Фитогормональная регуляция внутриклеточной концентрации циклического гуанозинмонофосфата в растениях

Кроме предположения о том, что цГМФ опосредует фитохромные ответы, цикломононуклеотид участвует в индуцированной ГК3 экспрессии генов в клетках алейронового слоя ячменя [140]. Было установлено, что ГК3, но не АБК, повышает концентрацию цГМФ. Ингибитор ГЦ LY83583 одновременно блокировал и индуцируемое ГК увеличение концентрации цГМФ, и секрецию а-амилазы в алейроновых слоях [140]. Влияние LY83583 на секрецию а-амилазы обращалось при воздействии проникающих в клетку производных цГМФ. Так как LY83583 ингибировал индуцируемый ГК3 синтез GAMYB - активатора одного из промоторов гена а-амилазы [787] - и слабо влиял на индуцируемое АБК накопление белка с неизвестной функцией RAB21 (характерный ответ на АБК) [785], был сделан вывод, что цГМФ является важным компонентом в формировании ответа клеток алейронового слоя злаков на действие ГК3, а не АБК [140, 785].

Имеется также косвенное доказательство участия цГМФ в индуцируемом ауксином процессе открывания устьиц в эпидермисе Commelina communis [742, 771]. Ответ замыкающих клеток устьиц на индолил-3-бутириловую кислоту обращался в присутствии Са2+-хелаторах ВАРТА, ингибиторами входа ионов кальция в цитозоль клетки из депо рутениевым красным и прокаином, а также неактивным аналогом цГМФ (Rp-8-бромо-цГМФ-Б) и ингибитором ГЦ LY83583. Открывание устьиц, вызываемое 8-бромо-цГМФ (50 мкМ), также практически полностью подавлялось Са2+-хелаторах ВАРТА, рутениевым красным, прокаином и Rp-8-бромо-цГМФ-Б, что, вероятно, свидетельствует о том, что цГМФ действует как вторичный медиатор сигнальной трансдукции индолил-3-бутириловой кислоты, причем его сигнальный путь зависит от ионов Са2+. В то же время было показано, что в замыкающих клетках традесканции индуцируемое АБК закрывание устьиц не зависит от цГМФ, а кинетин (синтетический цитокинин) и атриальный натрийуретический пептид крыс, вызывающие открывание устьиц, действуют посредством регуляции ГЦ [692]. Было обнаружено, что кинетин влияет на содержание цГМФ в клетках устьиц традесканции и картофеля и не оказывает влияния на уровень содержания цГМФ в тканях корней кукурузы [692]. Эти же исследователи обнаружили, что в стеле корня кукурузы очищенный растительный аналог натрийуретического пептида также модулирует уровень содержания цГМФ [692]. Другими авторами показано, что цГМФ участвует в процессах закрывания устьиц, индуцируемых АБК и NO в клетках гороха [537] и бобов [789].

Поскольку участие цГМФ в качестве вторичного медиатора показано лишь для нескольких видов растений и типов клеток, можно предположить существование различных механизмов взаимодействия фитогормонов и системы цГМФ в зависимости от вида растения и типа клеток. В экспериментах с использованием проростков овса было изучено действие разных по своему физиологическому эффекту фитогормонов (ИУК, 1-нафтилуксусной кислоты (НУК), ГК3, АБК и ЭБР) на метаболизм цГМФ в ткани проростков (табл. 5.7).

Таблица 5.7. Влияние фитогормонов (10-8М) на содержание цГМФ в гомогенате ткани пятидневных зеленых проростков A. sativa в присутствии ингибитора ГЦ LY83583 (10 4 М) [790]

Фитогормон

Содержание цГМФ, пмоль/мг белка

Контроль

- LY83583

+ LY83583

Индолилуксусная кислота

0,52±0,01

1,66±0,04

1,13±0,02

Нафтилуксусная кислота

0,52±0,01

1,51±0,05

1,27±0,05

Гибберелловая кислота

0,47±0,02

1,46±0,03

1,254=0,04

Абсцизовая кислота

0,47±0,02

2,05±0,06

1,20±0,03

Эпибрассинолид

0,47±0,02

1,19±0,05

0,73±0,01

Примечание. В качестве контроля использовали образец в отсутствие фитогормона.

Было обнаружено значительное увеличение содержания цГМФ под действием всех фитогормонов в концентрации 10“8 М [790]. По степени влияния на концентрацию цГМФ гормоны распределились следующим образом: АБК > ИУК > НУК > ГК3 > ЭБР (см. табл. 5.7).

В присутствии LY83583 в среде инкубации наблюдалось подавление фитогормон-индуцируемого роста содержания цГМФ. Полученные результаты являются косвенным доказательством того, что в тканях проростков овса мишенью фитогормонов является фермент синтеза цГМФ - ГЦ. Для проверки этого предположения проводились эксперименты по изучению влияния ИУК, НУК, ГК3, АБК и ЭБР непосредственно на удельную активность ГЦ в гомогенатах ткани проростков овса. Оказалось, что все вышеперечисленные соединения вызывали существенное увеличение активности ГЦ [790]. Таким образом, действие изученных фитогормонов на содержание цГМФ в растительной клетке, действительно реализуется посредством модуляции активности ГЦ.

Исследование влияния фитогормонов ИУК, НУК, ГК3, АБК и ЭБР на активность ФДЭ в гомогенате ткани зеленых проростков овса показало, что активность фермента снижается под действием ИУК, НУК и АБК, в то время как ГК3 и ЭБР не оказывали влияния на активность ФДЭ [790]. Таким образом, хотя ауксины и реализуют свое активирующее действие на содержание цГМФ в клетках проростков овса в основном через стимуляцию активности ГЦ (в 2-4 раза по сравнению с контролем), они также подавляют и активность ФДЭ (на 20-40%). В то время как ГК3 и АБК проявляли одинаково направленный активирующий характер влияния на активность ГЦ в клетках проростков овса, действие на активность ФДЭ оказывала только АБК, но не ГК3. Возможно, в этом проявляется их антагонизм действия на систе-

ИУК ГАз

НУК ЭБР

Фото- и фитогормональная регуляция метаболизма цГМФ в проростках A. saliva

Рис. 5.27. Фото- и фитогормональная регуляция метаболизма цГМФ в проростках A. saliva.

Молекулярные превращения обозначены сплошными стрелками, регуляторные эффекты - пунктирными му цГМФ в проростках овса. Скорее всего, благодаря тому, что ИУК, НУК и АБК увеличивают активность ГЦ и снижают активность ФДЭ, под их влиянием концентрация цГМФ в клетках растет более эффективно. Действие же таких фитогормонов, как ГК3 и ЭБР, на содержание цГМФ реализуется только через стимуляцию активности ГЦ, а не ингибирование ФДЭ. На рис. 5.27 представлена общая схема влияния светового и фитогормональ-ного сигналов на метаболизм цГМФ в проростках A. sativa.

Взаимодействие между фитогормонами и цГМФ было недавно подтверждено с помощью репортерной конструкции FlincG-цГМФ, позволяющей измерять цитозольное содержание цГМФ в клетке. Такие гормоны, как АБК, ИУК и жасмоновая кислота вызывали быстрое и существенное увеличение концентрации цГМФ в протопластах корней арабидопсиса, в то время как ЭБР и цитокинин не вызывали цГМФ-сигнала [701].

Фосфопротеомный анализ микросомальных белков показал наличие 15 белков, изменяющих статус фосфорилирования под действием мембрано-проникающего аналога цГМФ [701]. Известно, что большинство из них также изменяет статус фосфорилирования под действием фитогормонов, что свидетельствует о цГМФ-зависимом механизме изменения статуса фосфорилирования белков в реализации фитогормонального сигнала.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >