Генетична регуляція.

Сприйнятий клітиною сигналу в кінцевому підсумку передається в ядро. Виділяють кілька рівнів регуляції клітинної відповіді:

1) рівень транскрипції, коли регулюється як власне

транскрипція, так і подальший процесинг (дозрівання) попередника і-РНК, а також деградація попередника і-РНК;

2) рівень трансляції, коли регуляції може піддаватися синтезу білка, його подальший процесинг, або деградація попередника або самого білка після завершення процесингу;

3) рівень зрілих білків, коли регуляція може реалізовуватися в

процесах фосфорилювання-дефосфорилирования білків, а значить, і в

зміні їх властивостей, в зрушеннях каталітичної активності під дією вторинних месенджерів, модуляції властивостей білків в результаті

білок-білкових взаємодій.

Одним із захисних механізмів рослин є регуляція експресії генів на основі специфічного впізнавання і деградації РНК (RNA silencin або RNA interference) - «умолкание генов», або – епігенетичний сайленсінг.

Епігенетичний сайленсінг – це форма репресії генетичної активності, яка встановлюється строго в певний час онтогенезу і потім успадковується в багатьох клітинних поколіннях (Жимулев та ін, 2004). У дослідах з трансгенними рослинами, в геном яких вбудовували вірусні гени вірусостійкість:

- корелювала з руйнуванням трансгенної мРНК в цитоплазмі,

- супроводжувалася накопиченням коротких (приблизно 25 нуклеотидів) дволанцюгових РНК (dsРНК) і

- була сиквенс - специфічною.

Сиквенс-специфічна стійкість, або посттранскрипційне «умолкание генов» (post--transcriptional gene silencin, PTGS), виявлялася у трансгенних рослин не тільки до того вірусу, вплив якого досліджувався, а й до інших вірусів, які мають гомологічні послідовності.

Протягом останнього десятиліття встановлено, що короткі РНК (short, sRNA) запускають регуляторні реакції організму:

відіграють ключову роль в регуляції активності значної частини транскріптому рослин при дії стресів абіотичної і біотичної природи;

ініціюють реакцію на патогени, освітлення, водний стрес, мінеральне живлення, сольовий стрес, гіпоксію, механічний стрес і зміни температури; важливо, що активність системи утворення sRNA також контролюється через sRNA.

Таким чином, в рослині функціонує регуляторна мережа стрес- чутливих sRNA, що активно перебудовує метаболізм клітини до дії стресів.

Відповідно до сучасних уявлень, виявлено три механізми епігенетичного сайленсінгу (умолкания генов) у рослин: цитоплазматичний сайленсінг трансгенних і вірусних РНК, сайленсінг ендогенних мРНК, транскрипційний сайленсінг генів.

Ефекти абк на клітинному рівні.

Абсцизова кислота з'являється в клітині у відповідь на зміну стану води. У звичайних умовах ця зміна викликається трьома чинниками:

1. Підсушуванням.

2. Підвищенням концентрації речовин в клітині.

3. Охолодженням.

У усіх трьох випадках вода стає для клітини менш доступної, тобто спостерігається водний дефіцит.

Для нормальної життєдіяльності усі молекули клітини повинні знаходиться в певних умовах обводнення:

білки і нуклеїнові кислоти утримують воду за допомогою водневих зв'язків,

в клітині підтримується певний іонний баланс, який в свою чергу важливий для підтримки конформації білків і нуклеїнових кислот.

Закривання продихів у відповідь на АБК - дуже швидка реакція, при якій механізми геномної регуляції не встигають увімкнутися.

Для формування геномної відповіді реакції розгортаються далі в такій послідовності:

Високий рівень рН активує протеїнфосфатази – білки ABI 1 и ABI 2, які дефосфорелюють білок-репресор АБК-сигналу (гіпотетичний) (вважається, що цей білок-репресор розташований на внутрішній поверхні мембрани ядра – таким чином відбувається передача сигналу АБК в ядро). Поки репресор фосфорильований, він не дає проявлятися подальшим відповідям на АБК. Дефосфорилювання інактивує (вимикає) репресор, і відбувається подальша передача сигналу АБК. Якщо протеїнфосфатази не активні, репресор постійно пригнічує відповідь на АБК і рослина стає нечутливою до цього гормону (ABA-insensitive – abi). Мутації Arabidopsis по протеїнфосфатазам були спочатку ідентифіковані як нечутливі до АБК, саме тому відповідні гени були названі ABI 1 і ABI 2.

Для процесів активізації/інактивації генів в ядрі важливим регулятором є залежний від стану білка-репресора білок ABI 3 у Arabidopsis (чи його гомолог у кукурудзи - VP 1). ABI 3 є активатором транскрипції, що запускає експресію АБК-залежних генів.;

Відбувається синтез речовин-протекторів, які захищають клітину від стресу (антоціани, поліаміни, осмотин, ЕМ-білки);

Синтез запасних білків при переході до стану спокою.

Без ABI 3 або VP 1 не може ініціюватися експресія генів дозрівання ембріона (EM-гени від embryo maturation), не запускається біосинтез антоцианів, не накопичуються запасні білки в насінні і так далі. У відповідних промоторах знайдений досить консервативний мотив (конценсус), який називають АБК-регульованою послідовністю (ABRC).

Втім, одного білку ABI 3 або VP 1 недостатньо для активації транскрипції через ABRC- мотив. Для цього потрібний досить складний комплекс транскрипції, в який можуть входити, наприклад, EMB- білки (димерні чинники транскрипції типу "лейцинової застібки").

Ушкодження білків ABI 3 або VP 1 в результаті мутації веде до порушення процесів формування зрілого насіння і передчасного проростання.

У клітині підвищується концентрація осмотично активних речовин. У відповідь на абсцизову кислоту підвищується рівень амінокислоти оксипроліну, сахарози і інших низькомолекулярних речовин. Осмотичний тиск збільшується, а це перешкоджає втраті води. Якщо в довкіллі є вода, вона починає активніше поступати в клітину. Окрім цього в клітинах з'являється низькомолекулярний білок осмотин, здатний утворити особливо багато водневих зв'язків з водою. Відомо, що вода з водяних "шуб", в які одягнені макромолекули, випаровується дуже неохоче. У клітинах можна побачити навіть появу гранул, що складаються з цього білку.

У відповідь на АБК в клітині синтезуються поліамини (спермідин, путресцин). Ці речовини мають позитивний заряд за рахунок протонованих атомів азоту. Молекули ДНК і РНК заряджені негативно, тому вони легко асоціюються з молекулами поліамінів. Комплекси нуклеїнових кислот з поліамінами стійкіші як до зміни іонної сили, так і до обезводнення. Синтез нової ДНК і РНК під дією АБК припиняється, клітина переходить в стан спокою.