ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2019
Просмотров: 3409
Скачиваний: 3
Другой стрессовый фитогормон - летучее соединение этилен - синтезируется в ходе последовательных реакций (рис. 37), в которых принимают участие индуктивные ферменты: 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат-синтаза (АЦКС) и 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат-оксидаза (АЦКО).
Рис. 38. Последовательность реакций синтеза салициловой кислоты
Рис. 36. Последовательность реакций синтеза абсцизовой кислоты [Chernys, Zeevaart, 2000]
Содержание еще одного фитогормона - салициловой кислоты - при действии патогенов и элиситоров повышается в десятки, а в некоторых случаях более чем в сто раз [Malamy et al., 1990; Raskin, 1992; Delaney et al., 1994; Leon et al., 1995]. Образуется салициловая кислота в серии реакций из аминокислоты фенилаланина (рис. 38), причем лимитирует этот процесс фермент фенилаланин-аммоний-лиаза,
активируемая при действии на растения различных элиситоров. Фермент катализирует превращение фенилаланина в транс-коричную кислоту, которая, по-видимому, в результате (3-окисления образует бензойную кислоту, а последняя с помощью бензоат-2-гидроксилазы (принадлежащей к семейству цитохрома Р-450) — салициловую. Повышение содержания салициловой кислоты вызывает образование из нее эфира глюкозы, откладывающегося в клеточных стенках и гидролизуемого при инфицировании растений патогенами, что вносит вклад в салицилатный "всплеск" при патогенезе. Считается, что флоэмоподвиж-
ная салициловая кислота играет важную роль в выработке у растений системной устойчивости к патогенам [Malamy et al., 1993; Metraux et al., 1993; Rasmussen et al., 1991; Запроме-тов, 1993; и др.].
История исследования еще одного типа стрессовых фи-тогормонов - брассиностероидов, насчитывает уже 20 лет, но на их роль при стрессе стали обращать внимание сравнительно недавно. В настоящее время охарактеризовано более 40 представителей этого класса соединений, выделенных из растений, имеющих типичный для стероидов тетра-гетероциклический скелет и отличающихся конфигурациями и радикалами, присоединеными к циклической структуре и боковой углеводородной цепи. Так же как в случае других стеролов (в том числе стероидных гормонов животных), их синтез начинается с ацетил-КоА, а основными ин-термедиатами являются мевалонат, изопентенилпирофос-фат и диметилаллилпирофосфат, геранилпирофосфат и фарнезилпирофосфат. Образование брассиностероидов может усиливаться под влиянием патогенов, но было также отмечено и торможение экспрессии гена метилтрансфера-зы, от которой зависел синтез одного из основных предшественников брассиностероидов [Shi et al., 1996].
При обработке растений экзогенными брассиностерои-дами повышается устойчивость к патогенным грибам и вирусам [Шакирова, Безрукова, 1998; Khripach et al., 2000].
Выше уже отмечалось, что патогениндуцируемые стрессовые фитогормоны могут вызывать ответную реакцию на достаточно большом удалении от места инфицирования ткани - системный иммунитет растений, проявляющийся в устойчивости к самым различным патогенам.
Внимание исследователей механизма формирования системного иммунитета привлек сравнительно небольшой полипептид, состоящий из 18 аминокислотных остатков, названный системином. Ряд авторов признали его первым идентифицированным фитогормоном полипептидной природы [McGurl et al., 1992; Slosarek et al., 1995; Bergey et al., 1996; Bowles, 1998; Constabel et al., 1998; Ryan, Pearce, 1998; Chao et al., 1999; Dombrowski et al., 1999; Sheer, Ryan, 1999]. Интенсивное образование системина, который сначала считали раневым сигналом, происходит при механическом повреждении тканей растений (например, травоядными животны-
ми или листогрызущими насекомыми), действии на растения различных патогенов, элиситоров, обезвоживания, засоления и других стрессоров. В связи с этим системин может считаться стрессовым фитогормоном. Этот пептид является продуктом частичной деградации (посттрансляционной модификации) более крупного предшественника - про-системина, состоящего из 200 аминокислот. Замещение в системине остатка пролина-13 и тирозина-17 аланином приводит практически к полной потере элиситорной активности системина [Pearce et al., 1993]. Накопление системина носит двухфазный характер, что объясняется его разрушением за счет протеолиза связи по местоположению лизина-14. При N-метилировании этой связи системин становится более устойчивым к действию протеаз, и активность системина становится более продолжительной, по сравнению с контрольным вариантом [Schaller, 1998]. Исследования кон-формации системина привели к неоднозначным результатам. С одной стороны, на основании данных ЯМР-спектро-скопии сделан вывод об отсутствии в этом полипептиде жесткой структуры типа спирали или ленты [McGurl, Ryan, 1992], с другой [Slosarek et al., 1995] - предложена модель Z-подобной ленточной (3-структуры системина.
В интактных растениях ген просистемина может быть отнесен к числу спящих. Он состоит [McGurl et al., 1992] из десяти интронов и одиннадцати экзонов, десять из которых организованы в пять гомологичных пар. Данные о роли системина в качестве фактора индукции системной устойчивости растений подкрепляются тем, что это — флоэмомо-бильный полипептид [Schaller, Ryan, 1996].
Фитогормон может опосредовать лишь часть ответа клеток на тот или иной элиситор. Обнаружено, например, что метилжасмонат индуцирует накопление сесквитерпен-циклазы (одного из ключевых ферментов синтеза терпено-идных фитоалексинов) лишь в следовых количествах, в отличие от быстрого и интенсивного образования этого фермента в культуре клеток табака под влиянием грибных элиситоров [Mandujano-Chavez et al., 2000].
Один из стрессовых фитогормонов - жасмоновая кислота, а также метилжасмонат образуются (см. рис. 19) в ходе реакций элиситориндуцируемого липоксигеназного метаболизма [Vick, Zimmerman, 1987; Гречкин, Тарчевский, 1999].
Оказалось, что элиситоры могут также активировать ферменты синтеза этилена [Spanu et al., 1991; Bowler, Chua, 1994; Oetiker et al., 1997], причем повышенные концентрации ионов кальция усиливали этот процесс [Gallardo et al., 1999].
Элиситоры индуцировали экспрессию некоторых генов, кодирующих ферменты синтеза абсцизовой кислоты [Chernys, Zeevaart, 2000]. Наблюдалось также повышение содержания салициловой кислоты [Malamy et al., 1990; Klessig, Malamy, 1994] и системина [Bergey et al., 1996], участвующих в индукции системного ответа растений на действие того или иного патогена. Некоторые исследователи считают таким индуктором защитных реакций растений перекись водорода, которая может выступать в этой роли независимо от салицилата. Было, например, обнаружено, что у растений табака сублетальные концентрации перекиси водорода вызывали системную индукцию образования основных и кислых защитных белков (PR) и повышение устойчивости растений табака к патогенам, но этот эффект был быстрее и сильнее, когда сопровождался некротическими изменениями в листьях [Chamnongpol et al., 1998]. Остается неясным, был ли системный ответ следствием непосредственного действия перекиси водорода или был опосредован другими сигнальными молекулами. Ими могут быть интермедиаты или продукты функционирования различных сигнальных систем клеток. Обнаружено, что жасмонат и метилжасмонат активируют липоксигеназную [Bell, Mullet, 1991; Melan et al., 1993; Avdiushko et al., 1995; Jensen et al., 1997; Voros et al., 1998] и НАДФН-оксидазную [Tamagami et al., 1997] сигнальные системы. Этилен активировал липоксигеназную и МАР-киназную [Voeste, Kieber, 1998; Iten et al., 1999] системы. Абсцизовая кислота ингибировала адени-латциклазную [Корчуганова и др., 1998], но активировала липоксигеназную [Melan et al., 1993] (ингибируя в то же время превращение фитодиеновой кислоты в жасмоновую [Laudert, Weiler, 1998]) и кальциевую [Mikami et al., 1998; Owen, 1988; Staxen, 1999], МАР-киназную [Knetsch et al., 1996; Iten et al., 1999], НАДФН-оксидазную [Guan, Scandalios, 1998] и фосфатидатную [Munnik et al., 1995; Ritchie, Gilroy, 1998; Munnik, 2001] сигнальные системы. Абсцизовая кислота вызывала накопление одного из ин-
термедиатов NO-сигнальной системы - цАДФрибозы [Yu et al., 1997; Leckie et al., 1998; Walden, 1998].
Салицилат активировал липоксигеназную [Feussner et al., 1997b], МАР-киназную [Zhang, Klessig, 1997; Iten et al., 1999; Romeis et al., 1999], НАДФН-оксидазную [Chen et al., 1993] и NO-синтазную [Klepper, 1991; Van Camp et al., 1998]; системин-кальциевую [Bergey, Ryan, 1999], липоксигеназную [Constabel et al., 1995; Narvaez-Vasquez et al., 1999; Orozco-Cardenas, Ryan, 1999], НАДФН-оксидазную [Stennis et al., 1998], МАР-киназную [Stratmann, Ryan, 1997; Meindl et al., 1998] и протонную [Schaller, Oecking, 1999], а перекись водорода - липоксигеназную [Macri et al., 1994] и НАДФН-оксидазную [Leon et al., 1995; Dorey et al., 1999] сигнальные системы.
Обнаружено, что экзогенный системин вызывает активацию липоксигеназной [Narvaez-Vasquez et al., 1999; Sheer, Ryan, 1999], кальциевой [Bergey, Ryan, 1999] и MAPK-[ Stratmann, Ryan, 1997] сигнальных систем.
Стрессовые фитогормоны могут усиливать или затормаживать образование друг друга. Так, оказалось, что жасмонат вызывает значительное снижение содержания в клетках абсцизовой кислоты [Hays et al., 1999], а салицилат ингибирует синтез жасмоната [Репа-Cortes et al., 1993; Doares et al., 1995a] и этилена [Leslie, Romani, 1986]. Последнее объясняется тем, что салициловая кислота - это ингибитор не только каталазы, но и ряда других железосодержащих ферментов, в том числе ключевого фермента синтеза этилена -1-аминоциклопропан-1-карбоксилат-оксидазы [Chen et al., 1997]. Этилен и метилжасмонат синергично индуцировали синтез защитных белков [Xu et al., 1994]. Салицилат подавлял жасмонатиндуцированное [Репа-Cortes et al., 1993; Doares et al., 1995a], АБК- [Taipalensuu et al., 1997] и систе-мининдуцированное [Doares et al., 1995a] образование белков, а абсцизовая кислота затормаживала этилениндуциро-ванный синтез клетками растений глюканаз, но усиливала такой синтез хитиназ [Rezzonico et al., 1998]. Метилжасмонат индуцировал синтез рецептора системина, локализованного в плазмалемме и, вследствие этого, стимулировал появление вызванных системином ответных реакций [Sheer, Ryan, 1999], а системин индуцировал синтез абсцизовой кислоты [Chao et al., 1999].