ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2019
Просмотров: 3396
Скачиваний: 3
Некоторые элиситоры образуются в результате действия на ткани растений гидролаз, выделяемых патогенами. Назначение гидролаз двоякое. С одной стороны, они обеспечивают питание патогенов, необходимое для их развития и размножения, с другой - разрыхляют механические барьеры, стоящие на пути проникновения патогенов в места их обитания в растениях.
Одним из таких барьеров является кутикула, состоящая главным образом из гетерополимера кутина, погруженного в воск. Обнаружено более 20 мономеров, из которых состоит кутин [Kolattukudy, Soliday, 1985; Airansinen, Paaso, 1990]. Это различной длины насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты и спирты, в том числе гидроксилированные и эпокси-дированные, дикарбоксиловые длинноцепочечные кислоты и т.д. В кутине большинство первичных спиртовых групп участвует в образовании эфирных связей, так же как часть вторичных спиртовых групп, обеспечивающих сшивки между цепями и точки ветвления в полимере. Часть другого "барьерного" полимера - суберина, по составу близка к кутину. Главное его отличие в том, что свободные жирные кислоты являются основным компонентом субериновых восков, в то время как в кутине их очень мало. Кроме того, в суберине
присутствуют главным образом С22 и С24 жирные спирты, в то время как в кутине - С26 и С28 [Kolattukudy, 1987]. Для преодоления поверхностного механического барьера растений многие патогенные грибы выделяют ферменты, гидролизу-ющие кутин и часть составляющих суберина. Продуктами кутиназной реакции были различные оксигенированные жирные кислоты и спирты [Kolattukudy, 1985], в основном 10,16-дигидрокси-Ск,- и 9,10,18-тригидрокси-С|8-кислоты, представляющие собой сигнальные молекулы, индуцирующие в прорастающей споре гриба образование и выделение дополнительных количеств кутиназы, "разъедающих" кутин и облегчающих проникновение гриба внутрь растения. Было обнаружено, что лаг-период появления у гриба кутиназной мРНК после начала образования упомянутых выше ди- и триоксикислот составляет всего 15 мин, а выделения дополнительной кутиназы - в два раза больший. Повреждение гена кутиназы у Fusarium solani сильно снижало степень вирулентности этого гриба [Kolattukudy et al., 1995]. Ингибирование кутиназы с помощью химических препаратов или антител предотвращало инфицирование растений. Предположение о том, что оксигенированные продукты деградации кути-на могут выступать в роли не только индукторов образования кутиназы у патогенов, но и элиситоров защитных реакций у растения-хозяина [Тарчевский, 1993], впоследствии подтвердилось [Fauth et al., 1998].
После проникновения патогенных микроорганизмов через кутикулу одни из них перемещаются в проводящие пучки растений и используют для своего развития имеющиеся там питательные вещества, а другие транспортируются внутрь живых клеток хозяина. В любом случае патогены встречаются с еще одним механическим барьером - клеточными стенками, состоящими из различных полисахаридов и белков и в большинстве случаев укрепленными жестким полимером - лигнином [Тарчевский, Марченко, 1987; Tarchevsky, Marchenko, 1991]. Как уже упоминалось выше, для преодоления этого барьера и обеспечения своего развития углеводным и азотным питанием патогены выделяют ферменты, гидролизующие полисахариды и белки клеточных стенок.
Специальные исследования показали, что при взаимодействии бактерий и тканей растения-хозяина ферменты
деградации появляются не одновременно. Например, пек-тилметилэстераза присутствовала и в неинокулированных бактерией Erwinia carotovora subsp. atroseptia тканях клубней картофеля [Pagel, Heitefuss, 1990], тогда как полигалактуро-назная, пектатлиазная, целлюлазная, протеазная и ксила-назная активности появлялись соответственно через 10, 14, 16, 19 и 22 ч после инокуляции.
Оказалось, что олигосахаридные продукты деградации полисахаридов клеточных стенок растений обладают эли-ситорными свойствами. Но активные олигосахариды могут образовываться и полисахаридами, входящими в состав клеточных стенок патогенов. Известно, что одним из способов защиты растений от патогенных микроорганизмов является образование после инфицирования и выделение за пределы плазмалеммы ферментов - хитиназы и β-1,3-глюканазы, гидролизующих полисахариды хитин и β-1,3-полиглюканы клеточных стенок патогенов, что приводит к подавлению их роста и развития. Обнаружено, что олигосахаридные продукты такого гидролиза являются и активными элиситорами защитных реакций растений. В результате действия олигосахаридов повышается устойчивость растений к бактериальной, грибной или вирусной инфекции [Ryan, 1987; Albersheim et al.,1992; Doares et al., 1995b; Bohland et al., 1997].
Олигосахаридным элиситорам, их строению, активности, рецепторам, "включению" ими сигнальных систем клеток, индукции экспрессии защитных генов, синтезу фитоалексинов, реакции сверхчувствительности и другим ответам растений посвящен целый ряд обзорных статей [Ryan, 1987; Albersheim et al., 1992; Ebel, 1998; и др.].
В лаборатории Элберсгейма [Albersheim, 1969; Элберс-гейм, Дарвилл, 1985; и др.], а затем в ряде других лабораторий показано, что олигогликозиды, образующиеся в результате патогениндуцированной эндогликозидазной деградации гемицеллюлоз и пектиновых веществ растений, хитина и хитозана грибов, могут играть роль биологически активных веществ. Было даже предложено считать их новым классом гормонов ("олигосахаринов", в отличие от олигосахаридов, не обладающих активностью). Образование олигосахаридов в результате гидролиза полисахаридов, а не в ходе синтеза из моносахаридов было показано на примере
ксилоглюканового олигосахарида, обладающего антиауксиновым действием [McDougall, Fry, 1991].
Была расшифрована структура ряда физиологически активных олигосахаридов: разветвленного гептаглюкозида, полученного из клеточных стенок патогенного гриба [Эл-берсгейм, Дарвилл, 1985]; пента- и гексамеров N-ацетил-глюкозамина, полученных при гидролизе хитина, а также глюкозамина, образованного при гидролизе хитозана; 9-13-мерных линейных олигогалактуронидов, образующихся при гидролизе пектиновых веществ; декагалактуронида с 4—5 ненасыщенным концевым галактуронозильным остатком; олигогалактуронозидов со степенью полимеризации 2-6, проявляющих определенную активность [Ryan, 1987]. Опубликованы данные о полученных из гемицеллюлоз физиологически активных ксилоглюканах со степенью полимеризации 8-9 [McDougall, Fry, 1990; 1991], хитобиозе, хито-триозе и хитотетрозе [Roberts, Selitrennikoff, 1988], разветвленных ксилоглюкановых фрагментах с формулой Глю(4)-Кси(3)-Гал(1 или 2)-Фук [McDougall, Fry, 1989; Kiefer et al., 1989] и их природных О-ацетилированных производных [Kiefer et al., 1989]. Было установлено, что наивысшей фи-тоалексининдуцирующей активностью обладает разветвленный р-глюкозид. Химическая модификация этого оли-госахарина или изменение характера ветвления приводили к уменьшению элиситорных свойств.
Изучение механизма действия олигосахаридов на растения позволило установить, что спектр ответных реакций зависит от концентрации и структуры исследуемых веществ. Различные олигосахаридные элиситоры проявляют наивысшую активность при разных концентрациях. Например, индукция синтеза защитных соединений (хитиназ) в культуре клеток риса была максимальной при концентрации N-ацетилхитогексаозы 1 мкг/мл, в то время как для достижения того же эффекта в случае ламинарингексаозы (фрагмента (3-1,3-глюкана) потребовалась в 10 раз большая концентрация [Inui et al., 1997].
Обнаружено, что степень устойчивости растений к патогену определяется (наряду с другими факторами) соотношением различных полисахаридов клеточных стенок растений. Об этом можно судить на основании сравнения устойчивой и восприимчивой к патогену Colletotrichum linde-
muthianum линий бобов, которые подверглись действию эн-дополигалактуроназы патогена [Boudart et al., 1998]. Были выделены олигомерные фрагменты пектина; оказалось, что в них у устойчивого сорта преобладают остатки нейтральных Сахаров, а у неустойчивого - галактуронатные.
Недавно получены результаты, свидетельствующие, что олигогалактуронатные фрагменты образуются в растениях не только под влиянием пектиндеградирующих ферментов патогенов, но и в результате экспрессии генов полигалактуроназ в клетках хозяина в ответ на системин и олигосахаридные элиситоры [Bergey et al., 1999].
Привлекает внимание разнонаправленность регуляции защитного ответа клеток продуктами деградации полисахаридов клеточных стенок [Boudart et al., 1995]. Оказалось, что небольшие олигогалактурониды со степенью полимеризации 2-3 являются активными элиситорами, а фрагменты рамногалактуроновых пектинов с большой степенью полимеризации - супрессорами образования гидроксипро-линовых белков клеточных стенок. Иначе говоря, деграда-ционные процессы в клеточных стенках, вызванные патогенами, могут регулировать (в результате осуществления сложной последовательности реакций сигнальных систем клеток) биосинтетические процессы, повышающие устойчивость клеточных стенок за счет накопления гидроксипро-линовых белков и образования между ними ковалентных связей.
Фукозосодержащие фрагменты ксилоглюкана (три- и пентасахариды) обладали иммуносупрессорными свойствами, но при замене ксилозы на другой моносахарид изменяли супрессорную активность на элиситорную [Ильинская и др., 1997]. Лишение олигосахарида фукозы лишало его как супрессорных, так и элиситорных свойств. Низкие активные дозы и высокая селективность специфических супрессоров свидетельствуют о рецепторном характере их действия [Озерецковская, 2001].
Имеются и другие примеры продукции патогенами не только элиситоров, но и супрессоров защитных реакций растений. Так, пикносгюры Mycosphaerella pinodes выделяли оба типа таких соединений [Yamada et al., 1994].
Необходимо отметить, что олигосахаридные фрагменты полисахаридов клеточных стенок растений и грибов от-