Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор

присутствуют главным образом С
22
и С
24
жирные спирты, в то время как в 
кутине - С
26
и С
28
[Kolattukudy, 
1987]. Для преодоления поверхностного 
механического барьера растений многие патогенные грибы выделяют 
ферменты, гидролизу-ющие кутин и часть составляющих суберина. 
Продуктами кутиназной реакции были различные оксигенированные 
жирные кислоты и спирты [Kolattukudy, 1985], в основном 10,16-
дигидрокси-Ск,- и 9,10,18-тригидрокси-С
|8
-
кислоты, представляющие 
собой сигнальные молекулы, индуцирующие в прорастающей споре 
гриба образование и выделение дополнительных количеств кутиназы, 
"разъедающих" кутин и облегчающих проникновение гриба внутрь 
растения. Было обнаружено, что лаг-период появления у гриба 
кутиназной мРНК после начала образования упомянутых выше ди- и 
триоксикислот составляет всего 15 мин, а выделения дополнительной 
кутиназы - в два раза больший. Повреждение гена кутиназы у Fusarium 
solani 
сильно снижало степень вирулентности этого гриба [Kolattukudy et 
al., 
1995]. Ингибирование кутиназы с помощью химических препаратов 
или антител предотвращало инфицирование растений. Предположение о 
том, что оксигенированные продукты деградации кути-на могут 
выступать в роли не только индукторов образования кутиназы у 
патогенов, но и элиситоров защитных реакций у растения-хозяина 
[Тарчевский, 1993], впоследствии подтвердилось [Fauth et al., 1998].
После проникновения патогенных микроорганизмов через кутикулу 
одни из них перемещаются в проводящие пучки растений и используют 
для своего развития имеющиеся там питательные вещества, а другие 
транспортируются внутрь живых клеток хозяина. В любом случае 
патогены встречаются с еще одним механическим барьером - клеточ-
ными стенками, состоящими из различных полисахаридов и белков и в 
большинстве случаев укрепленными жестким полимером - лигнином 
[Тарчевский, Марченко, 1987; Tarchevsky, Marchenko, 1991]. Как уже 
упоминалось выше, для преодоления этого барьера и обеспечения 
своего развития углеводным и азотным питанием патогены выделяют 
ферменты, гидролизующие полисахариды и белки клеточных стенок.
Специальные исследования показали, что при взаимодействии 
бактерий и тканей растения-хозяина ферменты
деградации появляются не одновременно. Например, пек-
тилметилэстераза присутствовала и в неинокулированных 
бактерией Erwinia carotovora subsp. atroseptia тканях клубней 
картофеля [Pagel, Heitefuss, 1990], тогда как полигалактуро-
назная, пектатлиазная, целлюлазная, протеазная и ксила-назная 
активности появлялись соответственно через 10, 14, 16, 19 и 22 ч 
после инокуляции.
Оказалось, что олигосахаридные продукты деградации 
полисахаридов клеточных стенок растений обладают эли-
ситорными свойствами. Но активные олигосахариды могут 
образовываться и полисахаридами, входящими в состав 
клеточных стенок патогенов. Известно, что одним из способов 
защиты растений от патогенных микроорганизмов является 
образование после инфицирования и выделение за пределы 
плазмалеммы ферментов - хитиназы и β-1,3-глюканазы, 
гидролизующих полисахариды хитин и β-1,3-полиглюканы 
клеточных стенок патогенов, что приводит к подавлению их роста 
и развития. Обнаружено, что олигосахаридные продукты такого 
гидролиза являются и активными элиситорами защитных 
реакций растений. В результате действия олигосахаридов 
повышается устойчивость растений к бактериальной, грибной или 
вирусной инфекции [Ryan, 1987; Albersheim et al.,1992; Doares et 
al., 1995b; Bohland et al., 1997].
Олигосахаридным элиситорам, их строению, активности, 
рецепторам, "включению" ими сигнальных систем клеток, 
индукции экспрессии защитных генов, синтезу фитоалексинов, 
реакции сверхчувствительности и другим ответам растений 
посвящен целый ряд обзорных статей [Ryan, 1987; Albersheim et al., 
1992; Ebel, 
1998; и др.].
В лаборатории Элберсгейма [Albersheim, 1969; Элберс-гейм, 
Дарвилл, 1985; и др.], а затем в ряде других лабораторий показано, 
что 
олигогликозиды, 
образующиеся 
в 
результате 
патогениндуцированной 
эндогликозидазной 
деградации 
гемицеллюлоз и пектиновых веществ растений, хитина и хитозана 
грибов, могут играть роль биологически активных веществ. Было 
даже предложено считать их новым классом гормонов 
("олигосахаринов", в отличие от олигосахаридов, не обладающих 
активностью). Образование олигосахаридов в результате гидролиза 
полисахаридов, а не в ходе синтеза из моносахаридов было 
показано на примере

ксилоглюканового олигосахарида, обладающего антиауксиновым 
действием [McDougall, Fry, 1991].
Была расшифрована структура ряда физиологически активных 
олигосахаридов: разветвленного гептаглюкозида, полученного из 
клеточных стенок патогенного гриба [Эл-берсгейм, Дарвилл, 1985]; 
пента- и гексамеров N-ацетил-глюкозамина, полученных при 
гидролизе хитина, а также глюкозамина, образованного при гидролизе 
хитозана; 
9-13-мерных 
линейных 
олигогалактуронидов, 
образующихся 
при 
гидролизе 
пектиновых 
веществ; 
декагалактуронида 
с 
4—
5 
ненасыщенным 
концевым 
галактуронозильным остатком; олигогалактуронозидов со степенью 
полимеризации 2-6, проявляющих определенную активность [Ryan, 
1987]. 
Опубликованы данные о полученных из гемицеллюлоз фи-
зиологически активных ксилоглюканах со степенью полимеризации 8-9 
[McDougall, Fry, 
1990; 1991], хитобиозе, хито-триозе и хитотетрозе 
[Roberts, 
Selitrennikoff, 
1988], разветвленных ксилоглюкановых 
фрагментах с формулой Глю(4)-Кси(3)-Гал(1 или 2)-Фук [McDougall, 
Fry, 1989; Kiefer et al., 
1989] и их природных О-ацетилированных 
производных [Kiefer et al., 1989]. Было установлено, что наивысшей 
фи-тоалексининдуцирующей активностью обладает разветвленный р-
глюкозид. Химическая модификация этого оли-госахарина или 
изменение характера ветвления приводили к уменьшению 
элиситорных свойств.
Изучение механизма действия олигосахаридов на растения 
позволило установить, что спектр ответных реакций зависит от 
концентрации и структуры исследуемых веществ. Различные 
олигосахаридные элиситоры проявляют наивысшую активность при 
разных концентрациях. Например, индукция синтеза защитных 
соединений (хитиназ) в культуре клеток риса была максимальной при 
концентрации N-ацетилхитогексаозы 1 мкг/мл, в то время как для 
достижения того же эффекта в случае ламинарингексаозы 
(фрагмента (3-1,3-глюкана) потребовалась в 10 раз большая 
концентрация [Inui et al., 1997].
Обнаружено, что степень устойчивости растений к патогену 
определяется (наряду с другими факторами) соотношением различных 
полисахаридов клеточных стенок растений. Об этом можно судить на 
основании сравнения устойчивой и восприимчивой к патогену 
Colletotrichum linde-
muthianum 
линий бобов, которые подверглись действию эн-
дополигалактуроназы патогена [Boudart et al., 1998]. Были 
выделены олигомерные фрагменты пектина; оказалось, что в 
них у устойчивого сорта преобладают остатки нейтральных 
Сахаров, а у неустойчивого - галактуронатные.
Недавно получены результаты, свидетельствующие, что 
олигогалактуронатные фрагменты образуются в растениях не 
только под влиянием пектиндеградирующих ферментов 
патогенов, но и в результате экспрессии генов полигалактуроназ 
в клетках хозяина в ответ на системин и олигосахаридные 
элиситоры [Bergey et al., 1999].
Привлекает внимание разнонаправленность регуляции 
защитного ответа клеток продуктами деградации полисахаридов 
клеточных стенок [Boudart et al., 1995]. Оказалось, что 
небольшие олигогалактурониды со степенью полимеризации 2-3 
являются 
активными 
элиситорами, 
а 
фрагменты 
рамногалактуроновых 
пектинов 
с 
большой 
степенью 
полимеризации - супрессорами образования гидроксипро-линовых 
белков клеточных стенок. Иначе говоря, деграда-ционные 
процессы в клеточных стенках, вызванные патогенами, могут 
регулировать 
(в 
результате 
осуществления 
сложной 
последовательности реакций сигнальных систем клеток) 
биосинтетические 
процессы, 
повышающие 
устойчивость 
клеточных стенок за счет накопления гидроксипро-линовых 
белков и образования между ними ковалентных связей.
Фукозосодержащие фрагменты ксилоглюкана (три- и 
пентасахариды) обладали иммуносупрессорными свойствами, но 
при замене ксилозы на другой моносахарид изменяли 
супрессорную активность на элиситорную [Ильинская и др., 1997]. 
Лишение олигосахарида фукозы лишало его как супрессорных, 
так и элиситорных свойств. Низкие активные дозы и высокая 
селективность специфических супрессоров свидетельствуют о 
рецепторном характере их действия [Озерецковская, 2001].
Имеются и другие примеры продукции патогенами не только 
элиситоров, но и супрессоров защитных реакций растений. Так, 
пикносгюры Mycosphaerella pinodes выделяли оба типа таких 
соединений [Yamada et al., 1994].
Необходимо отметить, что олигосахаридные фрагменты 
полисахаридов клеточных стенок растений и грибов от-

носят к расонеспецифичным элиситорам, вызывающим не-
специфичные защитные ответы со стороны инфицируемых 
растений. Это вполне объяснимо, так как в ходе деградации 
полисахаридов образуется широкий спектр олигосахаридов, у 
которых очень слабо выражена видовая специфика патогена 
или хозяина. В то же время расо-специфичными являются 
белковые (или пептидные) факторы вирулентности бактерий, 
которые узнаются "своими" рецепторами клеток растений 
[Blumwald et al., 
1998]. Последний тип взаимодействия получил 
название генетического пинг-понга, или взаимодействия "ген-
на-ген", поскольку специфика элиситора или рецептора 
определяется кодирующими их генами, а устойчивость или 
восприимчивость растений к патогену - способностью 
рецептора узнавать элиситор.
Для исследования механизмов ответа клеток растений на 
действие элиситоров часто используют не индивидуальные 
олигосахариды, а смесь олигосахаридов, образующуюся при 
гидролизе полисахаридов клеточных стенок патогенных грибов 
[Ayres et al., 1976; Shirasugi, Misaki, 
1992; и др.]. Такой подход 
оправдан, если учесть, что даже в первые моменты 
инфицирования патогенами на клетки растений может 
действовать не один, а несколько элиситоров. Кстати, имеется 
сравнительно мало работ, посвященных исследованию 
особенностей действия нескольких элиситоров одновременно. 
Например, показано, что элиситины параситице-ин и 
криптогеин, так же как олигосахаридные элиситоры из 
клеточных стенок, вызывают быструю активацию проте-
инкиназы 48 кДа SIP-типа и фенилаланинаммоний-лиазы у 
табака. В то же время именно элиситины, а не олигосахариды 
активировали протеинкиназу 40 кДа [Zhang et al., 1998]. Глюкан 
и Са
2+
усиливали влияние арахидоната и эйкозапен-таеноата. Тот 
факт, что ЭГТА (специфический лиганд Са
2+
) 
ингибировал 
синтез фитоалексинов, дает возможность утверждать, что ионы 
кальция играют важную роль в регуляции осуществления 
защитной функции растений. Не исключено, что сигнальными 
веществами являются и продукты деградации белков 
клеточных стенок, богатых оксипроли-новыми остатками и 
содержащих олигогликозильные ответвления.
РЕЦЕПТОРЫ ЭЛИСИТОРОВ
Во введении уже упоминалось, что рецепторы элиситорных 
сигналов могут располагаться и в клеточной мембране, и в цитозоле, 
и в ядре, но нас особенно интересует первый, наиболее 
распространенный случай, когда элиситор сам не проникает в клетку, 
а взаимодействует с внеклеточной частью белкового рецептора 
плазмалеммы, что и является первым звеном сложной цепи 
сигнальных событий, завершающихся ответом клетки на 
изменившиеся условия существования. Количество молекулярных 
антенн одного вида рецепторов плазмалеммы клетки, по-видимому, 
может достигать нескольких тысяч. Число видов молекулярных ан-
тенн остается неизвестным, но можно утверждать, что у них 
унифицированы основные свойства структуры. Они имеют три 
основных домена: внешний вариабельный N-концевой домен 
(акцепторный по отношению к элиситорам), трансмембранный с 
повышенным содержанием гидрофобной аминокислоты лейцина и 
цитоплазматический вариабельный С-концевой домен, от структуры 
которого чависит передача сигнального импульса в ту или иную сиг-
нальную систему. Рецептор может быть специфичным только для 
одного вида элиситора или для группы родственных (например, 
олигомерных) элиситоров. Описано несколько типов рецепторных 
белков клеточных мембран у животных [Schenk, Snaar-Jagalska, 1999]: 
у одних рецепторов трансмембранная цепь белка лишь один раз 
пересекает мембрану, у других (серпентиновых) - семь раз, у третьих 
изаимодействие с лигандом-элиситором приводит к образованию 
гомо- или гетеродимера (олигомера), который и является первичным 
преобразователем внешнего сигнала. Структура рецепторных 
белков плазмалеммы растений изучена в меньшей степени, но 
принципы их построения те 

Рис. 4. Схема структуры двухкомпонентного рецептора сигнальных 
систем [Lohrmann, Harter, 2002]

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: