsahuje zhrnutie výsledkov štúdia vplyvu biotických stresorov na fungovanie signalizačných systémov rastlinných buniek. V súčasnosti sa MAP kináza, adenylátcykláza, fosfatidát, kalcium, lipoxygenáza, NADPH oxidáza, NO syntáza a protónové signálne systémy a ich úloha v ontogenetickom vývoji rastlín a pri vytváraní odpovede na meniace sa životné podmienky, najmä vplyvom rôznych abiotických a biotické stresory. Autor sa rozhodol zamerať len na posledný aspekt tohto problému – na molekulárne mechanizmy reakcie rastlín na pôsobenie patogénov, najmä preto, že na tejto reakcii sa podieľa množstvo fytohormónov a objasnenie znakov interakcie signalizácie rastlinných buniek systémy s nimi priťahujú veľkú pozornosť výskumníkov.

Vystavenie biotickým stresorom vedie k reakcii rastlín, ktorá je vo všeobecnosti podobná reakcii na abiotické stresory. Vyznačuje sa súborom nešpecifických reakcií, čo umožňuje nazvať ho adaptačným syndrómom alebo stresom. Prirodzene, môžu byť detegované aj špecifické črty reakcie v závislosti od typu stresora, avšak so zvyšujúcim sa stupňom jeho vplyvu sa začínajú čoraz viac do popredia dostávať nešpecifické zmeny [Meyerson, 1986; Tarčevskij, 1993]. Najväčšia pozornosť bola venovaná N.S. Vvedensky (nápady o parabióze), D.S. Nasonov a V.Ya. Alexandrov (predstavy o paranekróze), G. Selye - v prácach venovaných stresu u zvierat, V.Ya. Aleksandrov - vo výskume na molekulárnej báze stresu.

Medzi najvýznamnejšie nešpecifické zmeny počas biotického stresu patria:

Fázivita v časovom priebehu reakcie na pôsobenie patogénu.
Zvýšený katabolizmus lipidov a biopolymérov.
Zvýšený obsah voľných radikálov v tkanivách.
Okyslenie cytosolu s následnou aktiváciou protónových púmp, čím sa pH vráti na pôvodnú hodnotu.
Zvýšenie obsahu vápenatých iónov v cytosóle s
následná aktivácia kalciových ATPáz.
Uvoľňovanie iónov draslíka a chlóru z buniek.
Pokles membránového potenciálu (pri plazmaleme).
Zníženie celkovej intenzity syntézy biopolymérov a lipidov.
Zastavenie syntézy určitých proteínov.

Posilnenie syntézy alebo syntézy chýbajúcich
nazývané patogénmi indukovateľné ochranné proteíny (chi-
tinázy (3-1,3-glukanázy, inhibítory proteináz atď.).
Intenzifikácia syntézy posilňovania buniek
komponenty steny - lignín, suberín, kutín, kalóza,
proteín bohatý na hydroxyprolín.
Syntéza antipatogénnych neprchavých zlúčenín - fytoalexínov.
Syntéza a izolácia prchavých baktericídnych a funkčných
hycídne zlúčeniny (hexenály, nonenaly, terpény a

Dr->-

Posilnenie syntézy a zvýšenie obsahu (alebo podľa
fenomén) stresových fytohormónov - abscisic, jasmo-
nové, kyselina salicylová, etylén, peptidový hormón
povaha systemin.
Inhibícia fotosyntézy.
Redistribúcia uhlíka z |4 CO 2 asimilovaného v
proces fotosyntézy medzi rôznymi zlúčeninami -
zníženie inkorporácie značky do zlúčenín s vysokým obsahom polymérov (proteíny, škrob) a sacharózy a zvýšenie (častejšie súvisiace s
telous - ako percento asimilovaného uhlíka) - na alanín,
malát, aspartát [Tarchevsky, 1964].

17. Zvýšené dýchanie s následnou inhibíciou.
Aktivácia alternatívnej oxidázy, ktorá mení smer transportu elektrónov v mitochondriách.

18. Porušenia ultraštruktúry - zmeny v tenkom
zrnitá štruktúra jadra, pokles počtu polyzómov a
diktyozómov, opuch mitochondrií a chloroplastov, pokles
zníženie počtu tylakoidov v chloroplastoch, reštrukturalizácia cyto-
kostra

Apoptóza (programovaná smrť) buniek vystavených
vystavené patogénom a tým, ktorí s nimi susedia.
Vzhľad takzvaného systémového nešpecifického
vysoká odolnosť voči patogénom na odľahlých miestach
vystavenie patogénom v oblastiach (napríklad metamerické
orgánov) rastlín.

Mnohé z vyššie uvedených zmien sú dôsledkom „zapínania“ relatívne malého počtu nešpecifických signalizačných systémov stresormi.

S rastúcim štúdiom mechanizmov reakcií rastlín na patogény sa objavujú nové nešpecifické reakcie rastlinných buniek. Patria sem predtým neznáme signálne dráhy.

Pri objasňovaní znakov fungovania signalizačných systémov je potrebné mať na pamäti, že tieto otázky sú súčasťou všeobecnejšieho problému regulácie fungovania genómu. Je potrebné poznamenať, že univerzálnosť štruktúry hlavných nosičov informácií buniek rôznych organizmov - DNA a génov - predurčuje zjednotenie tých mechanizmov, ktoré slúžia na implementáciu tejto informácie [Grechkin, Tarchevsky, 2000]. Týka sa to replikácie a transkripcie DNA, štruktúry a mechanizmu účinku ribozómov, ako aj mechanizmov regulácie génovej expresie meniacimi sa podmienkami bunkovej existencie pomocou súboru prevažne univerzálnych signalizačných systémov. Väzby signalizačných systémov sú tiež v podstate jednotné (príroda, ktorá naraz našla optimálne štrukturálne a funkčné riešenie biochemického alebo informačného problému, uchováva a replikuje ho v procese evolúcie). Vo väčšine prípadov bunka zachytáva širokú škálu chemických signálov z prostredia pomocou špeciálnych „antén“ - receptorových proteínových molekúl, ktoré prenikajú cez bunkovú membránu a vyčnievajú nad jej vonkajší a vnútorný povrch.

Žiadna strana. V rastlinných a živočíšnych bunkách je zjednotených niekoľko typov štruktúry týchto receptorov. Nekovalentná interakcia vonkajšej oblasti receptora s jednou alebo druhou signálnou molekulou prichádzajúcou z prostredia obklopujúceho bunku vedie k zmene konformácie receptorového proteínu, ktorá sa prenáša do vnútornej, cytoplazmatickej oblasti. Vo väčšine signálnych systémov s ním prichádzajú do kontaktu sprostredkujúce G-proteíny - ďalšia jednotka signálnych systémov, ktorá je jednotná (vo svojej štruktúre a funkciách). G-proteíny vykonávajú funkcie prevodníka signálu, ktorý prenáša signál konformačného impulzu do štartovacieho enzýmu špecifického pre konkrétny signálny systém. Východiskové enzýmy rovnakého typu signalizačného systému v rôznych objektoch sú tiež univerzálne a majú rozšírené oblasti s rovnakou sekvenciou aminokyselín. Jednou z najdôležitejších jednotných väzieb v signalizačných systémoch sú proteínkinázy (enzýmy, ktoré prenášajú koncový zvyšok kyseliny ortofosforečnej z ATP na určité proteíny), aktivované produktmi spúšťacích signálnych reakcií alebo ich derivátmi. Proteíny fosforylované proteínkinázami sú ďalšími väzbami v signálnych reťazcoch. Ďalším jednotným článkom v bunkových signalizačných systémoch sú regulačné faktory proteínovej transkripcie, ktoré sú jedným zo substrátov proteínkinázových reakcií. Štruktúra týchto proteínov je tiež do značnej miery jednotná a modifikácie štruktúry určujú príslušnosť transkripčných regulačných faktorov k jednému alebo druhému signálnemu systému. Fosforylácia transkripčných regulačných faktorov spôsobuje zmenu konformácie týchto proteínov, ich aktiváciu a následnú interakciu s promótorovou oblasťou určitého génu, čo vedie k zmene intenzity jeho expresie (indukcia alebo represia), a v extrémnych prípadoch , na „zapnutie“ alebo „vypnutie“ niektorých tichých génov.aktívny. Preprogramovanie expresie súboru génov v genóme spôsobuje zmenu pomeru proteínov v bunke, ktorá je základom jej funkčnej odpovede. V niektorých prípadoch môže chemický signál z vonkajšieho prostredia interagovať s receptorom umiestneným vo vnútri bunky – v cytosóle resp

SIGNÁLY

NIB

Ryža. 1. Schéma interakcie vonkajších signálov s bunkovými receptormi

1,5,6- receptory lokalizované v plazmaleme; 2,4 - receptory umiestnené v cytosóle; 3 - štartovací enzým signálneho systému, lokalizovaný v plazmaleme; 5 - receptor aktivovaný vplyvom nešpecifickej zmeny v štruktúre lipidovej zložky plazmalemy; SIB - signálom indukované proteíny; PTF - proteínové regulačné faktory transkripcie; i|/ - zmena membránového potenciálu

Rovnaké jadro (obr. 1). V živočíšnych bunkách sú takýmito signálmi napríklad steroidné hormóny. Táto informačná dráha má menší počet medziproduktov, a preto má menej príležitostí na reguláciu bunkou.

Naša krajina vždy venovala veľkú pozornosť problémom fytoimunity. Tomuto problému sa venuje množstvo monografií a recenzií domácich vedcov [Sukhorukov, 1952; Verderevskij, 1959; Vavilov, 1964; Gorlenko, 1968; Rubin a kol., 1975; Metlitsky, 1976; Tokin, 1980; Metlitsky a kol., 1984; Metlitsky, Ozeretskovskaya, 1985; Kursano-va, 1988; Ilyinskaya a kol., 1991; Ozeretskovskaya a kol., 1993; Korableva, Platoňová, 1995; Chernov a kol., 1996; Tarčevskij, Černov, 2000].

V posledných rokoch sa osobitná pozornosť venuje molekulárnym mechanizmom fytoimunity. Ukázalo sa, že

Keď sú rastliny infikované, aktivujú sa rôzne signálne systémy, ktoré vnímajú, množia sa a prenášajú signály z patogénov do genetického aparátu buniek, kde dochádza k expresii ochranných génov, čo umožňuje rastlinám organizovať štrukturálnu aj chemickú ochranu pred patogénmi. Pokrok v tejto oblasti súvisí s klonovaním génov, dešifrovaním ich primárnej štruktúry (vrátane oblastí promótorov), štruktúrou proteínov, ktoré kódujú, využívaním aktivátorov a inhibítorov jednotlivých častí signálnych systémov, ako aj mutantov a transgénnych rastlín. so zavedenými génmi zodpovednými za syntézu účastníkov receptora, prenos a zosilnenie signálov. Pri štúdiu signálnych systémov rastlinných buniek zohráva významnú úlohu konštrukcia transgénnych rastlín s promótormi génov pre proteíny participujúce na signálnych systémoch.

V súčasnosti sa na Biochemickom ústave najintenzívnejšie študujú signalizačné systémy rastlinných buniek pod biotickým stresom. A.N. Bach RAS, Kazaňský ústav biochémie a biofyziky RAS, Ústav fyziológie rastlín RAS, Pushchino pobočka Ústavu bioorganickej chémie RAS, Bioinžinierske centrum RAS, Moskovské a Petrohradské štátne univerzity, Všeruský výskumný ústav poľnohospodárskej biotechnológie Ruska Akadémia poľnohospodárskych vied, Všeruský výskumný ústav fytopatológie Ruskej akadémie poľnohospodárskych vied atď.

Problém dešifrovania molekulárnych mechanizmov biotického stresu, vrátane úlohy signalizačných systémov pri jeho vývoji, zjednotil v posledných desiatich rokoch rastlinných fyziológov a biochemikov, mikrobiológov, genetikov, molekulárnych biológov a fytopatológov. O rôznych aspektoch tohto problému je publikovaných veľké množstvo experimentálnych a prehľadových článkov (aj v špeciálnych časopisoch: „Physiological and Molecular Plant Pathology“, „Molecular Plant – Microbe Interactions“, „Annual Review of Plant Physiology and Pathology“). Zároveň v domácej literatúre chýba zovšeobecnenie prác venovaných bunkovým signalizačným systémom, čo viedlo autora k potrebe napísať čitateľom ponúkanú monografiu.

PATOGÉNY A ELIZITÓRY

Choroby rastlín spôsobujú tisíce druhov mikroorganizmov, ktoré možno rozdeliť do troch skupín: vírusy (viac ako 40 čeľadí) a viroidy; baktérie (Agrobacterium, Corynebacterium, Erwinia, Pseudomonas, Xanthomonas, Streptomyces) a mikroorganizmy podobné mykoplazme; huby (nižšie: Plasmodiophoromycetes, Chitridomycetes, Oomycetes; vyššie: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes).

Téza ochranných enzýmov: fenylalanín amónna lyáza a anión peroxidáza. Formy bez krídel patriace do tejto podtriedy sa objavili v dôsledku straty týchto orgánov počas evolúcie okrídlených foriem. Podtrieda zahŕňa 20 rádov hmyzu, medzi ktorými sú polyfágy, ktoré nemajú špecifickosť vo vzťahu k rastline, oligofágy a monofágy, v ktorých je jasne vyjadrená špecifickosť interakcie medzi patogénom a hostiteľskou rastlinou. Niektorý hmyz sa živí listami (celou listovou čepeľou alebo skeletovaním listu), iný sa živí stonkami (vrátane obhrýzania stonky zvnútra), vaječníkmi kvetov, plodmi a koreňmi. Vošky a cikády vysávajú šťavu z cievnych ciev pomocou sondy alebo vodiča.

Napriek opatreniam prijatým na boj proti hmyzu pretrváva naliehavý problém zníženia škôd, ktoré spôsobuje. V súčasnosti sa viac ako 12 % úrody poľnohospodárskych rastlín na planéte stráca v dôsledku napadnutia patogénnymi mikroorganizmami, háďatkami a hmyzom.

Poškodenie buniek vedie k degradácii ich obsahu, napríklad zlúčenín s vysokým obsahom polymérov, a objaveniu sa oligomérnych signálnych molekúl. Tieto „trosky“ [Tarchevsky, 1993] sa dostanú do susedných buniek a spôsobia v nich ochrannú reakciu, vrátane zmeny génovej expresie a tvorby ochranných proteínov, ktoré kódujú. Mechanické poškodenie rastlín je často sprevádzané infekciou, pretože sa otvára povrch rany, cez ktorý do rastliny prenikajú patogény. Okrem toho môžu v ústnej dutine hmyzu žiť fytopatogénne mikroorganizmy. Je napríklad známe, že prenášačmi mykoplazmovej infekcie sú cikády, u ktorých sa dospelé formy a larvy živia šťavou zo sitových ciev rastlín, pričom prepichujú listy hrotom a

Ryža. 2. Schéma interakcie medzi bunkou patogénu a hostiteľskou rastlinou

/ - kutináza; 2 - produkty degradácie komponentov kutikuly (možno majúce signalizačné vlastnosti); 3 - (3-glukanáza a iné glykozylázy vylučované patogénom; 4 - elicitory - fragmenty steny hostiteľskej bunky (CW); 5 - chitinázy a iné glykozylázy, ktoré pôsobia deštruktívne na CS patogénu; 6 - elicitory - fragmenty patogénu CS; 7 - fytoalexíny - inhibítory proteináz, kutináz, glykozyláz a iných patogénnych enzýmov; 8 - toxické látky patogénu; 9 - posilnenie CS hostiteľa v dôsledku aktivácie peroxidáz a zvýšenej syntézy lignínu, ukladanie hydroxyprolínových proteínov a lektínov; 10 - induktory precitlivenosti a nekrózy susedných buniek; // - produkty degradácie kutínu pôsobiace na bunku patogénu

Mladé stonky. Listohlavec ružový na rozdiel od ostatných členov listonožca vysáva obsah buniek. Cikády spôsobujú menšie poškodenie rastlinného tkaniva ako listožravý hmyz, avšak rastliny naň môžu reagovať rovnako ako na pridruženú infekciu rastlín.

Bunky patogénu pri kontakte s rastlinami uvoľňujú rôzne zlúčeniny, ktoré zabezpečujú ich prienik do rastliny, výživu a vývoj (obr. 2). Niektoré z týchto zlúčenín sú toxíny, ktoré patogény vylučujú, aby oslabili odolnosť hostiteľa. V súčasnosti je opísaných viac ako 20 toxínov špecifických pre hostiteľa produkovaných patogénnymi hubami.

Ryža. 3. Fytotoxická zlúčenina z Cochlio-bolus carbonum

Baktérie a huby produkujú aj neselektívne toxíny, najmä fusicoccin, erichoseten, coronatin, phase-olotoxín, syringomycín, tabtoxín.

Jeden z toxínov špecifických pre hostiteľa vylučovaný Pyrenophora triticirepentis je 13,2 kDa proteín, ďalšie sú produkty sekundárneho metabolizmu so širokou škálou štruktúr – sú to polyketidy, terpenoidy, sacharidy, cyklické peptidy atď.

Spravidla k nim patria peptidy, ktorých syntéza prebieha mimo ribozómov a ktoré obsahujú D-aminokyselinové zvyšky. Napríklad toxín špecifický pre hostiteľa z Cochliobolus carbonum má tetrapeptidovú cyklickú štruktúru (D- npo- L- ana- D- ana- L- A3 J J), kde posledná skratka znamená kyselinu 2-amino-9,10-epoxy-8-oxo-de-kánovú (obr. 3). Toxín je produkovaný v patogénnych bunkách pomocou syntázy toxínu. Rezistencia na túto zlúčeninu v kukurici závisí od génu kódujúceho NADPH-dependentnú karbonylreduktázu, ktorá redukuje karbonylovú skupinu, čo vedie k

Deaktivácia toxínu. Ukázalo sa, že v hostiteľskej rastline toxín spôsobuje inhibíciu históndeacetyláz a v dôsledku toho nadmernú acetyláciu histónov. To potláča obrannú reakciu rastliny spôsobenú infekciou patogénom.

Iný typ zlúčenín vylučovaných patogénmi sa nazýva elicitory (z anglického elicit - identifikovať, spôsobiť). Súhrnný termín „elicitor“ bol prvýkrát navrhnutý v roku 1972 na označenie chemických signálov, ktoré vznikajú v miestach infekcie rastlín patogénnymi mikroorganizmami, a stal sa rozšíreným.

Elicitory zohrávajú úlohu primárnych signálov a aktivujú komplexnú sieť procesov indukcie a regulácie fytoimunity. Prejavuje sa to v syntéze ochranných proteínov, neprchavých rastlinných antibiotík - fytoalexínov, v uvoľňovaní antipatogénnych prchavých zlúčenín a pod. V súčasnosti je charakterizovaná štruktúra mnohých prírodných elicitorov. Niektoré z nich sú produkované mikroorganizmami, iné (sekundárne elicitory) vznikajú pri enzymatickom rozklade vysokopolymérových zlúčenín kutikuly a polysacharidov bunkových stien rastlín a mikroorganizmov, ďalšie sú stresové fytohormóny, ktorých syntéza v rastlinách je vyvolané patogénmi a abiogénnymi stresormi. Medzi najdôležitejšie elicitory patria proteínové zlúčeniny vylučované patogénnymi baktériami a hubami, ako aj vírusové obalové proteíny. Za najviac študované proteínové elicitory možno považovať malé (10 kDa), konzervatívne, hydrofilné, cysteínom obohatené elicitíny, vylučované všetkými študovanými druhmi Phytophthora a Pythium. Medzi ne patrí napríklad kryptogeín.

Elisitíny spôsobujú precitlivenosť a smrť infikovaných buniek, najmä v rastlinách rodu Nicotiana. K najintenzívnejšej tvorbe elicitínov plesňou neskorou dochádza pri raste mikro-

Zistilo sa, že elicitíny sú schopné transportovať steroly cez membrány, pretože majú miesto viažuce sterol. Mnohé patogénne huby samy o sebe nedokážu syntetizovať steroly, čo objasňuje úlohu elicitínov nielen vo výžive mikroorganizmov, ale aj pri vyvolávaní ochrannej reakcie v rastlinách. 42 kDa glykoproteínový elicitor sa izoloval z plesne neskorej. Jeho aktivitu a väzbu na plazmatický membránový proteínový receptor, ktorého monomérnou formou je 100 kDa proteín, zabezpečil oligopeptidový fragment s 13 aminokyselinovými zvyškami. Rasovo špecifický elicitorový peptid pozostávajúci z 28 aminokyselinových zvyškov s tromi disulfidovými skupinami sa získal z fytopatogénnej huby Cladosporium fulvum a peptid sa vytvoril z prekurzora obsahujúceho 63 aminokyselín. Tento faktor avirulencie vykazoval štrukturálnu homológiu s množstvom malých peptidov, ako sú inhibítory karboxypeptidázy a blokátory iónových kanálov, a viazaný na proteín receptora plazmalemy, čo zjavne spôsobuje jeho moduláciu, dimerizáciu a prenos signálneho impulzu do signálnych systémov. Z väčšieho pre-proteínu Cladosporium fulvum, ktorý pozostáva zo 135 aminokyselín, posttranslačné spracovanie produkuje elicitorový proteín so 106 aminokyselinami. Elicitorové proteíny produkované hrdzavou hubou Uromyces vignae sú dva malé polypeptidy, 5,6 a 5,8 kDa, s vlastnosťami odlišnými od iných elicitínov. Spomedzi bakteriálnych proteínových elicitorov sú najviac študované harpíny. Mnohé fytopatogénne baktérie produkujú elicitorové oligopeptidy (vytvorené ich syntetickými

Analógy oblohy), ktoré zodpovedajú najkonzervovanejším oblastiam proteínu - flagelínu, ktorý je dôležitým faktorom virulencie týchto baktérií. Z Erwinia amylovora bol izolovaný nový elicitorový proteín, ktorého C-oblasť je homológna s enzýmom pektát lyáza, čo môže spôsobiť výskyt elicitorových oligomérnych fragmentov - produktov degradácie pektínu. Patogénna baktéria Erwinia carotovora vylučuje elicitorový proteín harpín a enzýmy pektát lyázu, celulázu, polygalakturonázu a proteázy, ktoré hydrolyzujú polymérne zložky bunkových stien hostiteľskej rastliny (pozri obr. 2), čo vedie k tvorbe molekúl oligomérneho elicitora. . Je zaujímavé, že pektátová lyáza vylučovaná Erwinia chrysanthemi získala aktivitu ako výsledok extracelulárneho spracovania.

K elicitorom patria aj niektoré lipidy a ich deriváty, najmä 20-uhlíkové polynenasýtené mastné kyseliny niektorých patogénov - kyselina arachidónová a kyselina eikozapentaénová [Ilyinskaya et al., 1991; Ozerets-kovskaya a kol., 1993; Ozeretskovskaya, 1994; Gilyazetdinov a kol., 1995; Ilyinskaya a kol., 1996a, b; Ilyinskaya, Ozeretskovskaya, 1998] a ich kyslíkaté deriváty. Prehľadová práca [Ilyinskaya et al., 1991] sumarizuje údaje o elicitorovom účinku lipidov (lipoproteínov) produkovaných patogénnymi hubami na rastliny. Ukázalo sa, že nie proteínová časť lipoproteínov má elicitorový účinok, ale ich lipidová časť, ktorou sú kyseliny arachidónová (eikosatetraénová) a eikosopentaénová, ktoré nie sú charakteristické pre vyššie rastliny. Spôsobili tvorbu fytoalexínov, nekrózu tkanív a systémovú odolnosť rastlín voči rôznym patogénom. Produkty lipoxygenázovej transformácie v rastlinných tkanivách Mastné kyseliny C 20 (hydroperoxy-, hydroxy-, oxo-, cyklické deriváty, leukotriény), tvorené v bunkách hostiteľskej rastliny pomocou enzýmového komplexu lipoxygenázy (ktorého substráty môžu byť buď C, 8 alebo a C20 polyénové mastné kyseliny) mali silný účinok na ochrannú reakciu rastlín. To sa zrejme vysvetľuje tým, že v neinfikovaných rastlinách nie je kyslík.
natívne deriváty 20-uhlíkových mastných kyselín a ich výskyt v dôsledku infekcie vedie k dramatickým výsledkom, ako je tvorba nekrózy okolo infikovaných buniek, čo vytvára bariéru pre šírenie patogénov v celej rastline.

Existujú dôkazy, že indukcia lipoxygenázovej aktivity patogénom viedla k vytvoreniu rastlinnej odpovede aj v prípade, keď elicitor neobsahoval C20 mastné kyseliny a substrátom lipoxygenázovej aktivity mohli byť len jeho vlastné C18 polyénové mastné kyseliny a produkty boli oktadekanoidy, nie eikosanoidy. Syringolidy [L a kol., 1998] a cerebrozidy, sfingolipidové zlúčeniny, majú tiež elicitorové vlastnosti. Cerebrozidy A a C izolované z Magnaporthe grisea boli najaktívnejšie elicitory v rastlinách ryže. Produkty degradácie cerebrosidu (metylestery mastných kyselín, sfingoidné bázy, glykozyl-sfingoidné bázy) nevykazovali elicitorovú aktivitu.

Niektoré elicitory sa tvoria ako výsledok pôsobenia hydroláz vylučovaných patogénmi na rastlinné pletivo. Účel hydroláz je dvojaký. Na jednej strane poskytujú patogénom výživu potrebnú pre ich vývoj a rozmnožovanie, na druhej strane uvoľňujú mechanické bariéry, ktoré stoja v ceste patogénom do ich biotopov v rastlinách.

Jednou takouto bariérou je kutikula, ktorá pozostáva predovšetkým z heteropolyméru kutínu uloženého vo vosku. Bolo objavených viac ako 20 monomérov, ktoré tvoria kutín. Sú to nasýtené a nenasýtené mastné kyseliny a alkoholy rôznej dĺžky, vrátane hydroxylovaných a epoxidovaných, dikarboxylových kyselín s dlhým reťazcom atď. V kutíne sa väčšina primárnych alkoholových skupín podieľa na tvorbe esterových väzieb, ako aj niektoré zo sekundárnych alkoholových skupín, ktoré poskytujú priečne väzby medzi reťazcami a bodmi rozvetvenia v polyméri. Časť ďalšieho „bariérového“ polyméru, suberínu, je zložením blízka kutínu. Jeho hlavným rozdielom je, že voľné mastné kyseliny sú hlavnou zložkou suberických voskov, zatiaľ čo v kutíne je ich veľmi málo. Navyše v Suberine

Prítomné sú hlavne C22 a C24 mastné alkoholy, zatiaľ čo kutín obsahuje C26 a C28. Na prekonanie povrchovej mechanickej bariéry rastlín mnohé patogénne huby vylučujú enzýmy, ktoré hydrolyzujú kutín a časť zložiek suberínu. Produktmi kutinázovej reakcie boli rôzne okysličené mastné kyseliny a alkoholy, najmä 10,16-dihydroxy-Sk- a 9,10,18-trihydroxy-C|8-kyseliny, čo sú signálne molekuly, ktoré indukujú tvorbu a uvoľňovanie ďalších množstvo kutinázy, ktorá „koroduje“ kutín a uľahčuje prenikanie huby do rastliny. Zistilo sa, že oneskorenie objavenia sa mRNA kutinázy v hube po začiatku tvorby vyššie uvedených di- a trihydroxykyselín je iba 15 minút a obdobie oneskorenia uvoľnenia ďalšej kutinázy je dvojnásobné. dlhý. Poškodenie génu kutinázy vo Fusarium solani výrazne znížilo virulenciu tejto huby. Inhibícia kutinázy pomocou chemikálií alebo protilátok zabránila infekcii rastlín. Následne sa potvrdil predpoklad, že okysličené produkty degradácie kutínu môžu pôsobiť nielen ako induktory tvorby kutinázy v patogénoch, ale aj ako elicitory obranných reakcií v hostiteľskej rastline [Tarchevsky, 1993].

Po preniknutí patogénnych mikroorganizmov cez kutikulu sa časť z nich presunie do cievnych zväzkov rastlín a tam existujúce využívajú na svoj vývoj. živiny, zatiaľ čo iné sú transportované vo vnútri živých hostiteľských buniek. V každom prípade patogény narážajú na ďalšiu mechanickú bariéru – bunkové steny, pozostávajúce z rôznych polysacharidov a proteínov a vo väčšine prípadov vystužené tvrdým polymérom – lignínom [Tarchevsky, Marčenko, 1987; Tarčevskij, Marčenko, 1991]. Ako už bolo spomenuté vyššie, na prekonanie tejto bariéry a zabezpečenie ich vývoja pomocou sacharidovej a dusíkatej výživy patogény vylučujú enzýmy, ktoré hydrolyzujú polysacharidy a proteíny bunkovej steny.

Špeciálne štúdie ukázali, že počas interakcie baktérií a tkanív hostiteľskej rastliny, enzýmov

Degradácie sa neobjavujú súčasne. Napríklad pektylmetylesteráza bola prítomná aj v nenaočkovaných Erwinia carotovora subsp. atroseptia v tkanivách hľúz zemiakov, zatiaľ čo aktivity polygalakturanázy, pektát lyázy, celulázy, proteázy a xylanázy sa objavili 10, 14, 16, 19 a 22 hodín po inokulácii.

Ukázalo sa, že produkty degradácie oligosacharidov polysacharidov bunkovej steny rastlín majú elicitorové vlastnosti. Ale aktívne oligosacharidy môžu byť tvorené aj polysacharidmi, ktoré sú súčasťou bunkových stien patogénov. Je známe, že jedným zo spôsobov ochrany rastlín pred patogénnymi mikroorganizmami je tvorba po infekcii a uvoľnenie mimo plazmalemy enzýmov - chitinázy a β-1,3-glukanázy, ktoré hydrolyzujú polysacharidy chitín a β-1,3- polyglukánov bunkových stien patogénov, čo vedie k potlačeniu ich rastu a vývoja. Zistilo sa, že oligosacharidové produkty takejto hydrolýzy sú tiež aktívnymi elicitormi obranných reakcií rastlín. V dôsledku pôsobenia oligosacharidov sa zvyšuje odolnosť rastlín voči bakteriálnej, plesňovej alebo vírusovej infekcii.

Množstvo prehľadových článkov je venovaných oligosacharidovým elicitorom, ich štruktúre, aktivite, receptorom, ich „zapínaniu“ bunkových signalizačných systémov, indukcii expresie ochranných génov, syntéze fytoalexínov, hypersenzitívnym reakciám a iným rastlinným reakciám.

V Elbersheimovom laboratóriu a potom v mnohých ďalších laboratóriách sa ukázalo, že oligoglykozidy vznikajúce v dôsledku patogénom indukovanej endoglykozidázovej degradácie hemicelulóz a pektínových látok rastlín, chitínu a chitosanu húb, môžu hrať úlohu biologicky aktívnych látok . Dokonca sa navrhovalo, aby sa považovali za novú triedu hormónov ("oligosacharidy", na rozdiel od oligosacharidov, ktoré nemajú žiadnu aktivitu). Tvorbu oligosacharidov ako výsledok hydrolýzy polysacharidov, a nie počas syntézy z monosacharidov, ukázal príklad

Xyloglukánový oligosacharid s antiauxínovým účinkom.

Bola dešifrovaná štruktúra mnohých fyziologicky aktívnych oligosacharidov: rozvetvený heptaglukozid získaný z bunkových stien patogénnej huby [Elbersheim, Darvill, 1985]; penta- a hexaméry N-acetyl-glukózamínu získané hydrolýzou chitínu, ako aj glukózamín vytvorený hydrolýzou chitosanu; 9-13-mérne lineárne oligogalakturonidy vznikajúce počas hydrolýzy pektínových látok; dekagalakturonid so 4-5 nenasýtenými koncovými galakturonozylovými zvyškami; oligogalakturonosidy so stupňom polymerizácie 2-6, vykazujúce určitú aktivitu. Boli publikované údaje o fyziologicky aktívnych xyloglukánoch získaných z hemicelulóz so stupňom polymerizácie 8-9, chitobiózy, chito-triózy a chitotetrózy, rozvetvených xyloglukánových fragmentov so vzorcom Glu(4)-Xi(3)-Gal(1 alebo 2 )-Fuc a ich prírodné O-acetylované deriváty. Zistilo sa, že rozvetvený p-glukozid má najvyššiu aktivitu indukujúcu fytoalexín. Chemická modifikácia tohto oligosacharínu alebo zmena štruktúry vetvenia viedla k zníženiu vlastností elicitora.

Štúdium mechanizmu účinku oligosacharidov na rastliny umožnilo zistiť, že spektrum odpovedí závisí od koncentrácie a štruktúry študovaných látok. Rôzne oligosacharidové elicitory vykazujú najvyššiu aktivitu pri rôznych koncentráciách. Napríklad indukcia syntézy ochranných zlúčenín (chitináz) v ryžovej bunkovej kultúre bola maximálna pri koncentrácii N-acetylchitohexaózy 1 μg/ml, pričom rovnaký účinok sa dosiahol v prípade laminarínovej hexaózy (fragment (3- 1,3-glukán) bola potrebná 10-krát vyššia koncentrácia.

Zistilo sa, že stupeň odolnosti rastlín voči patogénu je určený (spolu s ďalšími faktormi) pomerom rôznych polysacharidov bunkových stien rastlín. To možno posúdiť na základe porovnania Colletotrichum linde rezistentného a citlivého na patogén.
línie fazule muthianum, ktoré boli vystavené endopolygalakturonáze patogénu. Izolovali sa oligomérne fragmenty pektínu; ukázalo sa, že mali odolná odroda prevládajú zvyšky neutrálnych cukrov a v nestabilnom - galakturonátové.

Nedávno sa získali výsledky, ktoré naznačujú, že fragmenty oligogalakturonátu sa v rastlinách tvoria nielen vplyvom pektín-degradujúcich enzýmov patogénov, ale aj ako výsledok expresie génov polygalakturonázy v hostiteľských bunkách v reakcii na systemínové a oligosacharidové elicitory.

Pozornosť priťahuje viacsmerná regulácia ochrannej reakcie buniek degradačnými produktmi polysacharidov bunkovej steny. Ukázalo sa, že malé oligogalakturonidy so stupňom polymerizácie 2-3 sú aktívnymi elicitormi a fragmenty ramnogalakturónových pektínov s vysokým stupňom polymerizácie sú supresormi tvorby hydroxyprolínových proteínov bunkových stien. Inými slovami, degradačné procesy v bunkových stenách spôsobené patogénmi môžu regulovať (v dôsledku zložitého sledu reakcií bunkových signálnych systémov) biosyntetické procesy, ktoré zvyšujú stabilitu bunkových stien v dôsledku akumulácie hydroxyprolínových proteínov a tvorby kovalentných väzby medzi nimi.

Fragmenty xyloglukánu (tri- a pentasacharidy) obsahujúce fukózu mali imunosupresívne vlastnosti, ale pri nahradení xylózy iným monosacharidom zmenili supresorovú aktivitu na elicitorovú [Ilyinskaya et al., 1997]. Deprivácia oligosacharidovej fukózy ho pripravila o supresorové aj elicitorové vlastnosti. Nízke aktívne dávky a vysoká selektivita špecifických supresorov naznačujú receptorovú povahu ich účinku [Ozeretskovskaya, 2001].

Existujú aj ďalšie príklady patogénov produkujúcich nielen elicitory, ale aj supresory obranných reakcií rastlín. Pycnosgyurs Mycosphaerella pinodes teda vylučovali oba typy takýchto zlúčenín.

Treba si uvedomiť, že oligosacharidové fragmenty polysacharidov bunkových stien rastlín a húb sú z

Používajú sa ako rasovo nešpecifické elicitory, ktoré spôsobujú nešpecifické ochranné reakcie na strane infikovaných rastlín. Je to pochopiteľné, keďže pri degradácii polysacharidov vzniká široké spektrum oligosacharidov, v ktorých sa druhová špecifickosť patogénu alebo hostiteľa prejavuje veľmi slabo. Zároveň proteínové (alebo peptidové) bakteriálne faktory virulencie, ktoré rozpoznávajú „ich“ rastlinné bunkové receptory, sú rasovo špecifické. Posledný typ interakcie sa nazýva genetický ping-pong alebo interakcia medzi génom a génom, pretože špecifickosť elicitora alebo receptora je určená génmi, ktoré ich kódujú, a odolnosť alebo citlivosť rastlín voči patogénu je určená schopnosť receptora rozpoznať elicitor.

Na štúdium mechanizmov odpovede rastlinných buniek na pôsobenie elicitorov sa často nepoužívajú jednotlivé oligosacharidy, ale zmes oligosacharidov vznikajúca pri hydrolýze polysacharidov bunkových stien patogénnych húb. Tento prístup je opodstatnený, ak vezmeme do úvahy, že už v prvých momentoch infekcie patogénmi môže na rastlinné bunky pôsobiť nie jeden, ale viacero elicitorov. Mimochodom, existuje pomerne málo prác venovaných štúdiu charakteristík pôsobenia niekoľkých elicitorov súčasne. Napríklad sa ukázalo, že elicitíny paraziticeín a kryptogeín, ako aj oligosacharidové elicitory z bunkových stien, spôsobujú rýchlu aktiváciu 48 kDa proteínkinázy typu SIP a fenylalanín-amóniumlyázy v tabaku. Súčasne to boli elicitíny a nie oligosacharidy, ktoré aktivovali 40 kDa proteínkinázu. Glukán a Ca 2+ zosilnili účinok arachidonátu a eikosapen-taenoátu. Skutočnosť, že EGTA (špecifický Ca 2+ ligand) inhibovala syntézu fytoalexínov, umožňuje tvrdiť, že ióny vápnika hrajú dôležitú úlohu pri regulácii ochrannej funkcie rastlín. Je možné, že signálne látky sú tiež produktmi degradácie proteínov bunkovej steny bohatých na hydroxyprolínové zvyšky a obsahujúcich oligoglykozylové vetvy.

ELICITOROVÉ RECEPTORY

Už v úvode bolo spomenuté, že receptory pre elicitorové signály sa môžu nachádzať v bunkovej membráne, v cytosóle a v jadre, ale nás zaujíma najmä prvý, najčastejší prípad, keď samotný elicitor neprenikne bunka, ale interaguje s extracelulárnou časťou proteínového receptora plazmatickej membrány, ktorý je prvým článkom v komplexnom reťazci signálnych udalostí, ktoré vyvrcholia reakciou bunky na zmenené životné podmienky. Počet molekulárnych antén jedného typu receptora bunkovej plazmatickej membrány môže zjavne dosiahnuť niekoľko tisíc. Počet typov molekulárnych antén zostáva neznámy, ale možno tvrdiť, že majú jednotné základné štrukturálne vlastnosti. Majú tri hlavné domény: externú variabilnú N-terminálnu doménu (akceptor vo vzťahu k elicitorom), transmembránovú doménu so zvýšeným obsahom hydrofóbnej aminokyseliny leucínu a cytoplazmatickú variabilnú C-terminálnu doménu, ktorej štruktúra určuje prenos signálneho impulzu do konkrétneho signalizačného systému. Receptor môže byť špecifický len pre jeden typ elicitora alebo pre skupinu príbuzných (napr. oligomérnych) elicitorov. Bolo popísaných niekoľko typov receptorových proteínov bunkových membrán u zvierat: u niektorých receptorov transmembránový reťazec proteínu prechádza cez membránu iba raz, u iných (serpentínových) - sedemkrát, u iných vedie interakcia s elicitorovým ligandom k tzv. tvorba homo- alebo heterodiméru (oligoméru), ktorý a je primárnym prevodníkom externého signálu. Štruktúra receptorových proteínov rastlinnej plazmalemy bola študovaná v menšom rozsahu, ale princípy ich konštrukcie sú rovnaké

ATP

ATP

Ryža. 4. Schéma štruktúry dvojzložkového receptorového signalizačného systému

A - jednoduchý receptor; b - viacväzbový receptor. 1 - „vstupná“ doména; 2 - autokinázová histidínová doména; 3 - receptorová doména regulátora odozvy; 4 - "výstupná" doména regulátora odozvy; 5 - doména prenosu fosfátu obsahujúca histidín; A - zvyšok kyseliny asparágovej; G - histidínový zvyšok; P je ortofosfátový zvyšok prenášaný počas kinázových reakcií. Vonkajší signál je označený symbolom blesku

Rovnako ako v živočíšnych bunkách. Zvláštnu pozornosť púta dvojzložková receptorová štruktúra, ktorá má vlastnosti proteínkinázy (obr. 4). Najprv bol objavený v prokaryotických organizmoch a potom v modifikovanej forme v eukaryotických organizmoch vrátane rastlín, ako je Arabidopsis. Ak sú v prvom prípade dve zložky - samotný receptor a exekutíva - nezávislé, hoci interagujúce, proteínové molekuly, potom v druhom prípade ide o dve domény toho istého proteínu.

Potvrdením úlohy interakcií elicitor-receptor pri prenose a transdukcii signálov z patogénov do genómu bolo preukázanie pozitívnej korelácie medzi schopnosťou elicitorov nekovalentne sa viazať na receptory a spôsobiť ochrannú bunkovú odpoveď, ako napr. akumulácia fytoalexínov. Väzba na vonkajšiu časť plazmatických membránových proteínových receptorov bola charakteristická pre oligosacharidové elicitory bunkových stien rastlín, oligochitínové fragmenty bunkových stien húb, elicitorové proteíny a peptidy, syringolidy, stresové fytohormóny systemín, etylén, kyselinu abscisovú, metyljasmonát a brassinosteroidy. V druhom prípade je zásadný rozdiel od živočíšnych buniek, v ktorých sú receptory steroidných hormónov umiestnené v jadre.

Bol izolovaný celý rad membránových proteínových elicitorových receptorov. Aby sa to dosiahlo, potom čo sa receptory naviažu na značené elicitory, membrány sa z buniek uvoľnia, zničia sa a proteín so zadržaným elicitorom sa identifikuje podľa svojej rádioaktivity. Napríklad sa zistilo, že receptorom pre systemín je 160 kDa proteín, bakteriálny elicitor bičík je 115 kDa membránový proteín a glykoproteín z bunkovej steny plesnivca, ktorý má signálny oligopeptidový fragment 13 aminokyselín. kyslé zvyšky -91 kDa alebo 100 kDa.

Koncept molekulárnej interakcie gén-gén medzi patogénmi a rastlinami často zahŕňa nepriame (sprostredkované signálnymi systémami) rozpoznanie génu avirulencie patogénu (gén avr) jeho zodpovedajúcim génom rezistencie (gén R) rastlinnej bunky.

Molekulárnym základom interakcie „gén-gén“ medzi patogénom a rastlinou bol model elicitor-receptor. Receptorové proteíny boli izolované a purifikované a gény kódujúce tieto proteíny boli klonované. Existuje množstvo prehľadových prác venovaných štruktúre receptorových proteínov

Ukázalo sa, že mnohé z nich majú podobné konzervované repetície bohaté na leucín (od 12 do 21), potrebné na interakciu proteín-proteín. Tieto repetície sprostredkovávajú väzbu proteínu receptora R na elicitory. Štúdie mutantov so zhoršenou rezistenciou voči patogénnym baktériám spôsobeným nahradením glutamátu lyzínom v jednej z leucínových repetic potvrdzujú, že interakcia proteín-proteín je dôležitým článkom pri transformácii a prenose elicitorových signálov do bunkového genómu.

V súčasnosti je akceptovaných niekoľko modelov štruktúry receptora a spôsobov prenosu elicitorového signálu zvonku do vnútra rastlinnej bunky. V Arabidopsis bola nájdená rodina 35 serpentínových receptorov. Receptor vníma signálnu molekulu na N-terminálnom mieste na vonkajšej strane membrány a prenáša signálny impulz do cytoplazmy cez vnútorné C-miesto. Naviazanie signálnej molekuly vedie k zmene konformácie celej molekuly receptora, čo spôsobí aktiváciu molekúl proteínu s ňou spojených v cytoplazme, ktoré prenášajú signál.

Jedným zo zásadne dôležitých mechanizmov používaných v bunkových signálnych systémoch je dimerizácia (oligomerizácia) niektorých proteínových medziproduktov týchto systémov. Príklady zahŕňajú dimerizáciu receptorov po naviazaní ligandov na ne, dimerizáciu niektorých medziproduktov signálnych systémov a dimerizáciu transkripčných regulačných faktorov. Pozoruje sa homo- aj heterodimerizácia (oligomerizácia). U zvierat je mechanizmus dimerizácie tyrozínkinázových receptorov bunkovej membrány charakteristický napríklad pre transdukciu polypeptidových hormónov (placentárny rastový faktor a pod.). Serín/treonín kinázové receptory fungujú podobným spôsobom. Málo je známe, ktoré formy receptorov - monomérne, homodimérne alebo heterodimérne - sa podieľajú na transformácii elicitorových signálov v rastlinných bunkách. Schéma heterodiméru re-
receptor, ktorý je aktivovaný ligandom, čo vedie k fosforylácii cytosolickej kinázovej domény a aktivácii s ňou spojených proteínov, z ktorých niektoré prenášajú signálny impulz na nasledujúce medziprodukty signálnych systémov. Jedným z asociovaných proteínov je proteínová fosfatáza, ktorá inaktivuje kinázovú doménu.

V živočíšnych bunkách sa tyrozínkinázový receptor skladá z troch domén – extracelulárnej, transmembránovej a cytosolovej. Špecifická štruktúra prvej a tretej domény (spočívajúca napríklad v tom, že nie sú schopné fosforylácie) na jednej strane určuje, s ktorým hormónom receptor interaguje a na druhej strane, ktoré signalizačné systémy sú „zapnutý“ týmto hormónom. Interakcia externej domény so signálnym ligandom vedie k autofosforylácii tyrozínového zvyšku tejto domény, čo zvyšuje jej kinázovú aktivitu. Typicky proteínkinázy obsahujú viacero fosforylačných miest. To platí aj pre receptorové proteínkinázy. Cytoplazmatická doména monomérnej formy receptora rastového faktora v živočíšnych bunkách obsahuje aspoň deväť autofosforylovateľných tyrozínových zvyškov. Jeden z nich, Tyr 857, je dôležitý pre prejav kinázovej aktivity a osem ďalších určuje špecifickosť spojenia s molekulami, ktoré premieňajú signál. Existuje dôvod domnievať sa, že rovnaké princípy fungovania receptorov sa používajú aj v rastlinných bunkách, avšak nachádzajú sa v nich najmä proteínkinázy serín-treonínového receptora zapojené do obranných reakcií rastlín vyvolaných patogénmi.

V súčasnosti je 18 serín-treonínových proteínkináz podobných receptorom Arabidopsis rozdelených do štyroch skupín v závislosti od štruktúry ich extracelulárnej domény:

1. Proteínkinázy s doménami obohatenými o leucínové repetície, zvyčajne charakteristické pre fragmenty zapojené do interakcií proteín-proteín. U zvierat takéto receptory viažu polypeptidové (alebo peptidové) signálne molekuly. Predpokladá sa, že do tejto skupiny patria brassinolidové receptory s obohat

Myleucín sa opakuje v N-terminálnej supramembránovej oblasti. V paradajke bol izolovaný gén pre podobný proteín, ale bez cytosolickej kinázovej domény.

2. Proteínkinázy s S-doménami, ktoré obsahujú
veľa cysteínových zvyškov.

Proteínkinázy s doménami bohatými na leucín
opakovaní, ale na rozdiel od prvej skupiny sa spája
s lektínmi. To vytvára možnosť príjmu týmito
proteínkinázy oligosacharidových elicitorov.
Proteínkinázy spojené s bunkovou stenou.

Tieto skupiny nezahŕňali niektoré proteínkinázy, najmä proteínkinázu, ktorá má extracelulárnu doménu, ktorá sa viaže na proteín, ktorý sa hromadí v medzibunkovom priestore, keď sú rastliny infikované rôznymi patogénmi. Ako už bolo uvedené, mnohé receptorové kinázy môžu interagovať s inými proteínmi, čo poskytuje väčšiu rozmanitosť súvisiacich chemických signálov a reguláciu týchto procesov. Možno je spomínaná proteínkináza jedným z receptorových proteínov zodpovedných za obranné reakcie rastlín.

Jedným zo starých, konzervatívnych a rozšírených typov membránových receptorov sú transmembránové autofosforylujúce histidínkinázy, ktoré môžu byť aktivované širokou škálou elicitorových signálnych molekúl. Väzba elicitora vonkajšou N-terminálnou oblasťou receptora, vyčnievajúca nad lipidovú vrstvu plazmalemy, spôsobuje zmenu jej konformácie a autofosforyláciu histidínového zvyšku (pozri obr. 4). Potom sa zvyšok kyseliny fosforečnej prenesie na aspartátový zvyšok vnútornej (cytoplazmatickej) oblasti proteínu, čo tiež spôsobí zmenu jeho konformácie a v dôsledku toho aktiváciu enzýmu spojeného s receptorom (priamo alebo prostredníctvom sprostredkovateľov - najčastejšie G-proteíny). Aktivácia enzýmu je najdôležitejším článkom v signalizačnom systéme, ktorého účelom je prenos a znásobenie elicitorového signálu, ktorý vyvrcholí expresiou ochranných génov a objavením sa proteínov, ktoré

Stanovuje sa reakcia buniek a rastliny ako celku na infekciu a účinky elicitorov. Špecifickosť receptorov pre elicitory je určená variabilným vonkajším N-koncom proteínu a špecifickosť pre enzým je určená jeho vnútorným C-koncom. Ukázalo sa, že tento typ receptora interaguje so stresovým fytohormónom etylénom IBleecker et al., 1998; Hua a Meyerowitz, 1998; Theologis, 1998; Woeste a Kieber, 1998; Alonso a kol., 1999; Chang, Shockey, 1999; A.E. Hall a kol., 1999; Hirayama a kol., 1999; Cosgrove a kol., 2000; Savaldi-Goldstein, Fluhr, 2000; atď.], ktorý vyvoláva ochranné reakcie rastlinných buniek. Klonovanie a určenie primárnej štruktúry génu histidínového receptora v Arabidopsis odhalilo, že jeho N-terminálna membránová doména je podobná transportérom kovových iónov.

V súčasnosti bol opísaný transmembránový receptorový proteín, ktorého N-koniec interaguje s bunkovou stenou a C-koniec sa nachádza v cytoplazme a má vlastnosti serín-treonínových proteínkináz. Podľa autorov tento receptorový proteín vykonáva signalizačné funkcie, pričom zabezpečuje signálny kontakt medzi bunkovou stenou a vnútorným obsahom bunky.

Keďže k interakcii signálnej molekuly a receptora dochádza bez vytvorenia kovalentných väzieb medzi nimi, nemožno vylúčiť možnosť ich rozpojenia. Na druhej strane, spojenie týchto dvoch typov molekúl môže byť dosť silné a zmena konformácie receptorového proteínu vytvára predpoklady pre uľahčenie útoku naň proteázami, ktoré rozpoznávajú proteíny s narušenou štruktúrou a ničia tieto molekuly. . V tomto ohľade je veľmi dôležitá schopnosť buniek rýchlo obnoviť počet receptorov. rôzne druhy. Pozoruhodné sú experimenty venované štúdiu vplyvu inhibítorov syntézy proteínov na intenzitu väzby elicitorov na receptorové proteíny plazmalémy. Ukázalo sa, že ošetrenie buniek cykloheximidom, inhibítorom syntézy proteínov s účasťou cytoplazmatických ribozómov, spôsobilo pomerne rýchly pokles úrovne väzby systemínu na bunky, čo naznačuje, že

Vysoká rýchlosť premeny receptorového proteínu je 160 kDa Existujú údaje o elicitorom indukovanej syntéze receptorov nachádzajúcich sa v plazmaleme, ale pokiaľ je známe, v súčasnosti stále neexistujú žiadne informácie o stupni špecifickosti syntéza konkrétneho receptorového proteínu v závislosti od typu elicitora.

Tarchevsky I. A. Signalizačné systémy rastlinných buniek / resp. vyd. A. N. Grechkin. M.: Nauka, 2002. 294 s.

MDT 633.11 (581.14:57.04)

ZNAKY DISTRIBÚCIE RASTLÍN V AGROPULÁCII PŠENICE PODĽA TRIEDY VARIÁCIE PRVKOV PRODUKTIVITY HOVORU

A. A. Gorjunov, M. V. Ivleva, S. A. Stepanov

Podmienky pestovania výrazne ovplyvňujú rozmiestnenie rastlín v agropopulácii tvrdej pšenice podľa variačných tried v počte kláskov, počte zŕn kláska a ich hmotnosti. Medzi odrodami Saratovského výberu v podmienkach extrémnych agroklimatických podmienok roka je charakteristický iný počet rastlín: staré odrody majú malé triedy, nové odrody majú veľké triedy variácií. Priaznivé agroklimatické podmienky zvyšujú počet rastlín zaradených do vyšších tried variácie prvkov produktivity klasov.

Kľúčové slová: odroda, klások, zrno, pšenica.

ZNAKY DISTRIBÚCIA RASTLÍN V AGROPULÁCII PŠENICE NA TRIEDY VARIANTY ÚČINNOSTI PRVKOV ucha

A. A. Gorjunov, M. V. Ivleva, S. A. Stepanov

Vegetačné podmienky zásadne ovplyvňujú rozmiestnenie rastlín v agropopulácii tvrdej pšenice na triedach variačného počtu kláskov, množstva zŕn a klasu a ich hmotnosti. Medzi kultivary Saratovského výberu v podmienkach extrémneho roka na agroklimatické podmienky je charakteristický rôzny počet rastlín: od starodávnych kultivarov - malé triedy, až po nové kultivary - veľké triedy variácie. Priaznivé agroklimatické podmienky zvyšujú počet prenášaných rastlín do vyšších tried variácie prvkov účinnosti klasu.

Kľúčové slová: kultivar, klások, jadro, pšenica.

V morfogenéze pšenice možno podľa výskumníkov (Morozova, 1983, 1986) rozlíšiť niekoľko fáz: 1) morfogenézu apikálnej časti meristému zárodočného púčika, vedúcu k vytvoreniu rudimentárneho hlavného výhonku; 2) morfogenéza fytomérnych prvkov rudimentárneho hlavného výhonku do rastlinných orgánov, ktorá určuje habitus kríka. Prvá fáza (primárna organogenéza - podľa Rostovtseva, 1984) určuje, ako to bolo, matricu rastliny. Ako sa zistilo (Rostovtseva, 1978; Morozova, 1986; Stepanov a Mostovaya, 1990; Adams, 1982), zvláštnosti primárnych procesov organogenézy sa odrážajú v následnej tvorbe štruktúry.

Tvorba fytomérov vo vegetatívnej zóne rudimentárneho hlavného výhonku je podľa výskumníkov (Morozová, 1986, 1988) druhovo špecifický proces, pričom nasadenie fytomérnych prvkov rudimentárneho hlavného výhonku do fungujúcich rastlinných orgánov je rôznorodé. - špecifický proces. Proces tvorby fytomérov v generatívnej zóne výhonku je odrodovo špecifický (Morozova, 1994).

Najkontrastnejšie je vyjadrený význam primárnych morfogenetických procesov, t.j. zakladanie a tvorba fytomérov vegetačných a generatívnych zón výhonkov pšenice a ich následná realizácia vo vhodných agroklimatických podmienkach pri analýze štruktúry úrody podľa variačných kriviek prvkov produktivity výhonkov (Morozová, 1983, 1986; Stepanov, 2009) . Predchádza tomu selektívne účtovanie rozmiestnenia rastlín v ich agropopulácii podľa tried variácie jednotlivých prvkov produktivity, najmä počtu kláskov, počtu zŕn v klase, hmotnosti zŕn klasu.

Materiál a metodika

Výskum sa uskutočnil v rokoch 2007-2009. Nasledujúce odrody jarnej tvrdej pšenice Saratovského výberu boli vybrané ako predmety štúdia: Gordeiforme 432, Melyanopus 26, Melyanopus 69, Saratovskaya 40, Saratovskaya 59, Saratovskaya Zolotistaya, Lyudmila, Valentina, Nik, Elizavetinskaya, An Zolotaya Volna, . Hlavné pozorovania a záznamy boli realizované v poľných maloparcelových pokusoch na poliach staničného výberového striedania plodín Výskumného ústavu poľnohospodárskeho juhovýchodu a Botanickej záhrady SSU, pokusy sa opakovali 3x. Na uskutočnenie štrukturálnej analýzy produktivity odrôd pšenice sa na konci vegetačného obdobia odobralo 25 rastlín z každého opakovania, ktoré sa potom spojili do skupiny a z nej sa náhodným odberom vzoriek na analýzu vybralo 25 rastlín. Do úvahy sa bral počet kláskov, počet zŕn v kláskoch a hmotnosť jedného zrna. Na základe získaných údajov sme určili

V súlade s metódou Z. A. Morozovej (1983) boli znaky distribúcie rastlín v agropopulácii tvrdej pšenice rozdelené do tried variácií v prvkoch produktivity klasu. Štatistické spracovanie výsledkov výskumu bolo realizované pomocou softvérového balíka Excel Windows 2007.

Výsledky a ich diskusia

Ako ukázal náš výskum, vo vegetačnom období 2007 bol hlavný počet hlavných výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu z hľadiska počtu kláskov v 2. a 3. triede variácie. Len malý počet rastlín bol zaradený do triedy 1 – 4 % (tabuľka 1).

Tabuľka 1. Počet výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu podľa tried variácie v počte kláskov, % (2007)

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 0 92 8 0 0

Melanopus 26 4 76 20 0 0

Melanopus 69 4 64 32 0 0

Saratovská 40 7 93 0 0 0

Staré 4 81 15 0 0

Saratovská 59 4 76 20 0 0

Saratov zlatý 0 16 80 4 0

Ľudmila 8 44 48 0 0

Valentína 0 16 76 8 0

Nick 14 14 72 0 0

Elizavetinskaya 0 24 72 4 0

Zlatá vlna 8 16 52 24 0

Annushka 0 20 64 16 0

Crassar 0 20 48 32 0

Nové 4 27 59 10 0

Pri analýze odrôd podľa skupín sa zistilo, že krajové odrody sa vyznačujú väčším počtom rastlín 2. variačnej triedy (81 %) a menším počtom rastlín 3. variačnej triedy (15 %). Pre skupinu nových odrôd sa zistilo, že väčší počet rastlín patrí do 3. variačnej triedy (59 %), časť rastlín patrí do 4. variačnej triedy (10 %). Zistilo sa, že v niektorých nových odrodách je počet rastlín 4. triedy variácie viac ako 10% - Krassar (32%), Golden Wave (24%), Annushka (16%) a v niektorých odrodách ich počet. je menej ako 10 % (Valentína,

Saratovskaya zlatá, Elizavetinskaya) alebo sa vôbec nepozoruje - Saratovskaya 59, Lyudmila, Nik (pozri tabuľku 1).

Vo vegetačnom období 2008, ktoré sa vyznačovalo priaznivejšími agroklimatickými podmienkami, bolo spomedzi odrôd saratovského výberu, starodávnych aj nových, väčší počet rastlín z hľadiska počtu kláskov zaradený do 3. triedy variácie. Vo variácii 5. triedy nemala zastúpenie ani jedna rastlina, tak ako minulý rok. Je charakteristické, že na rozdiel od nových odrôd tvrdej pšenice bol u krajových odrôd zaznamenaný väčší počet rastlín II. triedy variácie - 41 % (tabuľka 2).

Tabuľka 2. Počet výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu podľa tried variácie v počte kláskov, % (2008)

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 12 20 60 8 0

Melanopus 26 4 36 56 4 0

Melanopus 69 4 48 48 0 0

Saratovská 40 4 60 28 8 0

Staré 6 41 48 5 0

Saratovská 59 28 48 24 0 0

Saratov zlatý 0 28 64 8 0

Ľudmila 8 44 48 0 0

Valentína 4 28 64 4 0

Nick 4 28 68 0 0

Elizavetinskaya 8 36 52 4 0

Zlatá vlna 4 12 68 16 0

Annushka 0 28 60 12 0

Krassar 8 28 32 32 0

Nové 7 32 52,5 8,5 0

Medzi novými odrodami tvrdej pšenice boli odrody, ktoré sa rovnako ako v predchádzajúcom roku vyznačovali výskytom niektorých rastlín v 4. triede variácie v počte kláskov - Krassar (32 %), Zolotaya Volna (16 %). , Annushka (12 %), Saratov Golden (8 %), Valentina (4 %), Elizavetinskaya (4 %), t. j. rovnaký trend ako v predchádzajúcom roku 2007 (pozri tabuľku 2).

V podmienkach vegetačného obdobia 2009 bola väčšina rastlín pšenice saratovských výberových odrôd na základe počtu kláskov zaradená do 4. a 3. triedy variácie: nové odrody - 45 a 43%, staré odrody. - 30 a 51 %, v uvedenom poradí. Je príznačné, že niektoré

Niektoré odrody sa vyznačujú prítomnosťou väčšieho počtu rastlín 4. triedy variácie v porovnaní s priemernou hodnotou - Annushka (76%), Valentina (64%), Nik (56%), Zolotaya Volna (52%), Saratovská 40 (48 %). V niektorých odrodách boli zaznamenané rastliny 5. triedy variácie - Golden Wave (12%), Krassar (8%), Lyudmila (8%), Gordeiforme 432 a Saratovskaya 40 - 4% (tabuľka 3).

Tabuľka 3. Počet výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu podľa tried variácie v počte kláskov, % (2009)

Odroda Trieda variácií

Gordeiforme 432 4 12 52 28 4

Melanopus 26 4 36 44 16 0

Melanopus 69 0 8 64 28 0

Saratovská 40 0 4 44 48 4

Staré 2 15 51 30 2

Saratovská 59 0 28 48 24 0

Saratov zlatý 4 8 72 16 0

Ľudmila 0 4 56 32 8

Valentína 0 0 36 64 0

Nick 4 4 36 56 0

Elizavetinskaya 4 12 40 44 0

Zlatá vlna 0 4 32 52 12

Annushka 0 0 24 76 0

Krassar 0 8 40 44 8

Nové 1 8 43 45 3

Vykonané štúdie teda ukázali, že podmienky pestovania výrazne ovplyvňujú rozmiestnenie rastlín v agropopulácii podľa tried variácie v počte kláskov. Medzi odrodami Saratovského výberu v podmienkach extrémnych agroklimatických podmienok roka je charakteristický väčší počet rastlín: staré odrody - 2. trieda, nové odrody - 3. trieda a niektoré z nich majú variácie 4. triedy. Za priaznivých agroklimatických podmienok sa zvyšuje počet rastlín zaradených do vyšších variačných tried v počte kláskov tvrdej pšenice.

V podmienkach vegetačnej sezóny roku 2007 bol počet hlavných výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu z hľadiska počtu zŕn v klase v 1. a 2. triede variácie. Len časť rastlín niektorých odrôd bola zaradená do tried 3, 4 a 5 (tab. 4).

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 96 4 0 0 0

Melanopus 26 96 4 0 0 0

Melanopus 69 92 8 0 0 0

Saratovská 40 93 7 0 0 0

Staré 94 6 0 0 0

Saratovská 59 80 20 0 0 0

Saratov zlatý 20 48 32 0 0

Ľudmila 0 64 24 12 0

Valentína 48 36 16 0 0

Nick 28 62 10 0 0

Elizavetinskaya 48 48 4 0 0

Zlatá vlna 12 32 48 4 4

Annushka 52 36 12 0 0

Krassar 88 8 4 0 0

Nové 42 39 17 1,5 0,5

Pri analýze odrôd podľa skupín sa zistilo, že krajové odrody sa vyznačujú väčším počtom rastlín 1. variačnej triedy (94 %) a veľmi malým podielom rastlín 2. variačnej triedy (6 %). Pre skupinu nových odrôd sa zistilo, že väčší počet rastlín jednotlivých odrôd patrí aj do 1. triedy variácie - Krassar (88 %), Saratovskaya 59 (80 %), Annushka (52 %), Valentina (48). %), Elizavetinskaya (48 %), jednotlivé odrody - do 2. triedy variácie - Lyudmila (64 %), Nik (62 %), Saratov Zolotistaya (48 %), Elizavetinskaya (48 %) alebo do 3. triedy - Golden Vlna - 48 % (pozri tabuľku 3). V dvoch odrodách boli zaznamenané rastliny 4. triedy variácie v počte klasových zŕn - Lyudmila (12%) a Zolotaya Volna - 4% (pozri tabuľku 4).

Počas vegetačného obdobia 2008, ktoré sa, ako už bolo uvedené vyššie, vyznačovalo priaznivejšími agroklimatickými podmienkami, medzi odrodami Saratovského výberu, starými aj novými, bol väčší počet rastlín z hľadiska počtu kláskov zaradený do 2. a 3. triedy variácií . Medzi krajovými rasami sa však dve odrody vyznačovali veľkým počtom rastlín 2. triedy v porovnaní s priemernými hodnotami - Saratovskaya 40 a Melyanopus 69 - 72 a 48%. Medzi novými odrodami sa 3 odrody vyznačovali aj veľkým počtom rastlín 2. triedy v porovnaní s priemernými hodnotami - Saratovskaya 59 a Valentina (72%), Lyudmila - 64%.

Na rozdiel od minulého roka je medzi odrodami Saratovského výberu charakteristická prítomnosť určitého počtu rastlín zaradených do 4. triedy variácie v počte zŕn klasu. To platí najmä pre odrody Melyanopus 26, Elizavetinskaya, Lyudmila, Gordeiforme 432, Melyanopus 69, Nik, Annushka (tabuľka 5).

Tabuľka 5. Počet výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu podľa tried variácie v počte zŕn klasu, % (2008)

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 0 28 56 8 8

Melanopus 26 0 24 48 24 4

Melanopus 69 4 48 40 8 0

Saratovská 40 0 72 24 4 0

Staré 1 43 42 11 3

Saratovská 59 20 72 8 0 0

Saratov zlatý 4 36 56 4 0

Ľudmila 0 64 24 12 0

Valentína 0 72 28 0 0

Nick 0 32 60 8 0

Elizavetinskaya 0 48 32 20 0

Zlatá vlna 12 32 48 4 4

Annushka 4 44 40 8 4

Krassar 4 40 52 4 0

Nové 5 49 39 6 1

V podmienkach vegetačného obdobia roku 2009 bolo rozloženie rastlín pšenice Saratovských výberových odrôd podľa počtu kláskov rôzne v závislosti od skupinovej príslušnosti - staré alebo nové odrody. V skupine krajových rás bola väčšina rastlín zaradená do 3. a 4. triedy variácie – 42,5 %, resp. 27 %. V dvoch odrodách, Melyanopus 26 a Melyanopus 69, boli pozorované rastliny 5. triedy variácie v počte obiliek klasov (tabuľka 6).

Spomedzi nových odrôd bola väčšina rastlín zaradená do tried 3 a 2 – 50,5 a 24 %, v tomto poradí (tabuľka 6). Je charakteristické, že niektoré odrody sa vyznačujú prítomnosťou väčšieho počtu rastlín v porovnaní s priemerným počtom rastlín zodpovedajúcej triedy: variácia 2. triedy - Saratovskaya 59 (56%), Elizavetinskaya (32%), Krassar (32%), Gordeiforme 32 (28%), Saratovskaya zlatá (28%); Variácie 3. triedy - Valentina (72%), Annushka (60%), Krassar (56%), Saratovskaya 40 (52%), Nik (52%), Elizavetinskaya (52%); Variácie 4. triedy - Zo-

lotaya vlna (36%), Annushka (32%), Saratov golden a Lyudmila (20%). Je pozoruhodné, že na rozdiel od predchádzajúcich rokov boli v podmienkach roku 2009 niektoré rastliny polovice odrôd v 5. triede variácie v počte zŕn klasu - Lyudmila, Nik, Zolotaya Volna, Annushka, Melyanopus 26 a Melyanopus 69 (pozri tabuľku 6).

Tabuľka 6. Počet výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu podľa tried variácie v počte zŕn klasu, % (2009)

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 12 28 28 32 0

Melanopus 26 8 22 46 20 4

Melanopus 69 12 8 44 32 4

Saratovská 40 4 20 52 24 0

Starý 9 19,5 42,5 27 2

Saratovská 59 12 56 24 8 0

Saratov zlatý 4 28 48 20 0

Ľudmila 0 12 52 20 16

Valentína 4 20 72 4 0

Nick 8 24 52 8 8

Elizavetinskaya 4 32 52 12 0

Zlatá vlna 4 12 40 36 8

Annushka 4 0 60 32 4

Krassar 12 32 56 0 0

Nové 6 24 50,5 15,5 4

Vykonané štúdie ukázali, že podmienky vegetačného obdobia výrazne ovplyvňujú distribúciu rastlín v poľnohospodárskej populácii podľa tried variácie v počte zŕn klasu. Medzi odrodami Saratovského výberu v podmienkach extrémnych agroklimatických podmienok roka je charakteristický väčší počet rastlín: staré odrody - 1. trieda, nové odrody - 1., 2. a 3. trieda a niektoré z nich majú variácie 4. triedy. Za priaznivých agroklimatických podmienok sa zvyšuje počet rastlín zaradených do vyšších variačných tried v počte zŕn v klasoch tvrdej pšenice.

V podmienkach vegetačného obdobia roku 2007 bol počet hlavných výhonkov odrôd pšenice Saratovskej selekcie na základe hmotnosti obilia klasov v 1. a 2. triede variácie (tabuľka 7).

Pri analýze odrôd podľa skupín sa zistilo, že pre niektoré krajové odrody bol počet rastlín 1. triedy variácie

100% - Gordeiforme 432 a Melyanopus 26,93% - Saratovskaya 40. V tomto smere sa výrazne líšila krajinná rasa Melyanopus 69, ktorá sa vyznačuje väčším počtom rastlín 2. triedy - 80%. Pre skupinu nových odrôd sa ukázalo, že niektoré odrody sa vyznačujú väčším počtom rastlín zodpovedajúcej triedy v porovnaní s priemerom: 1. trieda - Zolotaya Volna (96%), Saratovskaya 59 (80%), Krassar (76). %), Annushka (68 %); 2. trieda - Nick (52%), Lyudmila (48%), Saratov Golden (44%), Valentina a Elizavetinskaya (40%); Variácie 3. triedy - Lyudmila (28%), Saratov Golden (24%), Nick (14%), Valentina - 12%. Je pozoruhodné, že v dvoch odrodách, Lyudmila a Valentina, boli pozorované rastliny 5. triedy variácie v hmotnosti obilia klasov - 12 a 4% (pozri tabuľku 7).

Tabuľka 7. Počet výhonkov odrôd pšenice Saratovského výberu podľa tried variácie hmotnosti zrna, % (2007)

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 100 0 0 0 0

Melanopus 26 100 0 0 0 0

Melanopus 69 4 80 16 0 0

Saratovská 40 93 7 0 0 0

Staré 74 22 4 0 0

Saratovská 59 80 16 4 0 0

Saratov zlatý 32 44 24 0 0

Ľudmila 12 48 28 12 0

Valentína 44 40 12 4 0

Nick 28 52 14 6 0

Elizavetinskaya 56 40 4 0 0

Zlatá vlna 96 4 0 0 0

Annushka 68 32 0 0 0

Krassar 76 20 4 0 0

Nové 55 33 9,5 2,5 0

V podmienkach vegetačného obdobia roku 2008 bol pozorovaný rôzny počet rastlín zodpovedajúcej triedy variácie v hmote obiliek klasov. Medzi starými odrodami Saratovského výberu zodpovedal väčší počet rastlín pre tento prvok produktivity 2. triede variácie - 48%, medzi novými odrodami - 3. a 2. triede variácie - 38 a 36%. Určitý počet rastlín zodpovedajúcich odrôd je distribuovaný v 4. a 5. triede variácie (tabuľka 8).

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 12 48 32 4 4

Melanopus 26 0 32 44 12 12

Melanopus 69 16 60 20 4 0

Saratovská 40 24 52 12 8 4

Staré 13 48 27 7 5

Saratovská 59 48 48 4 0 0

Saratov zlatý 4 24 64 4 4

Ľudmila 12 48 28 12 0

Valentína 4 36 56 0 4

Nick 12 44 32 12 0

Elizavetinskaya 8 36 36 20 0

Zlatá vlna 8 28 40 20 4

Annushka 8 36 36 16 4

Krassar 4 28 48 20 0

Nové 12 36 38 12 2

Niektoré odrody Saratov sa vyznačovali veľkým pomerom k priemernému zastúpeniu rastlín zodpovedajúcej triedy variácií v hmotnosti klasov: 1. trieda - Saratovskaya 59 (48%), Saratovskaya 40 (24%), Melyanopus 69 (16%) ); 2. trieda - Melyanopus 69 (60%), Saratovskaya 40 (52%), Saratovskaya 59 a Ludmila (48%), Nik (44%); 3. trieda - Saratov Golden (64 %), Valentina (56 %), Krassar (48 %), Melyanopus 26 (44 %); 4. trieda - alžbetínska, zlatá vlna a Crassar (20 %); Variácia 5. triedy - Melanopus 26 - 12 % (pozri tabuľku 8).

V podmienkach vegetačnej sezóny 2009 bola väčšina rastlín pšenice výberových odrôd Saratov zaradená do 3. a 4. triedy variácie na základe hmotnosti zŕn klasu. Okrem toho sa priemerné hodnoty tried variácií skupiny starých odrôd a skupiny nových odrôd výrazne líšili. Najmä starodávne odrody sa vyznačovali veľkým zastúpením rastlín 3. a 4. triedy variácie - 41,5 resp. 29,5 %, nové odrody sa vyznačovali prevažujúcim výskytom rastlín 4. a 3. triedy variácie v agropopulácii. - 44 a 26 %, v uvedenom poradí. Pozoruhodný je významný počet rastlín 5. triedy variácie v hmote klasových obiliek, čo je charakteristické najmä pre odrody Krassar (32%), Valentina (24%), Zolotaya Volna (20%), Saratovskaya 40-16. % (tabuľka 9).

Odroda Trieda variácií

1. 2. 3. 4. 5

Gordeiforme 432 4 16 48 32 0

Melanopus 26 4 28 38 18 12

Melanopus 69 0 8 48 40 4

Saratovská 40 4 20 32 28 16

Starý 3 18 41,5 29,5 8

Saratovská 59 14 36 38 8 4

Saratov zlatý 4 8 28 52 8

Ľudmila 0 0 12 80 8

Valentína 0 8 28 40 24

Nick 8 20 28 36 8

Elizavetinskaya 0 20 24 44 12

Zlatá vlna 0 16 32 32 20

Annushka 4 8 32 56 0

Krassar 0 8 12 48 32

Nové 3 14 26 44 13

Rovnako ako v iných rokoch sa niektoré odrody vyznačovali veľkým pomerom k priemernému zastúpeniu rastlín zodpovedajúcej triedy variácie v hmotnosti zŕn klasu: 1. trieda - Saratovskaya 59 (14%); 2. trieda - Saratovskaya 59 (36%), Melyanopus 26 (28%), Saratovskaya 40, Nik a Elizavetinskaya (20%); Variácie 3. triedy - Gordeiforme 432 a Melyanopus 69 (48%), Saratovskaya 59 (38%), Golden Wave a Annushka (32%); Variácie 4. triedy - Lyudmila (80%), Annushka (56%), Saratov zlatý (52%), Krassar (48%), Melyanopus 69-40% (pozri tabuľku 9).

Vykonané štúdie teda ukázali, že distribúcia rastlín v poľnohospodárskej populácii podľa tried variácie v hmotnosti obiliek klasov je výrazne ovplyvnená podmienkami vegetačného obdobia. U väčšiny krajových rás je pri extrémnych pestovateľských podmienkach počet rastlín 1. triedy 93-100 %, pričom nové odrody sa vyznačujú výrazným zastúpením rastlín 2. a 3. triedy. Za priaznivých pestovateľských podmienok sa zvyšuje podiel rastlín vyššej variačnej triedy, no pri nových odrodách zostáva rovnaký trend - väčší počet rastlín vyšších variačných tried v hmote obiliek klasov oproti starým odrodám.

Morozova Z. A. Morfogenetická analýza v chove pšenice. M.: MGU, 1983. 77 s.

Morozova Z. A. Základné vzorce morfogenézy pšenice a ich význam pre selekciu. M.: MGU, 1986. 164 s.

Morozova Z. A. Morfogenetický aspekt problému produktivity pšenice // Morfogenéza a produktivita rastlín. M.: MsÚ, 1994. S. 33-55.

Rostovtseva Z. P. Vplyv fotoperiodickej odozvy rastliny na funkciu apikálneho meristému vo vegetatívnej a generatívnej organogenéze // Svetlo a morfogenéza rastlín. M., 1978. S. 85-113.

Rostovtseva Z. P. Rast a diferenciácia rastlinných orgánov. M.: MGU 1984. 152 s.

Stepanov S. A., Mostovaya L. A. Hodnotenie produktivity odrody na základe primárnej organogenézy pšeničných výhonkov // Výrobný proces, jeho modelovanie a kontrola v teréne. Saratov: Vydavateľstvo Sarat. Univ., 1990. s. 151-155.

Stepanov S.A. Morfogenetické znaky implementácie výrobného procesu v jarnej pšenici // Izv. SSU Ser., Chémia, biológia, ekológia. 2009. T. 9, číslo 1. s. 50-54.

Adams M. Vývoj rastlín a produktivita plodín // Príručka CRS Agr. Produktivita. 1982. Vol.1. S. 151-183.

MDT 633,11: 581,19

Yu. V. Dashtoyan, S. A. Stepanov, M. Yu. Kasatkin

Saratovský Štátna univerzita ich. N. G. Chernyshevsky 410012, Saratov, st. Astrachanskaja, 83 e-mail: [e-mail chránený]

Zistili sa zvláštnosti v obsahu pigmentov rôznych skupín (chlorofyly a a b, karotenoidy), ako aj vzťahy medzi nimi v listoch pšenice patriacich k rôznym fytomérom výhonkov. Minimálny alebo maximálny obsah chlorofylov a karotenoidov možno pozorovať v rôznych listoch, čo závisí od podmienok pestovania rastlín.

Kľúčové slová: fytomér, chlorofyl, karotenoid, list, pšenica.

ŠTRUKTÚRA A UDRŽOVANIE PIGMENTOV FOTOSYNTÉZY V TANIERI PŠENIČNÝCH LISTOV

Y. V. Dashtojan, S. A. Stepanov, M. Y. Kasatkin

Vlastnosti pri udržiavaní pigmentov rôznych skupín (chlorofyl a a chlorofyl b, karotenoidy), ako aj parity medzi nimi v listoch pšenice