ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛЬНЫХ СИСТЕМ СО

Рис. 38. Последовательность реакций синтеза салици-
ловой кислоты
Рис. 36. Последовательность реакций синтеза абсцизовой кисло-
ты [Chernys, Zeevaart, 2000]
Содержание еще одного фитогормона - салициловой 
кислоты - при действии патогенов и элиситоров повышает-
ся в десятки, а в некоторых случаях более чем в сто раз 
[Malamy et al., 1990; Raskin, 1992; Delaney et al., 1994; Leon et 
al., 
1995]. Образуется салициловая кислота в серии реакций 
из аминокислоты фенилаланина (рис. 38), причем лимити-
рует этот процесс фермент фенилаланин-аммоний-лиаза,
активируемая при действии на растения различных элиси-
торов. Фермент катализирует превращение фенилаланина 
в транс-коричную кислоту, которая, по-видимому, в ре-
зультате (3-окисления образует бензойную кислоту, а пос-
ледняя с помощью бензоат-2-гидроксилазы (принадлежа-
щей к семейству цитохрома Р-450) — салициловую. Повы-
шение содержания салициловой кислоты вызывает образо-
вание из нее эфира глюкозы, откладывающегося в клеточ-
ных стенках и гидролизуемого при инфицировании расте-
ний патогенами, что вносит вклад в салицилатный 
"всплеск" при патогенезе. Считается, что флоэмоподвиж-

ная салициловая кислота играет важную роль в выработке 
у растений системной устойчивости к патогенам [Malamy et 
al., 1993; Metraux et al., 1993; Rasmussen et al., 
1991; Запроме-
тов, 1993; и др.].
История исследования еще одного типа стрессовых фи-
тогормонов - брассиностероидов, насчитывает уже 20 лет, 
но на их роль при стрессе стали обращать внимание сравни-
тельно недавно. В настоящее время охарактеризовано бо-
лее 40 представителей этого класса соединений, выделен-
ных из растений, имеющих типичный для стероидов тетра-
гетероциклический скелет и отличающихся конфигурация-
ми и радикалами, присоединеными к циклической структу-
ре и боковой углеводородной цепи. Так же как в случае дру-
гих стеролов (в том числе стероидных гормонов живот-
ных), их синтез начинается с ацетил-КоА, а основными ин-
термедиатами являются мевалонат, изопентенилпирофос-
фат и диметилаллилпирофосфат, геранилпирофосфат и 
фарнезилпирофосфат. Образование брассиностероидов мо-
жет усиливаться под влиянием патогенов, но было также 
отмечено и торможение экспрессии гена метилтрансфера-
зы, от которой зависел синтез одного из основных пред-
шественников брассиностероидов [Shi et al., 1996].
При обработке растений экзогенными брассиностерои-
дами повышается устойчивость к патогенным грибам и ви-
русам [Шакирова, Безрукова, 1998; Khripach et al., 2000].
Выше уже отмечалось, что патогениндуцируемые стрес-
совые фитогормоны могут вызывать ответную реакцию на 
достаточно большом удалении от места инфицирования 
ткани - системный иммунитет растений, проявляющийся в 
устойчивости к самым различным патогенам.
Внимание исследователей механизма формирования си-
стемного иммунитета привлек сравнительно небольшой по-
липептид, состоящий из 18 аминокислотных остатков, на-
званный системином. Ряд авторов признали его первым 
идентифицированным фитогормоном полипептидной при-
роды [McGurl et al., 1992; Slosarek et al., 1995; Bergey et al., 1996; 
Bowles, 1998; Constabel et al., 1998; Ryan, Pearce, 1998; Chao et 
al., 1999; Dombrowski et al., 1999; Sheer, Ryan, 
1999]. Интен-
сивное образование системина, который сначала считали 
раневым сигналом, происходит при механическом повреж-
дении тканей растений (например, травоядными животны-
ми или листогрызущими насекомыми), действии на расте-
ния различных патогенов, элиситоров, обезвоживания, за-
соления и других стрессоров. В связи с этим системин мо-
жет считаться стрессовым фитогормоном. Этот пептид яв-
ляется продуктом частичной деградации (посттрансляцион-
ной модификации) более крупного предшественника - про-
системина, состоящего из 200 аминокислот. Замещение в 
системине остатка пролина-13 и тирозина-17 аланином при-
водит практически к полной потере элиситорной активно-
сти системина [Pearce et al., 1993]. Накопление системина 
носит двухфазный характер, что объясняется его разруше-
нием за счет протеолиза связи по местоположению лизи-
на-14. При N-метилировании этой связи системин становит-
ся более устойчивым к действию протеаз, и активность сис-
темина становится более продолжительной, по сравнению с 
контрольным вариантом [Schaller, 1998]. Исследования кон-
формации системина привели к неоднозначным результа-
там. С одной стороны, на основании данных ЯМР-спектро-
скопии сделан вывод об отсутствии в этом полипептиде 
жесткой структуры типа спирали или ленты [McGurl, Ryan, 
1992], с другой [Slosarek et al., 1995] - предложена модель Z-
подобной ленточной (3-структуры системина.
В интактных растениях ген просистемина может быть 
отнесен к числу спящих. Он состоит [McGurl et al., 1992] из 
десяти интронов и одиннадцати экзонов, десять из которых 
организованы в пять гомологичных пар. Данные о роли 
системина в качестве фактора индукции системной устой-
чивости растений подкрепляются тем, что это — флоэмомо-
бильный полипептид [Schaller, Ryan, 1996].
Фитогормон может опосредовать лишь часть ответа 
клеток на тот или иной элиситор. Обнаружено, например, 
что метилжасмонат индуцирует накопление сесквитерпен-
циклазы (одного из ключевых ферментов синтеза терпено-
идных фитоалексинов) лишь в следовых количествах, в от-
личие от быстрого и интенсивного образования этого фер-
мента в культуре клеток табака под влиянием грибных эли-
ситоров [Mandujano-Chavez et al., 2000].
Один из стрессовых фитогормонов - жасмоновая кисло-
та, а также метилжасмонат образуются (см. рис. 19) в ходе 
реакций элиситориндуцируемого липоксигеназного метабо-
лизма [Vick, Zimmerman, 1987; Гречкин, Тарчевский, 1999].

Оказалось, что элиситоры могут также активировать фер-
менты синтеза этилена [Spanu et al., 1991; Bowler, Chua, 
1994; Oetiker et al., 
1997], причем повышенные концентра-
ции ионов кальция усиливали этот процесс [Gallardo et al., 
1999].
Элиситоры индуцировали экспрессию некоторых генов, 
кодирующих ферменты синтеза абсцизовой кислоты 
[Chernys, Zeevaart, 
2000]. Наблюдалось также повышение 
содержания салициловой кислоты [Malamy et al., 1990; 
Klessig, Malamy, 
1994] и системина [Bergey et al., 1996], уча-
ствующих в индукции системного ответа растений на дейст-
вие того или иного патогена. Некоторые исследователи 
считают таким индуктором защитных реакций растений пе-
рекись водорода, которая может выступать в этой роли не-
зависимо от салицилата. Было, например, обнаружено, что 
у растений табака сублетальные концентрации перекиси 
водорода вызывали системную индукцию образования ос-
новных и кислых защитных белков (PR) и повышение ус-
тойчивости растений табака к патогенам, но этот эффект 
был быстрее и сильнее, когда сопровождался некротиче-
скими изменениями в листьях [Chamnongpol et al., 1998]. Ос-
тается неясным, был ли системный ответ следствием непо-
средственного действия перекиси водорода или был опосре-
дован другими сигнальными молекулами. Ими могут быть 
интермедиаты или продукты функционирования различных 
сигнальных систем клеток. Обнаружено, что жасмонат и 
метилжасмонат активируют липоксигеназную [Bell, Mullet, 
1991; Melan et al., 1993; Avdiushko et al., 1995; Jensen et al., 
1997; Voros et al., 
1998] и НАДФН-оксидазную [Tamagami et 
al., 
1997] сигнальные системы. Этилен активировал липок-
сигеназную и МАР-киназную [Voeste, Kieber, 1998; Iten et al., 
1999] системы. Абсцизовая кислота ингибировала адени-
латциклазную [Корчуганова и др., 1998], но активировала 
липоксигеназную [Melan et al., 1993] (ингибируя в то же вре-
мя превращение фитодиеновой кислоты в жасмоновую 
[Laudert, Weiler, 
1998]) и кальциевую [Mikami et al., 1998; 
Owen, 1988; Staxen, 
1999], МАР-киназную [Knetsch et al., 
1996; Iten et al., 
1999], НАДФН-оксидазную [Guan, 
Scandalios, 
1998] и фосфатидатную [Munnik et al., 1995; 
Ritchie, Gilroy, 1998; Munnik, 
2001] сигнальные системы. 
Абсцизовая кислота вызывала накопление одного из ин-
термедиатов NO-сигнальной системы - цАДФрибозы [Yu et 
al., 1997; Leckie et al., 1998; Walden, 1998].
Салицилат активировал липоксигеназную [Feussner et 
al., 1997b], 
МАР-киназную [Zhang, Klessig, 1997; Iten et al., 
1999; Romeis et al., 
1999], НАДФН-оксидазную [Chen et al., 
1993] и NO-синтазную [Klepper, 1991; Van Camp et al., 1998]; 
системин-кальциевую [Bergey, Ryan, 1999], липоксигеназ-
ную [Constabel et al., 1995; Narvaez-Vasquez et al., 1999; 
Orozco-Cardenas, Ryan, 
1999], НАДФН-оксидазную [Stennis 
et al., 
1998], МАР-киназную [Stratmann, Ryan, 1997; Meindl et 
al., 
1998] и протонную [Schaller, Oecking, 1999], а перекись 
водорода - липоксигеназную [Macri et al., 1994] и НАДФН-
оксидазную [Leon et al., 1995; Dorey et al., 1999] сигнальные 
системы.
Обнаружено, что экзогенный системин вызывает акти-
вацию липоксигеназной [Narvaez-Vasquez et al., 1999; Sheer, 
Ryan, 
1999], кальциевой [Bergey, Ryan, 1999] и MAPK-
[ Stratmann, Ryan, 
1997] сигнальных систем.
Стрессовые фитогормоны могут усиливать или затор-
маживать образование друг друга. Так, оказалось, что жас-
монат вызывает значительное снижение содержания в 
клетках абсцизовой кислоты [Hays et al., 1999], а салицилат 
ингибирует синтез жасмоната [Репа-Cortes et al., 1993; Doares 
et al., 1995a] 
и этилена [Leslie, Romani, 1986]. Последнее объ-
ясняется тем, что салициловая кислота - это ингибитор не 
только каталазы, но и ряда других железосодержащих фер-
ментов, в том числе ключевого фермента синтеза этилена -
1-
аминоциклопропан-1-карбоксилат-оксидазы [Chen et al., 
1997]. Этилен и метилжасмонат синергично индуцировали 
синтез защитных белков [Xu et al., 1994]. Салицилат подав-
лял жасмонатиндуцированное [Репа-Cortes et al., 1993; 
Doares et al., 1995a], 
АБК- [Taipalensuu et al., 1997] и систе-
мининдуцированное [Doares et al., 1995a] образование бел-
ков, а абсцизовая кислота затормаживала этилениндуциро-
ванный синтез клетками растений глюканаз, но усиливала 
такой синтез хитиназ [Rezzonico et al., 1998]. Метилжасмо-
нат индуцировал синтез рецептора системина, локализован-
ного в плазмалемме и, вследствие этого, стимулировал появ-
ление вызванных системином ответных реакций [Sheer, 
Ryan, 
1999], а системин индуцировал синтез абсцизовой 
кислоты [Chao et al., 1999].

Салицилат приводил к экспрессии стероидной сульфо-
трансферазы, вызывающей подавление брассиностероидной 
активности [Rouleau et al., 1999]. В то же время синтез стеро-
идной гидроксилазы семейства цитохромов Р-450, играющей 
центральную роль в синтезе брассинолида, не изменялся под 
влиянием экзогенных салицилата, этилена и жасмоната, но 
авторегулировался брассинолидом [Mathur et al., 1998].
Использование мутантов растений позволило установить, 
что жасмонат и этилен "включают" одни сигнальные пути, а 
салицилат - другие [Dong, 1998], однако были также установ-
лены различия в особенностях протекания ответных реак-
ций, вызванных жасмонатом и этиленом [Penninckx et al., 
1998]. На растениях арабидопсиса было показано, что сали-
цилат и жасмонат вызывают аддитивный защитный ответ на 
инфицирование патогенами, но не в тех случаях, когда иссле-
довались мутанты с заблокированным салицилатным или 
жасмонатным сигнальными путями [Van Wees et al., 2000]. 
Авторы считают, что эти пути являются комплементарными 
и нет оснований говорить об их пересечении (cross-talk) и пе-
ретоке сигналов из одного в другой.
О степени автономности или взаимовлияния сигнальных 
путей, "включаемых" различными стрессовыми фитогор-
монами, можно судить по индуцированию ими образования 
различных транскриптов и синтеза различных белков. Так, 
у листьев редиса под влиянием метилжасмоната и этилена 
активировалась экспрессия генов дефенсинов [Terras et al., 
1998; Shah et al., 
1999], но не защитных белков PR1, а сали-
циловая кислота вызывала активацию локального синтеза 
PR1, 
но не системного синтеза дефенсинов. В то же время 
метилжасмонат не действовал на синтез некоторых изо-
форм дефенсинов [Epple et al., 1997]. Как правило, салици-
ловая кислота не индуцировала образование дефенсинов 
[Epple et al., 1997; Terras et al., 1998; Shah et al., 1999].
У томатов салицилат ингибировал, а абсцизовая кисло-
та и системин активировали синтез мРНК леициновых ами-
нопептидаз, вызванный повреждением тканей, причем два 
последних фитогормона действовали синергично. В то же 
время синтез ингибиторов протеиназ не зависел от экзоген-
ной абсцизовой кислоты [Chao et al., 1999].
К сожалению, упомянутые исследования, в которых 
проводилось сравнительное изучение влияния различных
Рис. 39. Схема влияния абсцизовой (АБК), салициловой (СК) и 
жасмоновой (ЖК) кислот на синтез полипептидов [Тарчевский и 
др., 2001]
ЛОГ - липоксигеназная сигнальная система; МАРК - МАР-киназ-
ная сигнальная система; НАДФН-О - НАДФН-оксидазная сигнальная 
система; ПЛ - плазмалемма; ФК - фосфатидатная сигнальная система; 
цАМФ - аденилатциклазная сигнальная система; Са
2+
- 
кальциевая сиг-
нальная система; NO-S - NO-синтазная сигнальная система

фитогормонов на синтез белков у одного и того же объек-
та, являются исключением. Как правило, анализируется 
действие только одного фитогормона. Это побудило нас 
предпринять сравнительное исследование влияния на син-
тез белков нескольких стрессовых фитогормонов - абсци-
зовой, салициловой и жасмоновой кислот [Тарчевский и др., 
2001].
Экзогенные абсцизовая и салициловая кислоты индуци-
ровали образование новых белков 19 и 29 кДа у проростков 
гороха (рис. 39). Экзогенный жасмонат вызывал появление 
двух новых полипептидов 29 и 96 кДа и исчезновение поли-
пептида 104 кДа. Из результатов проведенных исследова-
ний следует, что образование нового полипептида 29 кДа, 
интенсивно метящегося и не проявляющегося на радиоавто-
графах гелей контрольного варианта, - характерный ответ 
на действие всех исследовавшихся нами стрессовых фито-
гормонов, так же как усиление интенсивности синтеза по-
липептида 25 кДа и торможение синтеза полипептида 
45 кДа [Тарчевский и др., 2001]. Это, по-видимому, можно 
рассматривать как неспецифический ответ растений. Были 
обнаружены и различия в наборе образующихся полипеп-
тидов и интенсивности их синтеза. Так, при действии жасмо-
новой кислоты наблюдалось появление полипептида 
96 кДа, исчезновение белка 104 кДа и усиление образования 
полипептидов 35 и 71 кДа, чего не наблюдалось при обра-
ботке растений другими фитогормонами.
Сопоставляя данные литературы с полученными нами 
результатами, необходимо обратить внимание на то, что 
две важнейшие сигнальные системы (липоксигеназная и 
НАДФ-оксидазная) "включаются" каждым из исследовав-
шихся нами стрессовых фитогормонов. По всей вероятно-
сти, это и определяет неспецифичность ответа со стороны 
части генома клеток (образование нового полипептида 
29 кДа, усиление синтеза полипептида 25 кДа и торможение 
синтеза полипептида 45 к Да). Специфичность экспрессии 
генов и вследствие этого включения [
14
С]-лейцина в поли-
пептиды может объясняться своеобразием индукции от-
дельными фитогормонами различных сигнальных систем 
клеток.

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: