7.2.3. Цитокинины — гормоны корневого апекса

7.2.3.1. История открытия

Первые стерильные культуры клеток животных были получены в начале XX в., но до 1950-х гг. получить культуры растительных клеток не удавалось. Над этой проблемой работал американец Ф. Скуг. Полученную из стеблей та­бака (Nicotiana tabacum) сердцевинную паренхиму помещали на искусствен­ные среды, содержащие минеральные вещества, сахар, витамины, аминокис­лоты, а также ИУК. Клетки паренхимы приступали к делениям, но рост быс­тро останавливался. В лаборатории Ф. Скуга перепробовали различные добавки: экстракт дрожжей, томатный сок, сок листьев табака, и все безрезультатно. Небольшого успеха удалось добиться только при добавлении в среду кокосово­го молока. В 1950-х гг. ученые обнаружили, что наследственная информация передается от родителей к потомкам с помощью ДНК (механизм этого явле­ния был не известен). Ф.Скуг предположил, что растительным клеткам не хватает ДНК. В среды начали добавлять ДНК из молок сельди (самый дешевый источник ДНК), но клетки не делились.

Открытие цитокининов состоялось благодаря ошибке, допущенной в ходе эксперимента. По методике флаконы со средой помещали в автоклав, где раствор нагревается выше 100 °С. Случайно режим автоклавирования был нару­шен, и среда вместе с ДНК перегрелась. Именно на этой среде сердцевинная паренхима табака начала интенсивно расти. Выяснилось, что в перегретом препарате ДНК есть вещество, которое на фоне ауксина вызывает деление клеток, — фурфуриладенин (рис. 7.11). По физиологическому эффекту это веще­ство назвали кинетином (от греч. kinesis — деление). Вскоре из эндосперма ку­курузы выделили аналогичное природное вещество — зеатин (Zea — кукуруза). Так была открыта новая группа фитогормонов — цитокинины.

Рис. 7.11. Примеры естественных цитокининов и их синтетических аналогов

Первые неудачи Ф. Скуга объяснялись разрушением природных цитокини­нов при нагревании. В растительных экстрактах содержались природные цито­кинины, но они разрушались при автоклавировании.

7.2.3.2. Биосинтез и инактивация цитокининов

В клетке цитокинины образуются из аденина: к нему присоединяется боко­вая изопентильная группа и это приводит к образованию цитокининового ске­лета. Далее происходит дефосфорилирование и отщепляется рибоза. Самый простой из цитокининов — изопентениладенин, который проявляет большую физиологическую активность, чем изопентениладенинрибозид, или изопентенил-АМФ. Другие цитокинины образуются при модификации изопентильного фрагмента (гидроксилирование, окисление, восстановление).

Цитокинины в клетке присутствуют в активной и неактивной форме. Неак­тивные формы цитокининов — N₉-гликозиды и гликозиды по гидроксилам изопентенильного фрагмента (рис. 7.12). Присоединяя или отсоединяя сахара, клетка регулирует концентрацию активных цитокининов. Возможно необрати­мое разрушение цитокининов, поэтому по мере удаления от точки синтеза их концентрация падает.

Выделены гены растений, белковые продукты которых связываются с ци-токинином и имеют характерную для рецепторов структуру. Так, у белка CRE 1 (от cytokinine receptor) есть фрагмент, выступающий на наружную поверхность плазмалеммы и связывающийся с молекулой цитокинина. Ближе к С-концу в белке расположены гистидинкиназный домен и два домена, участвующие в переносе фосфатной группы (REC — Receiver domains). Предполагают, что ре­цептор цитокинина взаимодействует с МАР-киназной системой трансдукции сигнала.

Цитокинины способствуют синтезу ДНК в клетке, контролируют S-фазу клеточного цикла у растений. Аденин с заместителями, похожими на радикал цитокининов, входит в состав тРНК. Если брать синтетические аналоги цито­кининов (бензиламинопурин — БАЛ), то радикал-бензил появляется в тех же тРНК в характерном положении. По-видимому, цитокинин не встраивается в тРНК, происходит лишь «переброска» радикала с молекулы цитокинина на аденин тРНК.

Рис. 7.12. Биосинтез, инактивация, дегра­дация и рецепция цитокининов:

1 — ключевой этап биосинтеза цитокининов: присоединение изопентенильной группировки к адениновому ядру; 2а, 26 — гидроксилирование изопентенильной группировки создает многообразие природных цитокининов; За, 36, Зв — дефосфорилирование, приводящее к неак­тивным (запасным) N₉-гликозидным формам; 4а, 46, 4в — удаление/присоединение рибозы контролирует баланс активных и неактивных форм цитокининов; 5 — депонирование при гликозилировании изопентенильной группировки; 6 — рецепция цитокининов; 7 — необратимая деградация цитокининов путем отсоединения изопентенильной группировки