Molekuljarnaja Biologija Kletki v3
.pdf
401
402
Рис. 20-24. Сильно схематизированное изображение группы растительных клеток, соединенных плазмодесмами. Плазматическая мембрана, которая выстилает плазмодесмы, разделяет весь объем растения на два компартмента: внеклеточный и внутриклеточный (симпласт). Для большей ясности клеточные органеллы на схеме не показаны.
задействованы ионы Са2+ и фосфорилирование белка. С другой стороны, показано, что определенные вирусы растений способны вызывать расширение плазмодесм, обеспечивая себе возможность передвижения из клетки в клетку (рис. 20-23). Например, установлено, что у вируса табачной мозаики транспорт через плазмодесмы зависит от одного-единственного вирусного белка (Р30) с молекулярной массой 30000: дефектный вирус, неспособный перемещаться из клетки в клетку в обычном растении, вполне успешно делает это в трансгенном растении табака, содержащим соответствующий ген.
20.2.3.У высших растений биологические жидкости разделены на два больших компартмента - внутриклеточный
ивнеклеточный
Плазмодесмы соединяют плазматическую мембрану и цитоплазму соседних клеток, превращая их в сложное сообщество живых протопластов. Поэтому все тело растения можно рассматривать как систему из двух компартментов: 1) внутриклеточного - так называемого симпласта, состоящего из объединенного множества протопластов (включая и протопласты ситовидных трубок флоэмы) и ограниченного объединенной плазматической мембраной всех живых клеток и 2) внеклеточного, или апопласта, включающего все клеточные стенки и мертвые пустые проводящие ксилемы, а также находящуюся в тех и в других воду (рис. 20-24). Оба компартмента имеют свои собственные транспортные системы, однако в определенных точках они могут сообщаться между собой, а также подвергаться локальной модификации для обеспечения контроля протекающих между ними обменных процессов.
20.2.4. Фотосинтезирующие и поглощающие клетки связаны друг с другом сосудистыми тканями, в состав которых входит ксилема и флоэма [11]
Многоклеточная организация у растений, как и у животных, делает возможным разделение функций, при котором различные типы клеток дополняют друг друга благодаря специализации, приобретаемой ими в процессе дифференцировки. Две важнейшие специфические для растений функции осуществляются фотосинтезирующими клетками, которые содержат хлоропласта и служат для всего организма источником органических веществ, в частности сахарозы, и всасывающими клетками, которые поглощают из окружающей среды воду и растворенные минеральные вещества. У большинства высших растений эти две функции не могут выполняться одними и теми же клетками, поскольку для первой из них необходим свет, а вторая осуществляется в толще почвы и темноте. Для каждого из этих процессов требуется и ряд других условий. Фотосинтез, например, должен протекать в особой микросреде. где строго регулируется относительная влажность и содержание двуокиси углерода. Достигается это с помощью устьиц - особых отверстий в покрытом кутикулой эпидермисе листа, которые способны открываться и закрываться в зависимости от тургора замыкающих клеток (см. рис. 20-11). С другой стороны, для эффективного поглощения веществ из почвы нужна очень большая всасывающая поверхность, которую обеспечивают корни; необходимы также мембранные транспортные системы, к которым часто добавляются транспортные системы симбиотических микроорганизмов. Таким образом, фотосинтезирующие и всасывающие клетки питают друг друга, а вместе - снабжают все остальные части растения минеральными и органическими веществами, необходимыми для процессов биосинтеза. Чтобы обеспечить дальний транс-
403
порт этих веществ, фотосинтезирующие и всасывающие ткани связаны с ксилемой и флоэмой, которые образуют разветвленную сеть проводящих элементов. Каждый из них состоит из цепей цилиндрических клеток, соединенных своими концами и образующих трубочки (см. схему 20-1 и рис. 20-16).
20.2.5. Вода и растворенные в ней соли передвигаются по ксилеме [12]
Ксилема - сложный компонент системы проводящих тканей. Зрелые элементы сосудов ксилемы представляют собой погибшие клетки, лишенные цитоплазмы. Боковые стенки их сильно лигнифицированы, и на их внутренней стороне имеются вторичные утолщения. Эти трубочки обеспечивают перенос воды и растворенных в ней неорганических ионов от корней к остальным частям растения (рис. 20-25). Ксилема также осуществляет опорную функцию, особенно у древесных растений. Ток жидкости в ксилеме направлен в одну сторону - к местам испарения влаги. Вода насасывается в трубочки, похожие на капилляры, благодаря испарению. Лигнин откладывается вокруг сосудов ксилемы таким образом, что получаются очень устойчивые к сжатию структуры, что весьма важно для трубочек, несущих жидкость, находящуюся под отрицательным давлением. Без подобного укрепления длинные трубочки попросту бы слиплись, как тонкая соломка для коктейлей.
По сосудам ксилемы транспортируются главным образом минеральные соли и азотсодержащие соединения, которые, вероятно, поступают сюда в результате активной секреции их клетками корневой паренхимы.
Рис. 20-25. Две главные проводящие системы - ксилема и флоэма, с их помощью вода и растворенные в ней вещества транспортируются по всему растению. Это сильно упрощенная схема, в частности на ней не отражен интенсивный водный обмен, происходящий между ксилемой и флоэмой через боковые стенки.
404
Рис. 20-26. А. Проводящая сеть низкоорганизованного растения, водного папоротника Azolla (схематический поперечный разрез осевой части корня). У этого растения картина расположения проводящих структур чрезвычайно проста: имеются четыре сосуда ксилемы и четыре элемента ситовидных трубок флоэмы. У большинства высших растений распределение клеток проводящих тканей гораздо сложнее. Обратите внимание на то, что ксилема и флоэма окружены клетками эндодермы и что пояски Каспари, занимающие в эндодерме стратегические позиции, препятствуют утечке воды из сосудистой системы через апопласт. Б. Поясок Каспари между двумя эндодермальными клетками корня, аналогичными представленным на рис. А. В отличие от обычной первичной клеточной стенки, поясок Каспари имеет гладкую текстуру из-за высокого содержания кутина; гидрофобные свойства кутина делают эти участки клеточной стенки непроницаемыми для воды, (Б - по В. Gunning, M. Stеev, Ultrastucture and Biology of Plant Cells. London: Arnold 1975.)
Утечка растворенных веществ в обратном направлении через апопласт на входных участках ксилемы блокируется так называемыми поясками Каспари, которые по своей функции аналогичны плотным контактам между соседними эпителиальными клетками животных (рис. 20-26). На выходе проводящих путей ксилемы особые паренхимные клетки, снабженные специфическими транспортными белками, локализованными в мембране, перекачивают растворенные вещества в фотосинтезирующие ткани. Большая часть растворителя (воды), проходящего по сосудам ксилемы, в конце концов испаряется, главным образом с поверхности фотосинтезирующих тканей листа.
Так как накачивание растворенных веществ в ксилему корней происходит непрерывно, оно может вызвать осмотический поток, обеспечивающий доставку растворенных веществ к листьям и побегам даже в тех случаях, когда погодные условия затрудняют испарение. Капельки воды, которые можно увидеть на кончиках листьев луговых трав ранним утром, выделяются именно благодаря этому феномену корневого давления, обусловленного осмосом. (Описание некоторых типов клеток, участвующих в этом процессе, см. на схеме 20-1.)
20.2.6. Сахара переносятся под действием давления, возникающего во флоэме [13]
Флоэма представляет собой сложный комплекс клеток проводящей ткани, обеспечивающий транспорт растворенных органических веществ, главным образом сахарозы, из фотосинтезирующих клеток листа к остальным частям растения (см. рис. 20-25). Основной проводящий компонент флоэмы - это ситовидная трубка ~ длинная колонка из живых цилиндрических клеток, которые сообщаются друг с другом через отверстия в торцевых участках их клеточных стенок (ситовидные пластинки). Сахароза поступает в клетки, образующие верхнюю часть ситовидной трубки и в виде концентрированного раствора (обычно 10-25%) перемещается по трубке вниз, переходя из одной ее клетки в другую. Клетки с толстой стенкой образуют трубку, пригодную для транспорта жидкости под высоким давлением (до 30 атм). Хотя зрелые ситовидные элементы представляют собой живые клетки с функциони-
405
Рис. 20-27. Специализированные передаточные клетки в небольшой жилке листа. Элемент ситовидной трубки флоэмы (СТ) окружен тремя передаточными клетками (ПК). Впячивания клеточной стенки, выстланные плазматической мембраной, увеличивают поверхность этих клеток в двадцать раз. Передаточные клетки обнаруживаются в тех областях растения, в которых скорость переноса растворенных веществ через плазматическую мембрану особенно высока, например, там, где неорганические ионы перекачиваются из ксилемы в ткани или, как в данном случае, где сахароза накачивается во флоэму.
рующей плазматической мембраной (и, следовательно, являются частью симпласта), ядра и часть цитоплазмы они потеряли. Их существование обеспечивают связанные с ними клетки-спутники, которые переносят растворенные питательные вещества и другие молекулы в обоих направлениях: внутрь ситовидных трубок и из них через собранные в группы плазмодесмы, расположенные на общих боковых стенках (см. схему
20-1).
Транспорт по флоэме - это гораздо более сложный процесс, чем передвижение веществ по ксилеме, поскольку он не ограничивается одним направлением: растворенные органические вещества, главным образом сахароза, переносятся от мест их синтеза к местам потребления и хранения, независимо от того, где эти места расположены. Сахароза активно переносится внутрь ситовидных трубок и из них специализированными передаточными клетками, расположенными в источниках и потребителях соответственно) (рис. 20-27). Повышение концентрации сахара в источниках приводит к тому, что во флоэму в этих местах поступает больше жидкости, при этом создается давление, необходимое для сильного тока жидкости через ситовидные трубки к потребителям метаболитов. Здесь сахар в основном задерживается, а вода удаляется осмотическим путем (главным образом в ксилему). Жидкость движется по флоэме со скоростью около 1 м/ч, это значительно превышает скорость диффузии.
Следует заметить, что транспорт жидкости у растений имеет по меньшей мере две характерные особенности, отличающие его от аналогичного процесса у животных. Во-первых, животные имеют только одну транспортную систему - кровеносную, растения же обладают двумя различными системами - флоэмой и ксилемой. Во-вторых, у растений жидкости не циркулируют по замкнутому пути, подобно крови у животных; вместо этого здесь поддерживается постоянный ток воды от корней к листьям по двум «открытым трубопроводам» (см. рис. 20-25).
Заключение
Наличие жесткой относительно непроницаемой клеточной стенки в значительной степени определяет специфику взаимодействия растительных клеток друг с другом, а также с окружающей средой. Все живые клетки растения соединены между собой плазмодесмами - миниатюрными цитоплазматическими каналами, выстланными плазматической мембраной, которые пронизывают клеточные стенки и обеспечивают переход многих растворенных веществ из клетки в клетку. Таким образом, все живые протопласты растительного организма составляют единую систему-
406
Рис. 20-28. Воздействие микоризы на рост растений. Все проростки сосны первые два месяца выращивали в стерильном растворе питательных веществ (здесь они изображены
ввозрасте 9 месяцев). Одни проростки (А) высаживали сразу в почву, взятую из открытой степи, а другие (Б) перед перенесением в степную почву две недели выращивали в почве, взятой из леса. Эти последние (Б) растения имели преимущество
вросте и развитии благодаря наличию в лесной почве определенных грибов, образующих микоризу. (С любезного разрешения J. lyer, S. Wilde.)
так называемый симпласт. Остальное пространство, занятое клеточными стенками и отмершими «пустыми» клетками, по которым в растении транспортируется большая часть воды, называется апопластом. Фотосинтезирующие клетки растений производят сахара, которые переходят во все остальные органы и ткани растения через живые клетки флоэмы, составляющие часть симпласта. Клетки корней поглощают из почвы воду и растворенные в ней минеральные вещества, транспортируемые затем к листьям по сосудам ксилемы, образованным отмершими клетками, которые входят в состав апопласта. И снова физические силы, в данном случае испарение, обеспечивают непрерывное продвижение столба воды от корня к листьям.
20.3.Взаимодействия между растениями и другими организмами
Икорни, и побеги растений взаимодействуют с бесчисленным множеством организмов, среди которых бактерии, грибы, черви и насекомые. Для этого взаимодействия в ходе эволюции выработались специальные механизмы (генетические, химические и анатомические). К ним относятся защитные реакции против патогенов и симбиотические связи с организмами, необходимые для жизни растения. В данном разделе мы рассмотрим четыре примера подобных взаимодействий. Они иллюстрируют всю сложность возникающих при этом сигналов и ответов на них.
20.3.1. Большинство сосудистых растений живет в симбиозе с почвенными грибами [14]
Если проростки лесного дерева, выращенные в стерильных условиях, высадить в луговую почву, то скорее всего они погибнут. Однако если проростки высадить в землю, куда добавлено небольшое количество лесной почвы, то нормальный рост будет обеспечен (рис. 2028). Необходимый фактор, содержащийся в лесной почве, - это грибы, которые вступают в тесную симбиотическую связь с корнями растения и образуют микоризу или «грибной корень», обнаруживаемый более чем у 90% сосудистых растений. Нити грибницы обладают очень большой поверхностью и образуют покрытие корня растения, напоминающее войлок; при этом они проникают между, а в некоторых случаях и внутрь клеток коры корня. Грибы секретируют факторы роста, заставляющие клетки корневой коры увеличиваться в размерах и делиться, что обусловливает ветвление корней. Изменяя рН почвы, грибы также повышают содержание в ней неорганических питательных веществ, в особенности фосфатов, переводя их в форму, которая может усваиваться растением. В свою очередь растение снабжает грибы сахарами и аминокислотами. Каждое растение образует микоризу лишь с ограниченным числом видов грибов, и во многих случаях грибы необходимы для выживания растений. Например, хороший рост орхидей после прорастания семян полностью зависит от присутствия соответствующих грибов. Не исключено, что географическое распространение многих растений определяется присутствием грибов, связанных с ними. Молекулярные механизмы взаимодействия гриба и растения в микоризе еще неясны. Значительно больше известно о симбиозе корней растений с бактериями.
20.3.2. Бактерии-симбионты помогают некоторым растениям усваивать атмосферный азот [15]
Исходные материалы, необходимые для роста растений, представлены главным образом неорганическими веществами - О2, СО2, Н2О и соля-
407
Рис. 20-29. А. Молодой проросток гороха в симбиотической ассоциации с азотфиксирующими бактериями Rhizobium. Хорошо видны корневые клубеньки, в которых находятся бактерии. Б. Электронная микрофотография тонкого среза корневого клубенька гороха, показанного на рис. А. Азотфиксирующие бактероиды Rhizobium, окруженные мембраной, принадлежащей клетке-хозяину, заполняют цитоплазму этой клетки. (А - с любезного разрешения A. Johnston; Б- с любезного разрешения В. Huang, Q. S. Ma.)
ми. Большинство солей, потребляемых корнями из почвы, образуются в результате разрушения горных пород. Исключение составляет азот: весь, содержащийся в живых организмах азот происходит в конечном счете из атмосферного азота, который включается в органические вещества в ходе весьма энергоемкого процесса (с этим связана и высокая цена искусственно производимых азотосодержащих удобрений). Единственными организмами, способными фиксировать азот из атмосферы, являются прокариоты (цианобактерии и отдельные виды группы эубактерий). Некоторые из них - свободноживущие почвенные организмы, другие же (например, бактерия Rhizobium) вступают в симбиотическую ассоциацию с корнями определенных растений, например бобовых - гороха, бобов и клевера.
Первая стадия в возникновении симбиоза - специфическое узнавание бактерией тонких корневых волосков, отходящих от специализированных эпидермальных клеток растения-хозяина. После связывания с клетками эпидермиса корня растущая бактерия проникает в растение с помощью инфекционных филаментов и вызывает деление кортикальных клеток, лежащих под эпидермальными; в результате образуется большой корневой клубенек (рис. 20-29, А). Бактерии внедряются во все новые кортикальные клетки, заселяя их цитоплазму. Примерно половина массы каждого зрелого клубенька приходится на внутриклеточные бактерии, которые утратили большую часть своей клеточной стенки. Плазматическая мембрана каждой такой бактерии окружена еще одной мембраной, которую продуцирует клетка-хозяин. Именно эти видоизмененные бактерии, именуемые бактероидами, и фиксируют азот, который в конечном итоге используется растением (рис. 20-29, Б).
Бактериальный фермент, катализирующий связывание азота, носит название нитрогеназа. Он представляет собой сложную белковую молекулу, состоящую из трех полипептидных цепей. У симбиотических видов Rhizobium этот белковый комплекс катализирует образование аммиака из атмосферного азота. Затем аммиак быстро перемещается в цитоплазму клеток хозяина, где он превращается в глутамин. В конечном счете фиксированный азот включается во все остальные аминокислоты.
Генетический анализ показал, что для возникновения и поддержания подобного симбиоза необходима координированная экспрессия многих генов, принадлежащих и бактерии, и растению. «Диалог» между бактерией и клеткой-хозяином начинается со связывания бактерии с корневыми волосками. В результате этого связывания активируется ряд генов
408
Рис. 20-30. Различные флавоны и родственные им соединения, выделяемые корнем растения-хозяина, связываются со специфическими бактериями, образующими клубеньки, и активируют их. На рисунке представлена структура лютеолина флавона люцерны, который у Rhizobium meliloti индуцирует гены nod. Эта сигнальная молекула, очевидно, связывается с белком nodD, который в активированной форме включает бактериальные гены азотфиксации. Флавоны тесно связаны с антоциановыми пигментами цветков и плодов. Различные растения продуцируют разные комбинации флавонов, которые избирательно активируют специфичные для этих растений виды Rhizobium.
хозяина, кодирующих в растительной клетке белки (нодулины), которые необходимы для роста и функционирования клубенька. Флавоноид, вырабатываемый клетками растения, связывается с белком, кодируемым бактериальным геном nod, и активирует его (рис. 20-30). Активированный белок nodD включает синтез продукта другого бактериального гена, который индуцирует образование нодулинов растения-хозяина. Большая часть бактериальных генов nod, а также гены nif (они кодируют белки, участвующие в фиксации азота, например нитрогеназу) содержатся в большой плазмиде. Если плазмидные гены азотфиксации, содержащиеся у Rhizobium, образующей клубеньки на фасоли, заменить на соответствующие гены, выделенные из клеток штамма, специфичного для гороха, бактерии начинают формировать клубеньки только на горохе.
К нодулинам клетки-хозяина относятся белки, участвующие в делении кортикальных клеток корня, структурные компоненты клубенька, ферменты дающие возможность растению ассимилировать вещества, содержащие связанный азот, и особые белки, необходимые для функционирования бактероида. Наиболее важный из этих белков - леггемоглобин - локализован в цитоплазме, связывающей кислород, и аналогичен миоглобину млекопитающих. Нитрогеназный комплекс бактерий необратимо инактивируется свободным кислородом. В связи с этим необходимы специальные механизмы, которые могли бы обеспечивать существование бактероида в корнях. Благодаря им давление кислорода поддерживается на таком уровне, чтобы обеспечить дыхание и вместе с тем не повредить нитрогеназу. Индуцируемый Rhizobium синтез больших количеств леггемоглобина, действующего как кислородный буфер, является частью этого механизма. Глобиновая часть молекулы кодируется геном хозяина, а гем (простетическая группа) детерминируется бактериальным партнером - замечательный пример эволюционной адаптации организмов друг к другу.
Процесс азотфиксации обеспечивается солнечной энергией, преобразованной посредством фотосинтеза. Установлено, что для фиксации одной молекулы азота Rhizobium необходимо около 25-35 молекул АТР. Эти прокариоты поставляют для растений в естественных экосистемах гораздо больше фиксированного азота (~2 х 108 тонн в год), чем можно получить при использовании азотных удобрений.
20.3.3. Agrobacterium представляет собой фитопатоген, переносящий гены в геном своего хозяина [16]
Другая почвенная бактерия, близкородственная Rhizobium, называется Agrobacterium tumefaciens. Эта бактерия у растений вызывает образование корончатых галлов. При контакте с Agrobacterium нормальные растительные клетки трансформируются в опухолевые, вследствие переноса генов от бактерии к хозяину (рис. 20-31).
Опухолевые клетки, индуцируемые Agrobacterium, обладают рядом замечательных свойств. Во-первых, такие клетки можно выделить и неограниченно долго выращивать в культуре без факторов роста и вне контакта с клетками Agrobacterium. Во-вторых, они синтезируют ряд необычных веществ, называемых опинами. Эти производные аминокислот могут перерабатываться и усваиваться преимущественно тем штаммом бактерий, которые индуцировали синтез опинов в растительных клетках.
Многие свойства опухолевых клеток стали понятны при анализе молекулярно-генетических данных. Способность Agrobacterium индуцировать опухоли связана с большой ДНК-содержащей плазмидой, названной Ti (от англ. tumor inducing - вызывающая опухоли). Часть этой
Рис. 20-31. Опухоли, индуцированные Agrobacterium tumefaciens у
комнатного растения-суккулента. (С любезного разрешения P. Hooykaas, из Genetic Eng., I, 155, 1979.)
409
Рис. 20-32. Ацетосирингон сигнальная молекула, обнаруженная в поврежденных, но метаболически активных клетках растений. Ацетосирингон специфически активирует вирулентные гены Ti-плазмиды Agrobacterium, которые принимают участие в образовании Т-ДНК, интегрирующейся с геномом клетки-хозяина (см. рис. 20-33).
плазмиды-Т-ДНК (от англ. transferred DNА-передаваемая ДНК) включается в ядерный геном растительной клетки. Бактерия может проникнуть в чувствительное растение только в том месте, где оно повреждено, т. е. там, где растительные клетки секретируют необычные фенольные соединения, в частности ацетосирингон (рис. 20-32). При этом у бактерии запускается каскад реакций, в результате которых Т-ДНК вырезается из Ti-плазмиды и переносится в геном клетки-хозяина (рис. 20-33). Включившись в хромосому клетки-хозяина, Т-ДНК транскрибируется и транслируется в ней, образуя три класса белков.
К первому относится фермент, вызывающий у растения синтез специфического опина, а два других - это ферменты, катализирующие синтез регуляторов роста растений - индолилуксусной кислоты и цитокинина (см. рис. 20-67). Повышение содержания этих двух регуляторов роста в результате активности включившихся в геном растения генов Т-ДНК вызывают неограниченный рост и деление трансформированных растительных клеток, чем и объясняется способность этих клеток продолжать рост в отсутствие обоих регуляторов роста и исходной бактерии.
Способность Т-ДНК Agrobacterium стабильно включаться в геном хозяина дает возможность широко использовать полученные на ее основе рекомбинантные молекулы ДНК в качестве вектора для генетической трансформации растительных клеток (см. разд. 20.5.10).
20.3.4. Продукты, возникающие при разрушении клеточной стенки, часто используются в качестве сигналов при взаимодействии растения и патогена [17]
В качестве защитных агентов растения используют большое число крайне специализированных метаболитов. Некоторые вещества, как, например, гликозиды в горчичном масле и самые разнообразные алкалоиды (кофеин, морфин, стрихнин и колхицин) действуют отпугивающе
Рис. 20-33. Некоторые события, имеющие место при заражении растения бактериями Agrobacterium tumefaciens. Т-ДНК- участок Ti (от англ. tumor inducing -индуцирующей опухоли) - плазмиды бактерии встраивается в случайный сайт хромосомы растительной клетки-хозяина. Среди продуктов экспрессии ее генов присутствуют ферменты, участвующие в синтезе регуляторов роста растений, которые и приводят к возникновению опухоли.
410
на травоядных животных. Кроме этих конститутивных средств защиты растения выработали более сложные адаптационные механизмы, которые приводятся в действие только при взаимодействии хозяина и патогена.
Многие такие реакции протекают с участием компонентов клеточной стенки растения-хозяина или патогена. Например, в ответ на заражение бактерией или грибом растительные клетки укрепляют свои стенки за счет дополнительного отложения полимеров, входящих в их состав, включая лигнин и гликопротеины, обогащенные гидроксипролином. В свою очередь у патогенов в их войне с растением есть собственное оружие. Рассмотрим, например, что происходит, когда патогенный гриб (Fmarium solani) «атакует» растение гороха. Споры гриба секретируют очень небольшие количества фермента кутиназы, которая вызывает частичный гидролиз кутикулы, покрывающей лист. Высвободившиеся мономеры кутина стимулируют усиленное образование кутиназы спорой гриба. В результате кутикула растворяется, и прорастающие гифы гриба могут проникнуть в лист.
Однако продукты распада клеточной стенки, стимулируемые вторгающимся патогеном, могут оказаться полезными в качестве самых первых сигналов об опасности, грозящей клеткам растения-хозяина. Клетки, контактирующие с патогеном, обычно синтезируют низкомолекулярные продукты, которые называются фитоалексинами и представляют собой антибиотики, токсичные для определенных патогенных бактерий и грибов. В настоящее время идентифицированы некоторые соединения, ответственные за стимуляцию биосинтеза фитоалексинов растением. Эти вещества, называемые элиситорами, представляют собой короткоцепочечные олигосахариды, образующиеся из полисахаридов клеточной стенки и проявляющие активность при очень низких концентрациях (109- 10-10 М). Одним из первых хорошо охарактеризованных элиситоров является гепта-β-глюкозид, выделяющийся из клеточной стенки гриба, поражающего сою (рис. 20-34). Олигосахаридные элиситоры синтеза фитоалексинов могут также продуцироваться клеточной стенкой растений. В этом случае они представляют собой фрагменты пектинового скелета, построенного из остатков галактуроновой кислоты, которые высвобождаются из клеточной стенки растения при действии ферментов, секретируемых либо внедряющимся патогеном, либо в некоторых случаях ферментами растительной клетки, активированными при повреждении.
Простое механическое повреждение растений может вызвать синтез белков, ингибирующих протеазы как насекомых, так и микроорганизмов (ингибиторы протеаз). Полагают, что подобная нормальная защитная реакция может локально индуцироваться небольшими фрагментами полисахаридов, входящих в состав пектина, и высвобождающихся при повреждении. По-видимому, существуют и пока не идентифицированные сигнальные механизмы, действующие на расстоянии, поскольку листья, удаленные от поврежденного листа, также начинают продуцировать ингиторы протеаз.
Рис. 20-34. Этот гептаглюкозид (олигосахарид, содержащий семь остатков глюкозы [glc]) выделяется клеточной стенкой Phytophthora теgasperma - гриба, патогенного для сои. Данный олигосахарид имеет глюкозидный скелет (со связями β1 → 6) и две боковые цепи (со связями β1 → 3). При очень низких концентрациях гептаглюкозид специфически активирует ряд генов сои, включая те, которые принимают участие в биосинтезе фитоалексинов. Изменение связей или расположения любого из остатков глюкозы приводит к потере активности.