Если учесть, что появление нового, индуцированного жасмонатом белка 38 кДа наблюдается и при инфицирова­нии микоплазмами, то можно сделать вывод, что заражение растений включает классический, характерный для биоген­ного стресса, катаболический липидный сигнальный путь: активация фосфолипазы А₂ —> освобождение линолената из фосфолипидов мембран —» липоксигеназное превращение его в 13-пероксилиноленат -> образование жасмоновой ки­слоты в результате гидропероксидциклазной и сопутствую­щих реакций [Vick, Zimmerman, 1987; Гречкин, 1992; Тар-чевский, 1993] —> активация генов устойчивости —> образо­вание жасмонатиндуцированных белков —» формирование местной и системной устойчивости к патогенам [Neumann et al., 1989; Sembdner, Parthier, 1993].

Так как жасмонат вызывал индукцию образования лишь одного из трех микоплазмаиндуцированных белков, то можно предположить, что он является только частью сиг­нальной системы, приводящей к формированию иммуните­та растений [Тарчевский и др., 19966].

НАДФН-ОКСИДАЗНАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА

Вызванная действием элиситоров на клетки растений активация НАДФН-оксидазы - стартового фермента НАДФН-оксидазной системы (рис. 24), является причиной интенсивного образования активных форм кислорода - сво­бодных радикалов О₂ и OFT, а также перекиси водорода. Впервые такой окислительный "взрыв" наблюдали в 1983 г. [Doke et al., 1996] в ответ на инфицирование клубней карто­феля фитофторой. Позднее обнаружили появление окисли­тельного "взрыва" под влиянием различных патогенных грибов, бактерий, вирусов, элиситоров, механического по­вреждения растений.

Обращает на себя внимание преходящий характер окис­лительного "взрыва", проявляющийся в относительно бы­стром возврате концентрации перекиси водорода к исход­ному уровню (рис. 25). Это может быть вызвано как сниже­нием активности НАДФН-оксидазы, в результате чего уменьшается приходная часть баланса перекиси водорода, так и усилением расходной части этого баланса, а именно выходом части Н₂О₂ за пределы клеток (где она использу­ется в пероксидазных реакциях), разрушением перекиси во­дорода каталазой [Willekens et al., 1997], потреблением части Н₂О₂ в аскорбат-пероксидазной реакции аскорбат-глутатионового цикла (рис. 26).

В образование активных форм кислорода при действии элиситоров, кроме НАДФН-оксидазы, могут вносить вклад и другие ферменты, например локализованные в клеточной стенке оксалатоксидаза [Zhou et al., 1998] и пероксидазы, активирующиеся при щелочном сдвиге рН за пределами плазмалеммы, который наблюдается при инфицировании патогенами и действии элиситоров [Wojtaszek, 1997]. При этом была обнаружена патогениндуцированная секреция

---

Рис. 24. Функционирование НАДФН-оксидазной сигнальной си­стемы

Кат - каталаза; НАДФН-О* - активная форма НАДФН-оксидазы;

Of - супероксиданион-радикал; ПК* - активные формы протеинки-

наз; СК - салициловая кислота; СОД - супероксиддисмутаза. Осталь­ные обозначения - см. рис. 6

Время воздействия элиситора, мин

Рис. 25. Влияние белкового (/) и олигогалактуронатного (2) эли-ситоров на образование перекиси водорода [Levine et al., 1994]

иероксидазы в клеточные стенки [McLusky et al., 1999]. Оба нида ферментов катализируют реакции, в ходе которых об­разуется перекись водорода. Но главное внимание исследо­вателей механизмов окислительного "взрыва" продолжает привлекать НАДФН-оксидаза плазмалеммы. Она представ­ляет собой гетеродимерный цитохром 6-типа, состоящий из субъединиц 22 и 91 кДа. Как и в случаях других сигнальных систем, фермент (большая субъединица) оказался гомоло­гичным ферменту животных объектов. Для активации фер­мента требуется участие еще двух цитоплазматических бел­ков _ 47 и 67 кДа. При действии патогенов или элиситоров первый из этих двух белков фосфорилируется, затем они мигрируют к плазмалемме и образуют активный комплекс фермента.

Элиситориндуцируемое образование перекиси водоро­да подавляется ингибиторами протеинкиназ, например ставроспорином (рис. 27), но активируется ингибиторами протеинфосфатазы 2А [Tenhaken et al., 1995], причем по-

---

МДГА

Н₂О«^ J

Н₂О ^МД[^{А У} НАДФН

V ДГА

что у субъединицы 91 кДа НАДФН-оксида-{ы имеются два Са²⁺-связывающих участка | Keller et al., 1998].

Окисление НАДФН молекулярным кисло­родом приводит к обра­зованию супероксид-анионов, которые в результате реакции, катализируемой супероксиддисмутазой, превращаются в перекись водорода.

О₂ + НАДФН -^ О~ + НАДФ⁺ + Н⁺; ■>

Ставроспорин, мкМ

Окислительный "взрыв" - это одна из самых быстрых

ответных реакций кле- ток на действие элисито-ров [Chandra, Low, 1995].

Значительное повы­шение содержания ак-тивных форм кислорода О₂ и Н₂О₂ оказывает по-

Рис. 26. Потребление перекиси водорода с помощью аскорбат-глутатионового цикла [Vanacker et al., 1998]

АВ - аскорбат восстановленный; АП - аскорбатпероксидаза; ГР -глутатион-редуктаза; TSH - глутатион восстановленный; Г-SS-T - ди­сульфид глутатиона; ДГА - дегидроаскорбат; ДГАР - дегидроаскорбат-редуктаза; К - каталаза; МДГА - монодегидроаскорбат; МДГАР - мо-нодегидроаскорбат-редуктаза; ПЛ - плазмалемма; Р - рецептор; СОД -супероксиддисмутаза

явление окислительного "взрыва" в этом случае происхо­дит и в отсутствие элиситора. Все это свидетельствует о важной роли фосфорилирования и дефосфорилирования белков в осуществлении НАДФН-сигнального пути [Levine et al., 1994; Chandra, Low, 1995; Chen et al., 1995; Rajasekhar et al., 1999].

Для активации НАДФН-оксидазы требуется также уча­стие G-белков, что подтверждается в опытах с активатором G-белков мастопараном (рис. 28). Стимулирующее влияние фосфолипазы С на активность НАДФН-оксидазы позволя­ет говорить о взаимодействии НАДФН-оксидазного пути с кальциевой сигнальной системой. Это тем более вероятно,

Рис. 27. Влияние ставро-спорина на образование Н₂О₂ [Chandra, Low, 1995] Окислительный взрыв (накопление перекиси водо­рода) в культуре клеток сои индуцировался олигогалак-туронатным элиситором

Концентрация мастопарана, мкМ

Рис. 28. Влияние мастопа­рана на образование Н₂О₂ в культуре клеток петрушки, индуцированное салицило­вой кислотой [Kauss, Jeblick, 1995]

1 - контроль; 2 - клетки, обработанные салициловой кислотой

---

давляющее действие на развитие патогенных микроорга­низмов. В то же время Н₂О₂ является вторичным посредни­ком в НАДФН-оксидазной сигнальной системе. Недавно было установлено, что перекись водорода может активиро­вать одну из изоформ киназы киназы МАР-киназы [Kovtun et al., 2000]. Это позволяет сделать предположение о веро­ятности следующего сигнального пути: Н₂О₂ —> МАРККК —> —> МАРКК —> МАРК —> активация факторов регуляции транскрипции. В результате осуществляется экспрессия за­щитных генов, синтез патогениндуцированных белков [Antoniw et al.,1980; Hooft van Huijsduijnen et al., 1986; Raskin, 1992; Gaffney et al., 1993; Delaney et al., 1994; Levine et al., 1994; Chen et al., 1995; H. Wu et al., 1997; и др.] и, как следст­вие, появление локального и системного иммунитета.

Большую роль в функционировании НАДФН-оксидаз­ной системы играет салициловая кислота, концентрация ко­торой при действии патогенов, элиситоров или экзогенной перекиси водорода повышается в десятки раз [Leon et al., 1995; Н. Wu et al., 1997; и др.]. Одной из причин "салицило­вой вспышки" является элиситор-индуцируемое образова­ние фенилаланин-аммиак-лиазы, в результате чего активи­руется метаболическая цепь фенилаланин —> коричная кис­лота —> бензойная кислота —> салициловая кислота. Второй причиной может быть быстрая активация гидролазы, осво­бождающей салициловую кислоту из О-|3-О-глюкозидсали-цилата, локализованного в клеточной стенке растений.

Снижение содержания салицилата в элиситированных клетках через некоторое время после "салицилатного взрыва" объясняется несколькими причинами: его выходом из клеток в апопласт и проводящие пути растений, превра­щением в летучий метилсалицилат и его диффузией в окру­жающее растение воздушное пространство, образованием глюкозильного эфира салицилата и его отложением в кле­точные стенки, деградацией салициловой кислоты.

Для выяснения функций салициловой кислоты начали поиск салицилатсвязывающих белков. Оказалось, что та­ким белком является каталаза [Chen et al., 1993]. Считается, что салициловая кислота действует ингибирующе на ката-лазу и, перекрывая основной расходный канал баланса Н₂О₂, способствует ее накоплению. Некоторые исследова­тели не разделяют этого мнения о роли салициловой кисло-

ты в НАДФН-оксидазной системе, однако полученные дан­ные о существовании нескольких органоспецифичных изо­форм катал азы, отличающихся способностью ингибиро-ваться салицилатом, рассеяли эти сомнения. Кстати, было обнаружено, что салициловая кислота - это ингибитор не только каталазы, но и целого ряда других железосодержа­щих ферментов [Chen et al., 1997] - аскорбат-пероксидаз, аконитаз, АСС-оксидазы. Последнее объясняет, почему са­лициловая кислота затормаживает синтез этилена [Leslie, Romani, 1986; 1988]. Имеются результаты, свидетельствую­щие о существовании активируемых салицилатом МАР-ки-назах (SIPK) [Zhang, Klessig, 1997; Zhang et al., 1998; Romeis et al., 1999; Mikolajczyk et al., 2000] и о салицилатиндуцируе-мых рецепторных киназах [Не et al., 1999], которые активи­ровались также патогенами и окислительным стрессом ICzernic et al., 1999]. Если иметь в виду, что расположение двух гидроксильных групп у салициловой кислоты и пере­киси водорода может быть сходным [Тарчевский и др., i 999], то не исключено, что салицилатактивируемые проте-инкиназы являются и Н₂О₂-активируемыми протеинкиназа-ми [Guyton et al., 1996].

---

Одним из важных последствий активации патогенами и элиситорами НАДФН-оксидазной системы можно считать появление так называемой сверхчувствительности инфици­рованных и рядом расположенных клеток, что приводит к их гибели и появлению некротических пятен. Отмирание клеток - это результат включения специальной генетиче­ской программы. У растений программируемая смерть кле­ток (апоптоз) начала изучаться позднее, чем у животных, причем было обнаружено, что механизмы апоптоза в ос­новном идентичны [Самуилов и др., 2000; Shirasu, Schulze-Lefert, 2000]. Необходимо отметить, что в апоптозе прини­мают участие перекись водорода и салициловая кислота НАДФН-оксидазной системы и некоторые интермедиаты кальциевой, липоксигеназной, МАР-киназной и NO-синтаз-ной сигнальных систем.

Ранее [Тарчевский и др., 19966] мы показали, что инфи­цирование микоплазмой Acholeplasma laidlawii 118 приводит к появлению ряда новых белков, синтез одного из которых (38 кДа) индуцируется также салицилатом и янтарной кис­лотой [Тарчевский и др., 1999]. Полученные данные позво-

---

Смотрите также файлы

• Элементарная ботаника (ЭБ3) (ПВ+).doc

• Элементарная ботаника (ЭБ1) (ЗО).doc

• Положення+правки-3.doc

• metodichka_z_selektsiyi (1).doc

• moy_otchet.doc