7.2.4.3. Цитокинины и паразиты растений

Образно говоря, грибы и бактерии за миллионы лет совместного существо­вания с растениями гораздо лучше усвоили физиологию растений, чем чело­век. У них возникли блестящие приспособления для «эксплуатации» организма растений: достаточно подать запросы на питательные вещества, и растение само направит вещества к месту инфекции. Многие фитопатогенные грибы вырабатывают цитокинины. В местах инфекции возникает опухоль, из которой растут многочисленные побеги — так называемая ведьмина метла.

Бактерии Pseudomonas savastanoi синтезируют не только цитокинин, но и ауксин. Они поражают сирень (Syringa), бирючину (Ligustrum), оливу (Olea europaea) (сем. Маслинные). Пораженная псевдомонадами ткань интенсивно делится, образуя каллус, питательные вещества аттрагируются к месту инфек­ции, но при обработке антибиотиками рост опухоли прекращается.

Высокоспециализированный механизм нарушения гормонального баланса есть у Agrobacterium tumefaciens и др. видов агробактерий. Фрагмент ДНК (Т-ДНК), содержащий гены синтеза ИУК, цитокининов и опинов, переносится из агробактерий в ядра растительных клеток — происходит трансформация. Транс­формированные клетки растений начинают опухолевый рост и синтезируют опины, которые не утилизируются растениями, но служат источником угле­рода и азота для агробактерий. При обработке антибиотиками опухоль продол­жает расти, так как клетки продолжают производить ауксины и цитокинины за счет встроенной Т-ДНК.

7.2.5. Гиббереллины — гормоны листа

7.2.5.1. История открытия

В Японии распространено заболевание риса (Oryza sativa) баканоэ (в пер. с яп. — бешеный рис). Больные растения опережают в росте здоровый рис, но больные колосья уродливые и зерна не бывает. В 1926 г. Э.Куросава выделил возбудителя болезни — гриб Gibberella fujikuroi (сейчас его перенесли в род Fusarium). Выяснилось, что симптомы баканоэ вызываются культуральной жид­костью этого гриба, т.е. Gibberella fujikuroi выделяет вещество, усиливающее рост риса. Гипотетическое вещество было названо гиббереллином.

В 1930 г. японские химики выделили гиббереллин в кристаллическом виде и предложили структурную формулу. Эту работу прервала война, и до 1950 г. о гиббереллине знали мало. Исследования возобновили в Англии и США, и к 1955 г. структура первого гиббереллина была окончательно установлена. Оказа­лось, что растения вырабатывают похожие вещества — эндогенные гиббереллины. Это — самый обширный класс растительных гормонов, их известно уже более 100.

Поскольку большинство гиббереллинов — кислоты, их принято обозначать ГК (гибберелловая кислота) с соответствующим индексом, например: ГК₂₄, ГК₅₃ и т.д. Наиболее часто в экспериментах используют ГК₃.

7.2.5.2. Биосинтез гиббереллинов

Биосинтез гиббереллинов начинается в пластидах: из дезоксиксилулозо-5-фосфата образуются изопентенилпирофосфат, геранилпирофосфат и геранилгераниолпирофосфат. Ключевая стадия биосинтеза — циклизация последнего продукта с образованием энт-копалилдифосфата и энт-каурена, предшествен­ника гиббереллинов (рис. 7.14). Энт-каурен покидает пластиду, и дальнейший синтез идет в ЭПР и цитозоле: он последовательно окисляется до энт-кауреновой кислоты, энт-гидроксикауреновой кислоты, ГК₁₂ -альдегида и ГК₁₂ -кислоты. Далее биосинтез гиббереллинов разделяется на параллельные ветви, ко­торые путем модификации радикалов и замыканием дополнительных циклов внутри молекул приводят ко всему разнообразию гиббереллинов. Физиологи­чески активны далеко не все гиббереллины. Активны, в частности, ГК₁ ГК₃, ГК₄, ГК₇ и др. Физиологическая активность зависит от вида растения: один и тот же гиббереллин может быть активен у одного вида, но не вызывает физи­ологического эффекта других.

Биосинтез гиббереллинов контролируется многими факторами. Начальные стадии находятся под контролем развития (т.е. включаются на определенных этапах развития и дифференцировки). Переходы ГК₁₂ → ГК₉ и ГК₅₃ → ГК₂₀ зависят от продолжительности светового дня и уровня ауксинов. В этой точке метаболизма регулируется переход к цветению под действием гиббереллинов. На переход от ГК_9/20 к активным ГК_4/1 влияют как ауксины, так и красный свет. Эта стадия биосинтеза находится под контролем при прорастании семян. Рецепция гиббереллинового сигнала приводит к замедлению синтеза актив­ных ГК, усиливает превращение активных ГК_4/1 в неактивные ГК_34/8.

Рис. 7.14. Биосинтез гиббереллинов:

1 — общая часть биосинтеза терпеноидов в пластидах; 2 — образование энт-каурена — универ­сального предшественника гиббереллинов; 3 — окисление энт-каурена в эндоплазматическом ретикулуме; 4 — разветвление путей биосинтеза гиббереллинов, большинство предшественни­ков имеет слабую физиологическую активность; 5 — образование активных форм гибберелли­нов; 6— превращение в неактивные формы (ГК₈, ГК₃₄); 7— депонирование в форме гликозидов

Как и большинство растительных гормонов, гиббереллины образуют с сахарами неактивные гликозиды (запасные формы гиббереллинов). Кроме того, в растениях есть специфические оксидазы, необратимо разрушающие гиббе­реллины до неактивных соединений. Пути передачи гиббереллинового сигнала изучены мало. Рецепторы, связывающиеся с гиббереллинами, еще не охарак­теризованы. Показано, что в трансдукции сигнала участвует цГМФ.

Был выделен мутант арабидопсис spy (spindly) с конститутивным ответом на гиббереллин: мутанты сильно вытягиваются, семена преждевременно прораста­ют и т. п. Вероятно, белок SPY работает как N-ацетилглюкозаминтрансфераза, и гликозилирование является важным для репрессии ответа на гиббереллин. У мутантов spy репрессия снимается, и наблюдается постоянный ответ на гиб­береллин, не зависящий от добавления ГК. Еще один белок гиббереллинового ответа был выделен благодаря мутации gai (GA-insensitive). Он оказался транс­крипционным регулятором. Мутанты gai не чувствительны к гиббереллинам.

Гиббереллины вызывают синтез специфических факторов транскрипции, которые обозначены как GAMyb. GAMyb-белки узнают последовательности в промоторах многих генов, например узнают промотор α-амилазы (см. подразд. 7.2.5.4).