Tarchevsky I.A. Mifumo ya kuashiria seli za mimea

Athari za dawa za elicitor ni kwa sababu ya uwepo wa vitu maalum vya biolojia katika muundo wao. Kulingana na dhana za kisasa, vitu vya kuashiria au vichochezi ni misombo hai ya kibayolojia ya asili anuwai, ambayo kwa kipimo cha chini sana, iliyopimwa kwa milli-, micro-, na katika hali zingine nanogramu, husababisha misururu ya majibu anuwai ya mmea kwenye jeni, biokemikali na kisaikolojia. viwango. Athari zao kwa viumbe vya phytopathogenic hufanywa kwa kushawishi vifaa vya maumbile ya seli na kubadilisha fiziolojia ya mmea yenyewe, na kuupa nguvu zaidi na upinzani kwa sababu kadhaa mbaya za mazingira.

Uhusiano wa mimea na ulimwengu wa nje, kama vitu vilivyopangwa sana vya mifumo ya ikolojia, hufanywa kwa kugundua ishara za mwili na kemikali kutoka nje na kurekebisha michakato yote ya shughuli zao za maisha kupitia kushawishi miundo ya maumbile, mifumo ya kinga na homoni. Utafiti wa mifumo ya kuashiria mimea ni mojawapo ya maeneo yenye kuahidi zaidi katika baiolojia ya kisasa ya seli na molekuli. Katika miongo ya hivi karibuni, wanasayansi wamelipa kipaumbele sana kwa utafiti wa mifumo ya kuashiria inayohusika na upinzani wa mimea kwa phytopathogens.

Michakato ya biochemical inayotokea katika seli za mimea inaratibiwa madhubuti na uadilifu wa kiumbe, ambayo inakamilishwa na athari zao za kutosha kwa mtiririko wa habari unaohusishwa na athari mbalimbali za mambo ya biogenic na technogenic. Uratibu huu unafanywa kupitia kazi ya minyororo ya kuashiria (mifumo), ambayo imeunganishwa kwenye mitandao ya ishara ya seli. Molekuli za kuashiria huwasha homoni nyingi, kwa kawaida si kwa kupenya ndani ya seli, bali kwa kuingiliana na molekuli za vipokezi vya membrane za seli za nje. Molekuli hizi ni protini za utando muhimu, mnyororo wa polipeptidi ambao hupenya unene wa membrane. Aina mbalimbali za molekuli zinazoanzisha uashiriaji wa transmembrane huwasha vipokezi katika mkusanyiko wa nano (10-9-10-7 M). Kipokezi kilichoamilishwa hupeleka ishara kwa malengo ya ndani ya seli - protini, enzymes. Katika kesi hii, shughuli zao za kichocheo au conductivity ya njia za ion ni modulated. Kujibu hili, majibu fulani ya seli huundwa, ambayo, kama sheria, yanajumuisha mfululizo wa athari za biochemical. Kando na vipatanishi vya protini, molekuli ndogo za mjumbe, ambazo hufanya kazi kama vipatanishi kati ya vipokezi na mwitikio wa seli, pia zinaweza kushiriki katika uwasilishaji wa mawimbi. Mfano wa mjumbe wa intracellular ni salicylic asidi, ambayo inashiriki katika uingizaji wa matatizo na majibu ya kinga katika mimea. Baada ya mfumo wa kuashiria kuzimwa, wajumbe huvunjwa haraka au (katika kesi ya Ca cations) hupigwa nje kupitia njia za ioni. Kwa hivyo, protini huunda aina ya "mashine ya Masi", ambayo, kwa upande mmoja, huona ishara ya nje, na kwa upande mwingine, ina enzymatic au shughuli nyingine inayotolewa na ishara hii.

Katika viumbe vya mimea vingi, maambukizi ya ishara hutokea kupitia kiwango cha mawasiliano ya seli. Seli "huzungumza" kwa lugha ya ishara za kemikali, ambayo inaruhusu homeostasis ya mmea kwa ujumla mfumo wa kibiolojia. Mifumo ya jenomu na ishara ya seli huunda mfumo tata wa kujipanga au aina ya "biocomputer". Mtoa huduma wa habari ngumu ndani yake ni genome, na mifumo ya kuashiria ina jukumu la processor ya molekuli ambayo hufanya kazi za udhibiti wa uendeshaji. Kwa sasa, tunayo habari ya jumla tu kuhusu kanuni za uendeshaji za malezi haya changamano ya kibayolojia. Katika mambo mengi, mifumo ya molekuli ya mifumo ya kuashiria bado haijulikani wazi. Miongoni mwa suluhisho la maswala mengi, inabakia kufafanua mifumo ambayo huamua asili ya muda (ya muda mfupi) ya uanzishaji wa mifumo fulani ya kuashiria, na wakati huo huo, kumbukumbu ya muda mrefu ya uanzishaji wao, iliyoonyeshwa, haswa, katika upatikanaji wa kinga ya muda mrefu ya utaratibu.

Kuna uhusiano wa njia mbili kati ya mifumo ya kuashiria na jenomu: kwa upande mmoja, vimeng'enya na protini za mifumo ya kuashiria zimesimbwa kwenye jenomu, kwa upande mwingine, mifumo ya kuashiria inadhibitiwa na jenomu, ikionyesha jeni fulani na kukandamiza zingine. jeni. Utaratibu huu ni pamoja na mapokezi, mabadiliko, kuzidisha na uhamisho wa ishara kwa mikoa ya kukuza ya jeni, programu ya kujieleza kwa jeni, mabadiliko katika wigo wa protini za synthesized na majibu ya kazi ya seli, kwa mfano, uingizaji wa kinga kwa phytopathogens.

Michanganyiko mbalimbali ya ligand ya kikaboni na miundo yao inaweza kufanya kama molekuli za ishara au vishawishi vinavyoonyesha shughuli ya kufata neno: amino asidi, oligosaccharides, polyamines, phenoli, asidi ya kaboksili na esta za asidi ya juu ya mafuta (arachidonic, eicosapentaenoic, oleic, jasmonic, nk), heterocyclic na misombo ya organoelement, ikiwa ni pamoja na baadhi ya dawa, nk.

Vichochezi vya sekondari vinavyoundwa katika seli za mimea chini ya utendakazi wa mikazo ya kibiolojia na abiogenic na kujumuishwa katika mitandao ya kuashiria seli ni pamoja na phytohormones: ethilini, abscisic, jasmonic, asidi salicylic, na.

pia systemin polypeptide na misombo mingine ambayo husababisha usemi wa jeni za kinga, muundo wa protini zinazolingana, malezi ya phytoalexins (vitu maalum ambavyo vina athari ya antimicrobial na kusababisha kifo cha viumbe vya pathogenic na seli za mmea zilizoathiriwa) na, mwishowe, kuchangia katika malezi ya upinzani wa utaratibu katika mimea kwa mambo mabaya ya mazingira.

Hivi sasa, mifumo saba ya kuashiria seli ndiyo iliyochunguzwa zaidi: cycloadenylate, MAP-kinase (protini-kinase iliyoamilishwa na mitogen), asidi ya phosphatidi, kalsiamu, lipoxygenase, NADPH oxidase (superoxide synthase), NO synthase. Wanasayansi wanaendelea kugundua mifumo mipya ya kuashiria na washiriki wao wa biochemical.

Mimea, kwa kukabiliana na mashambulizi ya pathojeni, inaweza kutumia njia tofauti ili kuunda upinzani wa utaratibu, ambao husababishwa na molekuli tofauti za kuashiria. Kila moja ya viboreshaji, inayoathiri shughuli muhimu ya seli ya mmea kando ya njia maalum ya kuashiria, kupitia vifaa vya maumbile, husababisha athari nyingi, zote za kinga (kinga) na asili ya homoni, na kusababisha mabadiliko katika mali ya mimea. wenyewe, ambayo huwawezesha kuhimili mambo mbalimbali ya mkazo. Wakati huo huo, katika mimea kuna mwingiliano wa kuzuia au synergistic wa njia mbalimbali za kuashiria zilizounganishwa kwenye mitandao ya ishara.

Upinzani unaosababishwa ni sawa katika udhihirisho wa upinzani wa usawa ulioamuliwa na vinasaba, tofauti pekee ni kwamba asili yake imedhamiriwa na mabadiliko ya phenotypic katika genome. Walakini, ina uthabiti fulani na hutumika kama mfano wa urekebishaji wa kinga ya phenotypic ya tishu za mmea, kwani kama matokeo ya matibabu na vitu vilivyo na hatua ya kichochezi, sio genome ya mmea inayobadilika, lakini utendaji wake tu, unaohusishwa na kiwango cha shughuli za jeni za kinga.

Kwa namna fulani, madhara yanayotokea wakati mimea inatibiwa na immunoinducers ni sawa na marekebisho ya maumbile, tofauti na hayo kwa kutokuwepo kwa mabadiliko ya kiasi na ubora katika pool ya jeni yenyewe. Kwa uingizaji wa bandia wa athari za kinga, maonyesho tu ya phenotypic yanazingatiwa, yanayojulikana na mabadiliko katika shughuli za jeni zilizoonyeshwa na asili ya utendaji wao. Walakini, mabadiliko yanayosababishwa na matibabu ya mimea na phytoactivators yana kiwango fulani cha uvumilivu, ambayo inaonyeshwa katika kuanzishwa kwa kinga ya muda mrefu ya kimfumo, iliyohifadhiwa kwa miezi 2-3 au zaidi, na pia katika uhifadhi wa mali zilizopatikana na mimea kwa 1. -2 nakala zinazofuata.

Asili ya kitendo cha mtoaji fulani na athari zilizopatikana zinategemea sana nguvu ya ishara inayozalishwa au kipimo kinachotumiwa. Vitegemezi hivi, kama sheria, sio vya mstatili, lakini asili ya sinusoidal, ambayo inaweza kutumika kama ushahidi wa ubadilishaji wa njia za ishara wakati wa mwingiliano wao wa kuzuia au mwingiliano. Pia imethibitishwa kuwa chini ya hali ya sababu za mkazo, mimea hujibu vyema kwa dozi za chini za phytoactivators, ambayo inaonyesha ukali zaidi wa athari zao za adaptogenic. Kinyume chake, matibabu na vitu hivi kwa kipimo kikubwa, kama sheria, yalisababisha michakato ya kukata tamaa katika mimea, kupunguza kwa kasi hali ya kinga ya mimea na kusababisha kuongezeka kwa uwezekano wa mimea kwa magonjwa.

BBK 28.57 T22

Mhariri Mtendaji Mjumbe Sambamba wa Chuo cha Sayansi cha Urusi.I. Grechkin

Wakaguzi:

Daktari wa Sayansi ya Biolojia, Profesa L.Kh. Gordon Daktari wa Sayansi ya Biolojia, Profesa L.P. Khokhlova

Tarchevsky I.A.

Mifumo ya kuashiria ya seli za mimea / I.A. Tarchevsky; [Jibu. mh. A.N. Grechkin]. -

M.: Nauka, 2002. - 294 p.: mgonjwa. ISBN 5-02-006411-4

Viungo katika misururu ya habari ya mwingiliano kati ya vimelea vya magonjwa na mimea huzingatiwa, ikiwa ni pamoja na vishawishi, vipokezi vya vichochezi, G-protini, kinasi ya protini na phosphatase ya protini, vipengele vya udhibiti wa unukuzi, kupanga upya usemi wa jeni na mwitikio wa seli. Tahadhari kuu hulipwa kwa uchanganuzi wa sifa za utendaji wa mifumo ya kuashiria seli za mmea - adenylate cyclase, MAP kinase, phosphatidate, kalsiamu, lipoxygenase, NADPH oxidase, NO synthase na protoni, mwingiliano wao na ujumuishaji katika mtandao mmoja wa kuashiria. Uainishaji wa protini zinazosababishwa na pathojeni kulingana na sifa zao za kazi unapendekezwa. Takwimu hutolewa kwenye mimea ya transgenic na kuongezeka kwa upinzani kwa pathogens.

Kwa wataalamu katika uwanja wa fiziolojia ya mimea, biochemists, biophysicists, geneticists, mimea pathologists, ecologists, agrobiologists.

Kupitia mtandao wa AK

Mifumo ya Kuashiria Kiini cha Mimea /1.A. Tarchevsky; . - M.: Nauka, 2002. - 294 p.; il. ISBN 5-02-006411-4

Kitabu kilijadili washiriki wa minyororo ya kuashiria ya mwingiliano wa vimelea na mwenyeji wa mimea, ambayo ni vinyambulisho, vipokezi, protini za G, kinasi ya protini na phosphatase ya protini, mambo ya unukuzi kupanga upya usemi wa jeni, mwitikio wa seli. Sehemu kuu ya kitabu imejitolea kwa utendakazi wa mifumo tofauti ya kuashiria seli: adenylate cyclase, MAP kinase, phosphatidate, calcium, lipoxy-genase, NADPH-oxidase, NO-synthase, mifumo ya protoni. Wazo la miunganisho ya mifumo ya kuashiria seli na ujumuishaji wao kwa mtandao wa ishara wa seli inakua. Mwandishi amependekeza uainishaji wa protini zinazohusiana na pathojeni kulingana na mali zao za kazi. Data juu ya mimea ya transgenic na kuongezeka kwa upinzani kwa pathogens huwasilishwa.

Kwa wanafizikia, wanakemia, wanafizikia, jenetiki, fitopatholojia, wanaikolojia, na wataalam wa kilimo.

ISBN 5-02-006411-4

(muundo wa sanaa), 2002

Katika miaka ya hivi karibuni, utafiti juu ya mifumo ya Masi ya udhibiti wa usemi wa jeni chini ya ushawishi wa mabadiliko ya hali ya maisha umekuwa ukiendelea kwa kasi. Katika seli za mimea, kuwepo kwa minyororo ya kuashiria iligunduliwa kwamba, kwa msaada wa protini maalum za kipokezi, katika hali nyingi ziko kwenye plasmalemma, huona msukumo wa ishara, kubadilisha, kukuza na kusambaza kwa jenomu ya seli, na kusababisha upangaji upya wa usemi wa jeni na. mabadiliko katika kimetaboliki (ikiwa ni pamoja na zile za kardinali), zinazohusiana na kuingizwa kwa jeni "tulivu" hapo awali na kuzima kwa baadhi ya jeni hai. Umuhimu wa mifumo ya kuashiria seli ilionyeshwa kwa kujifunza taratibu za utendaji wa phytohormones. Jukumu la maamuzi la mifumo ya kuashiria katika malezi ya ugonjwa wa kukabiliana (stress) unaosababishwa na hatua ya matatizo ya abiotic na biotic kwenye mimea pia ilionyeshwa.

Ukosefu wa kazi za mapitio ambazo zinaweza kuchambua viungo vyote vya mifumo mbalimbali ya kuashiria, kuanzia na sifa za ishara zinazotambulika na vipokezi vyake, mabadiliko ya msukumo wa ishara na uhamisho wao kwenye kiini, na kuishia na mabadiliko makubwa katika kimetaboliki ya seli na muundo wao. , ilimlazimu mwandishi kujaribu kujaza pengo hili kwa msaada wa kitabu kilichotolewa kwa tahadhari ya wasomaji. Inapaswa kuzingatiwa kuwa utafiti wa uwanja wa habari wa seli bado uko mbali sana na kukamilika na maelezo mengi ya muundo na utendaji wake hubakia bila kuangazwa. Yote hii inavutia watafiti wapya, ambao muhtasari wa machapisho kwenye mifumo ya kuashiria seli za mimea itakuwa muhimu sana. Kwa bahati mbaya, sio hakiki zote

makala za asili ya majaribio zilijumuishwa katika bibliografia, ambayo kwa kiasi fulani ilitegemea ujazo mdogo wa kitabu na wakati wa kukitayarisha. Mwandishi anaomba radhi kwa wenzake ambao utafiti wao haukuonyeshwa kwenye kitabu.

Mwandishi anatoa shukrani kwa washirika wake walioshiriki katika utafiti wa pamoja wa mifumo ya kuashiria seli za mimea. Mwandishi anatoa shukrani za pekee kwa Profesa F.G. Karimova, Wagombea wa Sayansi ya Biolojia V.G. Yakovleva na E.V. Asafova, A.R. Mukha-metshin na profesa mshiriki T.M. Nikolaeva kwa msaada katika kuandaa maandishi ya kuchapishwa.

Kazi hiyo ilifanywa kwa msaada wa kifedha kutoka kwa Msingi wa Shule ya Uongozi ya Sayansi ya Shirikisho la Urusi (ruzuku 96-15-97940 na 00-15-97904) na Msingi wa Utafiti wa Msingi wa Urusi (ruzuku 01-04-48-785 )

UTANGULIZI

Moja ya matatizo muhimu zaidi biolojia ya kisasa ni kufafanua taratibu za mwitikio wa viumbe vya prokariyoti na yukariyoti kwa mabadiliko katika hali ya kuwepo kwao, hasa kwa hatua ya mambo makubwa (sababu za mkazo, au mikazo) ambayo husababisha hali ya dhiki katika seli.

Katika mchakato wa mageuzi, seli zimetengeneza marekebisho ambayo huwaruhusu kutambua, kubadilisha na kukuza ishara za asili ya kemikali na ya mwili inayokuja kutoka kwa mazingira na, kwa msaada wa vifaa vya maumbile, kujibu kwao, sio tu kuzoea hali zilizobadilika. , kujenga upya kimetaboliki na muundo wao, lakini pia kuonyesha misombo mbalimbali tete na zisizo tete katika nafasi ya ziada ya seli. Baadhi yao hufanya kama vitu vya kinga dhidi ya vimelea vya magonjwa, wakati zingine zinaweza kuzingatiwa kama molekuli za kuashiria ambazo huchochea mwitikio kutoka kwa seli zingine zilizo mbali sana na tovuti ya hatua ya ishara ya msingi kwenye mimea.

Tunaweza kudhani kuwa matukio haya yote yanayobadilika hutokea kama matokeo ya mabadiliko katika uwanja wa habari wa seli. Ishara za msingi kupitia mifumo mbalimbali ya kuashiria husababisha mwitikio kutoka kwa jenomu ya seli, inayoonyeshwa katika kupanga upya usemi wa jeni. Kwa kweli, mifumo ya kuashiria inasimamia uendeshaji wa hifadhi kuu ya habari - molekuli za DNA. Kwa upande mwingine, wao wenyewe wako chini ya udhibiti wa genome.

Kwa mara ya kwanza katika nchi yetu, E.S. ilianza kusoma kwa makusudi mifumo ya kuashiria seli. Severin [Severin, Kochetkova, 1991] juu ya vitu vya wanyama na O.N. Kulaeva [Kulaeva et al., 1989; Kulaeva, 1990; Kulaeva et al., 1992; Kulaeva, 1995;

Burkhanova et al., 1999] - kwenye mimea.

Monografia iliyowasilishwa kwa wasomaji ina muhtasari wa matokeo ya kusoma ushawishi wa mafadhaiko ya kibaolojia juu ya utendakazi wa mifumo ya kuashiria seli za mmea. Hivi sasa, MAP kinase, adenylate cyclase, phosphatidate, calcium, lipoxygenase, NADPH oxidase, NO synthase na protoni mifumo ya kuashiria na jukumu lao katika maendeleo ya ontogenetic ya mimea na katika malezi ya kukabiliana na mabadiliko ya hali ya maisha, hasa athari za abiotic mbalimbali. na stress za biotic. Mwandishi aliamua kuzingatia tu kipengele cha mwisho cha shida hii - juu ya mifumo ya Masi ya majibu ya mmea kwa hatua ya vimelea, haswa kwani idadi ya phytohormones inahusika katika majibu haya na ufafanuzi wa sifa za mwingiliano wa ishara ya seli ya mmea. mifumo pamoja nao huvutia umakini mkubwa kutoka kwa watafiti.

Mfiduo kwa vifadhaiko vya kibayolojia husababisha mwitikio wa mmea ambao unafanana kwa upana na mwitikio wa mikazo ya kibiolojia. Inajulikana na seti ya athari zisizo maalum, ambayo inafanya uwezekano wa kuiita ugonjwa wa kukabiliana, au dhiki. Kwa kawaida, vipengele mahususi vya mwitikio vinaweza pia kugunduliwa, kutegemeana na aina ya mfadhaiko, hata hivyo, kadiri kiwango cha athari yake kinavyoongezeka, mabadiliko yasiyo maalum huanza kujitokeza kwa kiwango kinachoongezeka [Meyerson, 1986; Tarchevsky, 1993. Uangalifu mkubwa zaidi ulilipwa kwa N.S. Vvedensky (mawazo kuhusu parabiosis), D.S. Nasonov na V.Ya. Alexandrov (mawazo kuhusu paranecrosis), G. Selye - katika kazi zinazotolewa kwa dhiki katika wanyama, V.Ya. Aleksandrov - katika utafiti juu ya msingi wa Masi ya dhiki.

Mabadiliko muhimu zaidi yasiyo maalum wakati wa mkazo wa kibayolojia ni pamoja na yafuatayo:

1. Phasicity katika wakati wa kukabiliana na hatua ya pathojeni.

2. Kuongezeka kwa catabolism ya lipids na biopolymers.

3. Kuongezeka kwa maudhui ya radicals bure katika tishu.

4. Asidi ya cytosol na uanzishaji unaofuata wa pampu za protoni, ambayo inarudisha pH kwa thamani yake ya asili.

5. Kuongezeka kwa yaliyomo ya ioni za kalsiamu kwenye cytosol na uanzishaji uliofuata wa ATPases ya kalsiamu.

6. Kutolewa kwa ioni za potasiamu na klorini kutoka kwa seli.

7. Kupungua kwa uwezo wa membrane (kwenye plasmalemma).

8. Kupungua kwa nguvu ya jumla ya usanisi wa biopolymer na

9. Kuzuia awali ya protini fulani.

10. Usanisi ulioimarishwa au usanisi wa kukosa kinachojulikana kama protini za kinga zinazoweza kuathiri pathojeni (chitinases,(3-1,3-glucanases, inhibitors ya proteinase, nk).

11. Kuimarishwa kwa awali ya vipengele vya kuimarisha ukuta wa seli - lignin, suberin, cutin, callose, protini yenye hydroxyproline.

12. Mchanganyiko wa misombo ya antipathogenic isiyo na tete -

phytoalexins.

13. Usanisi na kutengwa kwa misombo tete ya kuua bakteria na kuvu (hexenals, nonenals, terpenes na

Dr->- 14. Kuimarisha usanisi na kuongeza maudhui (au kulingana na

phenomenon) ya phytohormones ya mafadhaiko - abscisic, jasmonic, asidi ya salicylic, ethilini, mfumo wa homoni ya peptidi.

15. Kuzuia photosynthesis.

16. Ugawaji upya wa kaboni kutoka |4 CO2, iliyochukuliwa wakati wa usanisinuru, kati ya misombo mbalimbali - kupungua kwa kuingizwa kwa lebo katika misombo ya juu ya polima (protini, wanga) na sucrose na ongezeko (mara nyingi zaidi jamaa - kama asilimia ya kaboni iliyoingizwa) - katika alanine, malate, aspartate [Tarchevsky, 1964].

17. Kuongezeka kwa kupumua na kufuatiwa na kizuizi. Uanzishaji wa oxidase mbadala ambayo hubadilisha mwelekeo wa usafiri wa elektroni katika mitochondria.

18. Matatizo ya kimuundo - mabadiliko katika muundo mzuri wa punjepunje ya kiini, kupungua kwa idadi ya polysomes na dictyosomes, uvimbe wa mitochondria na kloroplasts, kupungua kwa idadi ya thylakoids katika kloroplasts, urekebishaji wa cyto-

mifupa

19. Apoptosis (kifo kilichopangwa) cha seli zilizo wazi kwa vimelea na zile zinazozunguka.

20. Muonekano wa kinachojulikana kama utaratibu usio maalum

upinzani mkubwa kwa vimelea katika maeneo ya mbali na tovuti ya mfiduo wa pathojeni (kwa mfano, viungo vya metameric) vya mmea.

Mabadiliko mengi yaliyoorodheshwa hapo juu ni matokeo ya "kuwasha" kwa idadi ndogo ya mifumo ya kuashiria isiyo mahususi na vifadhaiko.

Kwa kuongezeka kwa utafiti wa taratibu za mwitikio wa mimea kwa vimelea vya magonjwa, majibu mapya yasiyo mahususi ya seli za mimea yanagunduliwa. Hizi ni pamoja na njia za kuashiria zisizojulikana hapo awali.

Wakati wa kufafanua vipengele vya utendaji wa mifumo ya kuashiria, ni muhimu kukumbuka kuwa masuala haya ni sehemu ya tatizo la jumla zaidi la udhibiti wa utendaji wa genome. Ikumbukwe kwamba ulimwengu wa muundo wa flygbolag kuu za habari za seli viumbe mbalimbali- DNA na jeni - huamua kuunganishwa kwa njia hizo zinazotumikia utekelezaji wa habari hii [Grechkin, Tarchevsky, 2000]. Hii inahusu urudufishaji na unukuzi wa DNA, muundo na utaratibu wa utendaji wa ribosomu, pamoja na taratibu za udhibiti wa usemi wa jeni kwa kubadilisha hali ya kuwepo kwa seli kwa kutumia seti ya mifumo mingi ya kuashiria kwa kiasi kikubwa. Viungo vya mifumo ya kuashiria pia kimsingi ni umoja (asili, baada ya kupata wakati mmoja suluhisho bora la kimuundo na kazi kwa shida ya biochemical au habari, huihifadhi na kuiiga katika mchakato wa mageuzi). Mara nyingi, aina mbalimbali za ishara za kemikali zinazotoka kwa mazingira hunaswa na seli kwa usaidizi wa "antena" maalum - molekuli za protini za kipokezi ambazo hupenya utando wa seli na kujitokeza juu ya nyuso zake za nje na za ndani.

pande zake. Aina kadhaa za muundo wa vipokezi hivi vimeunganishwa katika seli za mimea na wanyama. Mwingiliano usio na mshikamano wa eneo la nje la kipokezi na molekuli moja au nyingine ya kuashiria inayotoka kwa mazingira yanayozunguka seli husababisha mabadiliko katika upatanisho wa protini ya kipokezi, ambayo hupitishwa hadi eneo la ndani, la saitoplazimu. Katika mifumo mingi ya kuashiria, G-protini za mpatanishi huwasiliana nayo - kitengo kingine cha mifumo ya kuashiria ambayo imeunganishwa (katika muundo na kazi zake). G-protini hufanya kazi za transducer ya ishara, kupeleka msukumo wa conformational wa ishara kwa kimeng'enya cha kuanzia maalum kwa mfumo fulani wa kuashiria. Enzymes ya kuanzia ya aina moja ya mfumo wa kuashiria katika vitu tofauti pia ni ya ulimwengu wote na ina kanda zilizopanuliwa na mlolongo sawa wa asidi ya amino. Mojawapo ya viungo muhimu zaidi vilivyounganishwa katika mifumo ya kuashiria ni kinasi ya protini (enzymes zinazohamisha mabaki ya mwisho ya asidi ya orthophosphoric kutoka ATP hadi protini fulani), iliyoamilishwa na bidhaa za kuanza kwa athari za kuashiria au derivatives zao. Protini zilizo na phosphorylated na kinasi ya protini ni viungo vinavyofuata katika minyororo ya ishara. Kiungo kingine kilichounganishwa katika mifumo ya kuashiria seli ni vipengele vya udhibiti wa unukuzi wa protini, ambavyo ni mojawapo ya viunga vya miitikio ya protini kinase. Muundo wa protini hizi pia umeunganishwa kwa kiasi kikubwa, na marekebisho ya muundo huamua uhusiano wa vipengele vya udhibiti wa unukuzi kwa mfumo mmoja au mwingine wa kuashiria. Phosphorylation ya mambo ya udhibiti wa unukuzi husababisha mabadiliko katika muundo wa protini hizi, uanzishaji wao na mwingiliano unaofuata na eneo la mkuzaji wa jeni fulani, ambayo husababisha mabadiliko katika ukali wa usemi wake (induction au ukandamizaji), na katika hali mbaya. , hadi “kuwasha” au “kuzima” baadhi ya chembe za urithi zisizo na sauti. Kupanga upya usemi wa seti ya jeni katika jenomu husababisha mabadiliko katika uwiano wa protini katika seli, ambayo ni msingi wa majibu yake ya kazi. Katika hali nyingine, ishara ya kemikali kutoka kwa mazingira ya nje inaweza kuingiliana na kipokezi kilicho ndani ya seli - kwenye cytosol au.

Mchele. 1. Mpango wa mwingiliano wa ishara za nje na vipokezi vya seli

1, 5, 6 - receptors ziko katika plasmalemma; 2,4 - receptors ziko katika cytosol; 3 - enzyme ya kuanzia ya mfumo wa kuashiria, iliyowekwa ndani ya plasmalemma; 5 - receptor iliyoamilishwa chini ya ushawishi wa mabadiliko yasiyo ya kawaida katika muundo wa sehemu ya lipid ya plasmalemma; SIB - protini zinazosababishwa na ishara; PTF - vipengele vya udhibiti wa transcription ya protini; i|/ - mabadiliko katika uwezo wa utando

msingi sawa (Mchoro 1). Katika seli za wanyama, ishara hizo ni, kwa mfano, homoni za steroid. Njia hii ya habari ina idadi ndogo ya viunzi, na kwa hivyo ina fursa chache za udhibiti na seli.

Metlitsky na wenzake, 1984; Metlitsky, Ozeretskovskaya, 1985; Kursano-va, 1988; Ilyinskaya et al., 1991; Ozeretskovskaya et al., 1993; Korableva, Platonova, 1995; Chernov et al., 1996; Tarchevsky, Chernov, 2000].

Miaka ya karibuni Tahadhari maalum inazingatia taratibu za molekuli za phytoimmunity. Imeonyeshwa hivyo

Wakati mimea imeambukizwa, mifumo mbalimbali ya kuashiria imeamilishwa ambayo huona, kuzidisha na kusambaza ishara kutoka kwa vimelea hadi kwa vifaa vya maumbile ya seli, ambapo usemi wa jeni za kinga hutokea, kuruhusu mimea kuandaa ulinzi wa kimuundo na kemikali kutoka kwa pathogens. Maendeleo katika eneo hili yanahusishwa na jeni za cloning, kuzifafanua muundo wa msingi(pamoja na maeneo ya wakuzaji), muundo wa proteni wanazosindika, utumiaji wa viamsha na vizuizi vya sehemu za kibinafsi za mifumo ya kuashiria, na vile vile mimea ya mutants na transgenic iliyo na jeni iliyoletwa inayohusika na usanisi wa washiriki katika mapokezi, usambazaji na ukuzaji. ya ishara. Katika utafiti wa mifumo ya uashiriaji wa seli za mimea, jukumu muhimu linachezwa na ujenzi wa mimea inayobadilika jeni na wakuzaji wa jeni za protini zinazoshiriki katika mifumo ya kuashiria.

Hivi sasa, mifumo ya kuashiria ya seli za mimea chini ya mkazo wa kibayolojia inasomwa sana katika Taasisi ya Biokemia. A.N. Bach RAS, Taasisi ya Kazan ya Biokemia na Biofizikia RAS, Taasisi ya Fizikia ya Mimea RAS, tawi la Pushchino la Taasisi ya Kemia ya Bioorganic RAS, Kituo cha Uhandisi wa Bioengineering RAS, Vyuo Vikuu vya Jimbo la Moscow na St. Chuo cha Sayansi ya Kilimo, Taasisi ya Utafiti wa All-Russian ya Phytopathology ya Chuo cha Kirusi cha Sayansi ya Kilimo, nk.

"Patholojia ya Mimea ya Kisaikolojia na Masi", "Mtambo wa Masi - Mwingiliano wa Microbe", "Mapitio ya Kila Mwaka ya Fiziolojia ya Mimea na Patholojia"). Wakati huo huo, katika maandiko ya ndani hakuna jumla ya kazi zinazotolewa kwa mifumo ya ishara ya seli, ambayo imesababisha mwandishi haja ya kuandika monograph iliyotolewa kwa wasomaji.

PATHOGENS NA ELISITORS

microorganisms kama mycoplasma; uyoga (chini:

Plasmodiophoromycetes, Chitridomycetes, Oomycetes: juu: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes).

awali ya enzymes ya kinga: phenylalanine ammonia lyase

Na anion peroxidase. Aina zisizo na mabawa za aina hii ndogo zilionekana kama matokeo ya upotezaji wa viungo hivi wakati wa mabadiliko ya fomu zenye mabawa. Daraja ndogo ni pamoja na maagizo 20 ya wadudu, kati ya ambayo kuna polyphages ambayo haina maalum kuhusiana na mmea, oligophages na monophages, ambayo maalum ya mwingiliano kati ya pathogen na mmea mwenyeji huonyeshwa wazi. Baadhi ya wadudu hula majani (jani lote la jani au skeletalizing jani), wengine hula kwenye shina (pamoja na kusaga shina kutoka ndani), ovari ya maua, matunda, na mizizi. Aphids na cicadas hunyonya maji kutoka kwa mishipa ya mishipa kwa kutumia proboscis au stylet.

Licha ya hatua zinazochukuliwa kupambana na wadudu, tatizo kubwa la kupunguza madhara wanayosababisha linaendelea kuwapo. Hivi sasa, zaidi ya 12% ya mazao ya kilimo kwenye sayari yanapotea kama matokeo ya kushambuliwa na vijidudu vya pathogenic,

nematodes na wadudu.

Uharibifu wa seli husababisha uharibifu wa yaliyomo yao, kwa mfano, misombo ya juu ya polymer, na kuonekana kwa molekuli za ishara za oligomeric. Hizi "kuanguka kwa meli" [Tarchevsky, 1993] hufikia seli za jirani na kusababisha mmenyuko wa kinga ndani yao, ikiwa ni pamoja na mabadiliko ya kujieleza kwa jeni na uundaji wa protini za kinga ambazo husimba. Mara nyingi uharibifu wa mitambo Maambukizi ya mimea yanafuatana na maambukizi yao, kwani uso wa jeraha hufungua kwa njia ambayo vimelea hupenya mmea. Kwa kuongeza, microorganisms phytopathogenic inaweza kuishi katika sehemu za kinywa cha wadudu. Inajulikana, kwa mfano, kwamba wabebaji wa maambukizo ya mycoplasma ni cicadas, ambayo fomu za watu wazima na mabuu hula kwenye juisi ya vyombo vya ungo wa mimea, kutoboa majani na proboscis-stylet yao.

Mchele. 2. Mpango wa mwingiliano kati ya seli ya pathogen na mmea wa jeshi / - cutinase; 2 - bidhaa za uharibifu wa vipengele vya cuticle (ikiwezekana

kuwa na sifa za kuashiria); 3 - (3-glucanase na glycosylases nyingine zilizotolewa na pathojeni; 4 - elicitors - vipande vya ukuta wa seli ya jeshi (CW); 5 - chitinases na glycosylases nyingine ambazo hufanya kazi kwa uharibifu kwenye CS ya pathogen; 6 - elicitors - vipande vya pathojeni. CS; 7 - phytoalexins - inhibitors ya proteinases, cutinases, glycosylases na enzymes nyingine za pathojeni; 8 - vitu vya sumu vya pathojeni; 9 - uimarishaji wa CS mwenyeji kutokana na uanzishaji wa peroxidases na kuongezeka kwa awali ya lignin, uwekaji wa protini za hydroxyproline na lectini; 10 - vishawishi vya hypersensitivity na necrosis ya seli za jirani; // - bidhaa za uharibifu wa cutin zinazofanya kazi kwenye seli ya pathojeni.

shina vijana. Roseate leafhopper, tofauti na wanachama wengine wa leafhopper, hunyonya yaliyomo ya seli. Cicadas husababisha uharibifu mdogo kwa tishu za mimea kuliko wadudu wanaokula majani, hata hivyo, mimea inaweza kukabiliana nayo kwa njia sawa na maambukizi ya mimea inayohusishwa.

Baada ya kuwasiliana na mimea, seli za pathogen hutoa misombo mbalimbali ambayo inahakikisha kupenya kwao kwenye mmea, lishe na maendeleo (Mchoro 2). Baadhi ya misombo hii ni sumu ambayo vimelea vya magonjwa hutoa ili kudhoofisha upinzani wa mwenyeji. Hivi sasa, zaidi ya sumu 20 maalum za mwenyeji zinazozalishwa na fungi ya pathogenic zimeelezwa.

Mchele. 3. Mchanganyiko wa Phytotoxic kutoka Cochlio-bolus carbonum

Bakteria na kuvu pia huzalisha sumu zisizo za kuchagua, hasa fusicoccin, erichosetene, coronatine, phase-olotoxin, syringomycin, tabtoxin.

Mojawapo ya sumu maalum za mwenyeji hutolewa

Pyrenophora triticirepentis ni protini 13.2 kDa, zingine ni bidhaa za kimetaboliki ya sekondari na anuwai ya miundo - hizi ni polyketides, terpenoids, saccharides, peptidi za mzunguko, nk.

Kama sheria, hizi za mwisho ni pamoja na peptidi ambazo usanisi wake hufanyika nje ya ribosomu na ambayo ina mabaki ya asidi ya D-amino. Kwa mfano, sumu ya mwenyeji maalum kutoka kwa Cochliobolus carbonum ina muundo wa mzunguko wa tetrapeptidi (D-npo-L-ana-D-ana-L-A3JJ), ambapo ufupisho wa mwisho unasimama kwa 2-amino-9,10-epoxy- 8-oxo-de -kanoic asidi (Mchoro 3). Sumu hiyo hutolewa katika seli za pathojeni kwa kutumia synthase ya sumu. Upinzani wa kiwanja hiki kwenye mahindi hutegemea usimbaji wa jeni unaotegemea NADPH-carbonyl reductase, ambayo hupunguza kundi la carbonyl, na kusababisha

kulemaza kwa sumu. Ilibadilika kuwa katika mmea wa mwenyeji sumu husababisha kizuizi cha histone deacetylases na, kama matokeo, histone overacetylation. Hii inakandamiza mwitikio wa ulinzi wa mmea unaosababishwa na maambukizi ya pathojeni.

Aina nyingine ya misombo iliyofichwa na pathogens inaitwa elicitors (kutoka kwa Kiingereza elicit - kutambua, kusababisha). Neno la pamoja "elicitor" lilipendekezwa kwanza mwaka wa 1972 ili kuashiria ishara za kemikali zinazotokea katika maeneo ya maambukizi ya mimea na microorganisms pathogenic, na imeenea.

Elicitors hufanya jukumu la ishara za msingi na kuamsha mtandao tata wa michakato ya induction na udhibiti wa phytoimmunity. Hii inaonyeshwa katika awali ya protini za kinga, antibiotics ya mimea isiyo na tete - phytoalexins, katika kutolewa kwa misombo ya tete ya antipathogenic, nk Hivi sasa, muundo wa elicitors nyingi za asili zimejulikana. Baadhi yao huzalishwa na vijidudu, wengine (elicitors za sekondari) huundwa wakati wa kuvunjika kwa enzymatic ya misombo ya juu-polymer ya cuticle na polysaccharides ya kuta za seli za mimea na vijidudu, zingine ni phytohormones ya mafadhaiko, ambayo mchanganyiko wake katika mimea ni. husababishwa na vimelea vya magonjwa na vifadhaiko vya abiogenic. Elicitors muhimu zaidi ni pamoja na misombo ya protini iliyotolewa na bakteria ya pathogenic na fungi, pamoja na protini za bahasha za virusi. Vichochezi vya protini vilivyosomwa zaidi vinaweza kuchukuliwa kuwa ndogo (10 kDa), kihafidhina, haidrophilic, elicitins iliyoboreshwa ya cysteine, iliyotolewa na spishi zote zilizosomwa.

Phytophthora na Pythium. Hizi ni pamoja na, kwa mfano, cryptogein.

Elisitini husababisha hypersensitivity na kifo cha seli zilizoambukizwa, haswa katika mimea ya jenasi Nicotiana. Uundaji mkubwa zaidi wa elicitins na blight ya marehemu hutokea wakati wa ukuaji wa micro-.

Ilibainika kuwa elicitins wana uwezo wa kusafirisha sterols kwenye membrane, kwa kuwa wana tovuti ya kuunganisha sterol. Fungi nyingi za pathogenic wenyewe haziwezi kuunganisha sterols, ambayo inafanya wazi jukumu la elicitins si tu katika lishe ya microorganisms, lakini pia katika kushawishi majibu ya kinga katika mimea. Kichochezi cha 42 kDa glycoprotein kilitengwa kutoka kwa ugonjwa wa kuchelewa. Shughuli yake na kumfunga kwa kipokezi cha protini ya utando wa plasma, aina ya monomeriki ambayo ni protini ya kDa 100, ilihakikishwa na kipande cha oligopeptidi cha mabaki 13 ya amino asidi. Peptidi ya elicitor maalum ya mbio inayojumuisha mabaki 28 ya asidi ya amino yenye vikundi vitatu vya disulfidi ilipatikana kutoka kwa kuvu ya phytopathogenic Cladosporium fulvum, na peptidi iliundwa kutoka kwa kitangulizi kilicho na 63 amino asidi. Kipengele hiki cha avirulence kilionyesha homolojia ya muundo na idadi ya peptidi ndogo, kama vile vizuizi vya carboxypeptidase na vizuizi vya njia ya ioni, na kufungwa na protini ya kipokezi cha plasmalemma, ambayo inaonekana kusababisha urekebishaji wake, dimerization na usambazaji wa msukumo wa ishara kwa mifumo ya kuashiria. Kutoka kwa protini kubwa ya awali ya Cladosporium fulvum, inayojumuisha amino asidi 135, usindikaji wa baada ya kutafsiri hutoa protini ya elicitor ya 106 amino asidi. Protini zinazozalishwa na kuvu ya kutu Uromyces vignae ni polipeptidi mbili ndogo, 5.6 na 5.8 kDa, zenye sifa tofauti na elicitins nyingine. Miongoni mwa vichochezi vya protini vya bakteria, harpins ndizo zilizosomwa zaidi

Bakteria nyingi za phytopathogenic huzalisha oligopeptides ya elicitor (iliyoundwa na synthetic yao

analogues za Kichina), sambamba na mikoa iliyohifadhiwa zaidi ya protini - flagellin,

ambayo ni sababu muhimu ya virusi kwa bakteria hawa. Protini mpya ya elicitor imetengwa kutoka kwa Erwinia amylovora, eneo la C ambalo ni sawa na enzyme pectate lyase, ambayo inaweza kusababisha kuonekana kwa vipande vya oligomeric ya elicitor - bidhaa za uharibifu wa pectini. Bakteria ya pathogenic Erwinia carotovora huondoa harpin ya protini ya elicitor na vimeng'enya vya pectate lyase, selulasi, polygalacturonase na proteases, ambayo hufanya hidrolize vipengele vya polymeric vya kuta za seli za mmea wa jeshi (ona Mchoro 2), na kusababisha kuundwa kwa molekuli za oligomeric elicitor. . Inafurahisha, pectate lyase, iliyofichwa na Erwinia chrysanthemi,

shughuli iliyopatikana kama matokeo ya usindikaji wa nje ya seli. Baadhi ya lipids na derivatives zao pia zimeainishwa kama

vichochezi, haswa asidi ya mafuta ya polyunsaturated yenye kaboni 20 ya baadhi ya vimelea vya magonjwa - asidi ya arachidonic na asidi ya eicosapentaenoic [Ilyinskaya et al., 1991; Ozerets-kovskaya et al., 1993; Ozeretskovskaya, 1994; Gilyazetdinov et al., 1995; Ilyinskaya et al., 1996a, b; Ilyinskaya, Ozeretskovskaya, 1998], na derivatives zao za oksijeni. Kazi ya ukaguzi [Ilyinskaya et al., 1991] inatoa muhtasari wa data juu ya athari ya lipids (lipoproteini) inayozalishwa na kuvu ya pathogenic kwenye mimea. Ilibadilika kuwa sio sehemu ya protini ya lipoproteini ambayo ina athari ya elicitor, lakini sehemu yao ya lipid, ambayo ni arachidonic (eicosatetraenoic) na asidi ya eicosopentaenoic, ambayo sio tabia ya mimea ya juu. Walisababisha kuundwa kwa phytoalexins, necrosis ya tishu na upinzani wa mimea ya utaratibu kwa vimelea mbalimbali. Bidhaa za mabadiliko ya lipoxygenase katika tishu za mmea za asidi ya mafuta ya C20 (hydroperoxy-, hydroxy-, oxo-, derivatives ya cyclic, leukotrienes), iliyoundwa katika seli za mmea mwenyeji kwa msaada wa enzyme ya lipoxygenase tata (substrates ambayo inaweza kuwa. C,8 na C20 asidi ya mafuta ya polyene) yalikuwa na athari kubwa kwenye mwitikio wa ulinzi wa mimea. Hii inaonekana kuelezewa na ukweli kwamba hakuna oksijeni katika mimea isiyoambukizwa.

derivatives ya asidi 20 ya mafuta ya kaboni, na kuonekana kwao kama matokeo ya maambukizi husababisha matokeo makubwa, kama vile malezi ya necrosis karibu na seli zilizoambukizwa, ambayo hujenga kizuizi cha kuenea kwa vimelea katika mmea.

Kuna ushahidi kwamba uingizaji wa pathojeni wa shughuli za lipoxygenase ulisababisha kuundwa kwa majibu ya mimea hata katika kesi wakati elicitor hakuwa na asidi ya mafuta ya C20 na substrate ya shughuli ya lipoxygenase inaweza tu kuwa asidi yake ya mafuta ya polyene C18, na bidhaa zilikuwa. octadecanoids, sio eicosanoids. Syringolides [L et al., 1998] na cerebrosides, misombo ya sphingolipid, pia ina mali ya elicitor. Cerebrosides A na C zilizotengwa kutoka Magnaporthe grisea ndizo zile zinazotumika sana katika mimea ya mpunga. Bidhaa za uharibifu wa cerebroside (esta za methyl asidi ya mafuta, besi za sphingoid, besi za glycosyl-sphingoid) hazikuonyesha shughuli za watoaji wasomi.

Baadhi ya elicitors huundwa kama matokeo ya hatua ya hydrolases iliyofichwa na vimelea kwenye tishu za mimea. Madhumuni ya hydrolases ni mbili. Kwa upande mmoja, hutoa lishe kwa vimelea muhimu kwa maendeleo na uzazi wao, kwa upande mwingine, hupunguza vikwazo vya mitambo ambavyo vinasimama kwa njia ya pathogens kuingia kwenye makazi yao katika mimea.

Kizuizi kimoja kama hicho ni cuticle, ambayo kimsingi inajumuisha heteropolymer ya cutin iliyowekwa kwenye nta. Zaidi ya monoma 20 zinazounda cutin zimegunduliwa

Hizi ni asidi iliyojaa na isiyojaa mafuta na alkoholi za urefu tofauti, pamoja na hidroksidi na epoxidated, asidi ya dicarboxylic ya mnyororo mrefu, nk. Katika cutin, wengi wa vikundi vya msingi vya pombe hushiriki katika uundaji wa vifungo vya ester, pamoja na baadhi ya makundi ya pombe ya sekondari ambayo hutoa viungo vya msalaba kati ya minyororo na pointi za matawi katika polima. Sehemu ya polima nyingine ya "kizuizi", suberin, iko karibu na utungaji kwa cutin. Tofauti yake kuu ni kwamba asidi ya mafuta ya bure ni sehemu kuu ya waxes ya subberic, wakati kuna wachache sana katika cutin. Aidha, katika Suberina

Kuna pombe nyingi za C22 na C24, wakati cutin ina C26 na C28. Ili kuondokana na kizuizi cha mitambo ya uso wa mimea, fungi nyingi za pathogenic huweka enzymes ambayo hidrolize cutin na sehemu ya vipengele vya suberin. Bidhaa za mmenyuko wa cutinase zilikuwa asidi mbalimbali za mafuta na alkoholi zenye oksijeni, hasa 10,16-dihydroxy-Sk- na 9,10,18-trihydroxy-C|8-asidi, ambazo ni molekuli za ishara zinazochochea uundaji na kutolewa kwa ziada. kiasi cha cutinase, "kuoza" cutin na kuwezesha kupenya kwa kuvu ndani ya mmea. Ilibainika kuwa kipindi cha kuchelewa kwa kuonekana kwa cutinase mRNA kwenye Kuvu baada ya kuanza kwa malezi ya asidi ya di- na trihydroxy iliyotajwa hapo juu ni dakika 15 tu, na kipindi cha kuchelewa kwa kutolewa kwa cutinase ya ziada ni mara mbili zaidi. ndefu. Uharibifu wa jeni la cutinase katika Fusarium solani ulipunguza sana hatari ya kuvu hii. Kuzuia cutinase kwa kutumia kemikali au kingamwili kulizuia maambukizi ya mimea. Dhana kwamba bidhaa za uharibifu wa cutin zilizo na oksijeni zinaweza kufanya sio tu kama vichochezi vya uundaji wa cutinase katika pathojeni, lakini pia kama vichochezi vya athari za ulinzi katika mmea mwenyeji [Tarchevsky, 1993] ilithibitishwa baadaye.

Baada ya kupenya kwa microorganisms pathogenic kwa njia ya cuticle, baadhi yao huhamia kwenye mishipa ya mimea ya mimea na kutumia zilizopo huko kwa maendeleo yao. virutubisho, huku nyingine zikisafirishwa ndani ya seli hai za mwenyeji. Kwa hali yoyote, pathogens hukutana na kizuizi kingine cha mitambo - kuta za seli, zinazojumuisha polysaccharides mbalimbali na protini na katika hali nyingi zimeimarishwa na polymer ngumu - lignin [Tarchevsky, Marchenko, 1987; Tarchevsky, Marchenko, 1991]. Kama ilivyoelezwa hapo juu, ili kuondokana na kizuizi hiki na kutoa maendeleo yao na lishe ya kabohaidreti na nitrojeni, vimelea hutoa vimeng'enya ambavyo hubadilisha polysaccharides na protini za ukuta wa seli.

Uchunguzi maalum umeonyesha kuwa wakati wa mwingiliano wa bakteria na tishu za mmea wa mwenyeji, enzymes

uharibifu hauonekani wakati huo huo. Kwa mfano, pectylmethylesterase pia ilikuwepo katika Erwinia carotovora subsp isiyo na chembechembe. atroseptia katika tishu za mizizi ya viazi, wakati polygalacturonase, pectate lyase, cellulase, protease na xylanase shughuli zilionekana, kwa mtiririko huo, 10, 14, 16, 19 na 22 masaa baada ya chanjo.

Ilibadilika kuwa bidhaa za uharibifu wa oligosaccharide za polysaccharides za ukuta wa seli za mimea zina mali ya elicitor. Lakini oligosaccharides hai pia inaweza kuundwa na polysaccharides ambayo ni sehemu ya kuta za seli za pathogens. Inajulikana kuwa moja ya njia za kulinda mimea kutoka kwa vijidudu vya pathogenic ni malezi baada ya kuambukizwa na kutolewa nje ya plasmalemma ya enzymes - chitinase na β-1,3-glucanase, ambayo hubadilisha chitin cha polysaccharides na β-1,3- polyglucans ya kuta za seli za pathogens, ambayo inasababisha kukandamiza ukuaji na maendeleo yao. Ilibainika kuwa bidhaa za oligosaccharide za hidrolisisi hiyo pia ni vichochezi hai vya athari za ulinzi wa mmea. Kutokana na hatua ya oligosaccharides, upinzani wa mimea kwa maambukizi ya bakteria, vimelea au virusi huongezeka.

Makala kadhaa ya mapitio yanajitolea kwa oligosaccharide elicitors, muundo wao, shughuli, vipokezi, "kuwasha" kwao kwa mifumo ya kuashiria seli, uingizaji wa kujieleza kwa jeni za kinga, awali ya phytoalexins, athari za hypersensitivity na majibu mengine ya mimea.

Katika maabara ya Elbersheim, na kisha katika maabara zingine kadhaa, ilionyeshwa kuwa oligoglycosides iliyoundwa kama matokeo ya uharibifu wa endoglycosidase ya hemicellulose na vitu vya pectin vya mimea, chitin na chitosan ya kuvu, inaweza kuchukua jukumu la vitu vyenye biolojia. . Imependekezwa hata kuzingatiwa kuwa darasa jipya la homoni ("oligosaccharins", kinyume na oligosaccharides, ambazo hazina shughuli). Uundaji wa oligosaccharides kama matokeo ya hidrolisisi ya polysaccharides, na sio wakati wa usanisi kutoka kwa monosaccharides, ilionyeshwa na mfano.

AB11 na AB12 zina jukumu muhimu katika uanzishaji wa ABA

njia ya ishara ya bafuni. Uwezeshaji unaotegemea pH na Mg2+-tegemezi ulizingatiwa.

uokoaji ABU.

Lengo kuu la phosphatase ya protini ya MP2C ni MAPKKK, ambayo imeamilishwa chini ya ushawishi wa matatizo mbalimbali. Umaalumu huu unaeleweka ikiwa tutazingatia kwamba baadhi ya fosfati za protini zina tovuti zinazofungamana na kinasi zao za protini zinazolingana

Kuashiria washiriki

mifumo ya seli za asili. Hii inafanya uwezekano wa kuhakikisha kuwepo kwa protini kinase-protini phosphatase tata na kwa wakati na kwa ufanisi kuzuia mabadiliko na usambazaji wa msukumo wa ishara kwenye genome. Kanuni ya uendeshaji wa utaratibu huu ni rahisi sana: mkusanyiko wa kinase fulani ya protini - kati ya mnyororo wa ishara - huamsha phosphatase ya phosphoprotein na kusababisha dephosphorylation (inactivation) ya protini kinase. Kwa mfano, uanzishaji wa kinasi fulani za protini unaweza kusababisha phosphorylation na uanzishaji wa phosphatase ya protini inayolingana. Wakati wa kujifunza utendaji wa phosphatases ya protini, inhibitors maalum hutumiwa mara nyingi, kwa mfano asidi okadaic na calyculin.

MAMBO YA UDHIBITI WA NUKUZI

Mchanganyiko wa RNA za mjumbe huchochewa na polimasi za RNA zinazotegemea DNA, ambazo ni mojawapo ya miundo mikubwa ya protini, inayojumuisha vijisehemu viwili vikubwa na vidogo 5-13, ambavyo huamuliwa na utata na umuhimu wa kazi zao. Vitengo hivi vina vihafidhina. mfuatano wa asidi ya amino, hasa au kwa kiwango kidogo kinachojulikana kwa wanyama na mimea, shughuli ya polimerasi ya iRNA na utambuzi wa jeni zilizonakiliwa hudhibitiwa na aina kadhaa za protini. Vipengele vya udhibiti wa unukuzi vimepewa kipaumbele zaidi." Protini hizi zinaweza kuingiliana na protini zingine, pamoja na zile zinazofanana, hubadilisha muundo wakati wa kufyonza asidi ya amino kadhaa, [kutambua mlolongo wa udhibiti wa nyukleotidi katika maeneo ya kukuza jeni, ambayo husababisha mabadiliko katika ukubwa wa usemi wao. : Ni vipengele vya udhibiti wa unukuzi ambavyo huelekeza RNA -polymerase hadi mahali pa unukuzi wa jeni husika (au seti ya jeni), bila kushiriki moja kwa moja katika kitendo cha kichocheo cha usanisi wa mRNA.

Katika viumbe vya wanyama, vipengele vya kimuundo vya zaidi ya vipengele elfu 1 vya udhibiti wa unukuzi vimedhamiriwa. Kuunganisha jeni zao kulichangia kupata habari iliyoruhusu uainishaji wa protini hizi.

Vipengele vyote vya udhibiti wa unukuzi vina vikoa vitatu kuu. Kikoa kilichohifadhiwa zaidi ni kikoa kinachofunga DNA. Mlolongo wa asidi ya amino ndani yake huamua utambuzi wa mlolongo fulani wa nyukleotidi katika wakuzaji wa jeni.

Kulingana na homolojia ya miundo ya msingi na ya sekondari ya kikoa cha DNA-binding, vipengele vya udhibiti wa transcription vinagawanywa katika superclasses nne: 1) na nyanja zilizoboreshwa katika asidi ya amino ya msingi; 2) na vikoa vinavyofunga DNA vinavyoratibu ioni za zinki - "vidole vya zinki"; 3) na vikoa vya aina ya helix-turn-helix; 4) yenye vikoa vya |3-aina ya kiunzi, ikitengeneza miunganisho na mkondo mdogo wa DNA [Patrushev, 2000]. Kila darasa kuu limegawanywa katika madarasa, familia na familia ndogo. Maarufu katika daraja la kwanza ni vipengele vya udhibiti wa unukuzi na vikoa vya zipu ya leusini, ambavyo ni os-helis ambapo kila asidi ya saba ya amino ni leusini inayojitokeza kutoka upande mmoja wa hesi. Mwingiliano wa haidrofobu wa mabaki ya leusini ya molekuli moja yenye hesi sawa ya molekuli nyingine hutoa dimerization (kwa mlinganisho na zipu) ya vipengele vya udhibiti wa unukuzi muhimu kwa mwingiliano na DNA.

Katika daraja la 2, vidole vya zinki ni mlolongo wa asidi ya amino iliyo na mabaki manne ya cysteine ambayo yana athari ya kuratibu kwenye ioni ya zinki. Vidole vya zinki vinaingiliana na groove kuu ya DNA. Katika darasa lingine la darasa hili kubwa, muundo wa "vidole vya zinki" hutolewa na mabaki mawili ya cysteine na mabaki mawili ya histidine (Mchoro 5); katika darasa lingine, uratibu wa ioni mbili za zinki kwenye "kidole" kimoja hufanywa. na mabaki sita ya cysteine. Vidokezo vya vidole vya zinki huwasiliana na groove kuu ya DNA.

Utafiti wa muundo wa mambo ya udhibiti wa transcription katika mimea ilifanya iwezekanavyo kuanzisha homolojia na protini za aina hii, tabia ya vitu vya wanyama. Sababu za kawaida za udhibiti wa unukuzi zina vipengele vitatu vifuatavyo vya kimuundo: Kufunga DNA, oligomerization na vikoa vya udhibiti. Aina moja za vipengele vya unukuzi hazifanyi kazi, tofauti na aina za dimeric (oligomeric). Uundaji wa fomu za oligomeric hutanguliwa na phosphorylation ya fomu za monomeric katika cytosol, kisha ushirikiano wao hutokea na kisha utoaji kwenye kiini au kutumia.

Mchele. 5. Muundo wa kipengele cha udhibiti wa uandishi wa "kidole cha zinki".

G - mabaki ya histidine; C-S - mabaki ya cysteine

protini maalum za usafirishaji au kwa sababu ya mwingiliano na protini za vipokezi kwenye vinyweleo vya utando wa nyuklia, baada ya hapo husafirishwa hadi kwenye kiini na kuingiliana na maeneo ya mkuzaji.

jeni zinazolingana. "Mambo ya udhibiti wa unukuzi husimbwa na familia zenye jeni nyingi, na usanisi wao unaweza kuchochewa na vimelea vya magonjwa na vishawishi, na shughuli zao kubadilishwa kutokana na urekebishaji wa baada ya kutafsiri (hasa phosphorylation au dephosphorylation).

Hivi sasa, hifadhidata inayopanuka kila wakati imeundwa kwenye muundo wa vipengele mbalimbali vya udhibiti wa unukuzi na jeni zao katika mimea. Imeonekana kuwa umaalumu wa kuunganisha DNA huamuliwa na mfuatano wa asidi ya amino ya maeneo ya shina na kitanzi katika zipu za leucine zilizotajwa tayari, ambazo zinawakilisha mojawapo ya makundi mengi na yaliyohifadhiwa ya vipengele vya udhibiti wa unukuzi wa yukariyoti. Sababu za udhibiti wa unukuzi mara nyingi huainishwa kulingana na muundo wa vikoa vinavyofunga DNA, ambavyo vinaweza kujumuisha mlolongo wa asidi ya amino ya helical, "vidole vya zinki" - maeneo yenye cysteine na mabaki mawili ya histidine au mabaki mengi ya cysteine, nk. Katika mimea, moja hadi nne "vidole vya zinki" hupatikana katika vikoa vinavyofunga DNA vya vipengele vya udhibiti wa transcription.

Utaratibu wa mwingiliano wa vipengele vya udhibiti wa unukuzi na polima za RNA zinazotegemea DNA na maeneo ya vikuza jeni bado ni mojawapo ya matatizo muhimu na ambayo bado hayajasomwa vya kutosha katika utendakazi wa jenomu ya seli. Taarifa kuhusu vitu vya mimea ni chache sana.

Mabadiliko katika vipengele vya udhibiti wa jeni katika wanyama vinaweza kusababisha magonjwa fulani.

Washiriki wa familia ya jeni zinazosimba vipengele vya udhibiti wa unukuzi wa zipu ya leusini vimeelezwa kwenye mimea. Imeonyeshwa kuwa vipengele vya unukuzi vya aina hii vinahusika na uundaji wa protini za kinga za antipathogenic zinazosababishwa na salicylate na kwamba mabadiliko katika jeni hizi husababisha kupoteza uwezo wa kuunganisha protini hizi.

PROMOTER WA JINI ZA KUSAINI MIFUMO PROTINI NA PROTINI ZA KINGA

Hivi sasa, muundo wa mikoa ya kukuza ya jeni inayohusika na kupata kinga kwa vimelea mbalimbali vya magonjwa inasomwa sana. Ukweli wa usanisi wa karibu wakati huo huo wa idadi ya protini zinazoweza kushawishi pathojeni umevutia umakini kwa muda mrefu: Hii inaweza kusababishwa na tofauti ya njia za kuashiria katika mfumo mmoja wa kuashiria, ambayo husababisha kuanzishwa kwa aina kadhaa za sababu za udhibiti wa unukuzi, au kwa "kuwasha" ya mifumo kadhaa ya kuashiria na elicitor moja au nyingine, ambayo, inafanya kazi kwa sambamba, huamsha aina kadhaa za vipengele vya udhibiti wa transcription na, kwa sababu hiyo, hushawishi usemi wa aina kadhaa za protini za kinga. Inawezekana pia kwamba waendelezaji wa jeni wa protini kadhaa za kibinafsi wana muundo sawa wa vipengele vya udhibiti, ambayo husababisha kujieleza kwao kwa wakati mmoja hata katika kesi ya uanzishaji wa ishara ya mwakilishi mmoja wa vipengele vya udhibiti wa transcription.1

Chaguo la mwisho hutokea wakati mimea inakabiliwa na dhiki ya phytohormone ethilini, wakati kipengele cha udhibiti wa transcription kinaingiliana na sanduku la GCC la mikoa ya waendelezaji wa jeni kadhaa za ethylene-inducible, ambayo inahakikisha uundaji zaidi au chini ya wakati huo huo wa kundi zima la ethylene-inducible. protini. Kanuni hii ya usanisi wa kundi la protini za kinga hutekelezwa wakati seli hujibu vichochezi au vichochezi mbalimbali (phytohormones za mkazo pia zinaweza kuainishwa kama vichochezi vya pili). Kwa mfano, chini ya ushawishi wa halijoto ya juu, unukuzi wa kikundi cha jeni zilizo na kanuni za kawaida katika maeneo ya waendelezaji wao hutolewa.

tor kipengele HSE (kipengele cha mshtuko wa joto), haipo katika jeni zingine. Mchoro huu ulithibitishwa kwa kutumia mbinu ya kuunda jeni mseto na kikuza jeni cha mshtuko wa joto pamoja na jeni nyingine ambayo kwa kawaida haibadilishi ukubwa wa kujieleza inapokabiliwa na halijoto ya juu. Katika kesi ya mimea ya transgenic, usemi wake ulianza. Katika seli za yukariyoti, maeneo ya wakuzaji yaliyo na mpangilio sawa wa nyukleotidi pia hupatikana katika jeni mbalimbali zinazochochewa na wa kati sawa (mjumbe wa pili) wa mifumo ya kuashiria, kwa mfano, cyclic AMP. Katika kesi ya mwisho, mlolongo wa ishara wa nyukleotidi za eneo la mkuzaji huteuliwa CRE (kipengele cha majibu cha AMP).

Katika Arabidopsis, mfumo wa glucocorticoid wa kuamsha sababu za udhibiti wa unukuzi uligunduliwa, ujumuishaji ambao ulisababisha usemi wa jeni za kinga zinazosababishwa na pathojeni [N. Kang et al., 1999]. Mifuatano ya kawaida ya nyukleotidi katika G-box pro-

motors walikuwa CCACGTGG, na katika C-sanduku - TGACGTCA.

Virusi vya mosaic ya tumbaku na asidi ya salicylic ilisababisha uingizaji wa jeni mbili za vipengele vya udhibiti wa transcription ya darasa la WRKY katika mimea ya tumbaku, kutambua mlolongo fulani wa nucleotide katika mikoa ya kukuza jeni za kinga - TTGAC (W-box). Uamilisho wa vipengele hivi vya udhibiti wa unukuzi ulikamilishwa kupitia fosforasi yao na kinasi ya protini. Protini zote za darasa la WRKY, tofauti na aina nyingine za vipengele vya unakili (kama vile bZIP na myb), zina kikoa kilichohifadhiwa kilicho na kimeng'enya cha heptameric.

kitambulisho WRKYGQK .

(Mojawapo ya vikoa vya kipengele cha udhibiti wa unukuzi unaohusika na mabadiliko ya mawimbi ya jasmonati huwezesha eneo la udhibiti wa kiendelezaji cha jeni kadhaa za kusimba protini za jasmonate- na elicitor-inducible, hasa sintosidine synthase. Ilibainika kuwa N-terminal kikoa chenye tindikali cha kipengele cha udhibiti wa unukuzi kina athari ya kuwezesha , na kikoa cha C-terminal -I kilichoboreshwa katika mabaki ya serine ni kizuizi.

Imeonyeshwa kuwa mkuzaji wa jeni la phenylalanine ammonia lyase (enzyme muhimu zaidi ya kuanzia ya mchakato wa kimetaboliki yenye matawi ya usanisi wa misombo inayocheza jukumu la kinga - salicylate, asidi ya phenolic, phenylpropanoid phytoalexins na lignin) ina nakala mbili za mikoa iliyoboreshwa. na marudio ya AC.

Wakati wa kusoma mkuzaji wa jeni kwa enzyme nyingine inayounganisha phytoalexins - chalcone synthase, katika tamaduni za seli za maharagwe, tumbaku na mchele, iligundulika kuwa sanduku la G (CACGTG) katika mkoa kutoka -74 hadi -69 jozi za nucleotide na H. -sanduku (CCTAC) hushiriki katika uanzishaji wa promota ) katika kanda kutoka -61 hadi -56 na kutoka -126 hadi -121 jozi za nyukleotidi.

Katika majaribio mengine, iligundua kuwa chini ya ushawishi wa watoaji, usemi wa jeni la synthase chalcone katika mimea ya pea inategemea eneo la mtangazaji kutoka -242 hadi -182 jozi za nucleotide, ambapo mikoa miwili ina mlolongo wa AT sawa -TAAAAATAST-, na mmoja wao iko katika mkoa kutoka -242 hadi -226, ilikuwa muhimu kwa usemi wa shughuli za juu za jeni.

Mkuzaji wa jeni la sintosidine synthase, mojawapo ya vimeng'enya muhimu vinavyoweza kuingizwa na elicitor katika usanisi wa terpenoid phytoalexins, ina eneo lililoamilishwa na vipengele vya udhibiti wa unukuzi kutoka -339 hadi -145 jozi za nyukleotidi. Kisanduku cha G kilicho karibu na jozi ya nyukleotidi -105 hakikuathiri shughuli za mtangazaji.

Wakati wa kusoma shughuli za jeni |3-1,3-glucanase katika mimea ya tumbaku, iligundulika kuwa inategemea eneo la mkuzaji kutoka -250 hadi -217 jozi za nucleotide, zilizo na mlolongo -GGCGGC-, tabia ya waendelezaji wa jeni zinazosimba alkali-inducible pathogen-

protini yoyote.

Kinachojulikana kama PR-box ya maeneo ya wakuzaji wa protini nyingi zinazoweza kuathiriwa na pathojeni huwa na mlolongo (5"-AGCCGCC-3"), ambapo vipengele vinavyolingana vya udhibiti wa unukuzi hufunga, ambayo husababisha mwonekano wa jeni za protini hizi. , hasa endochitinases na P-1,3-glucanases katika mimea ya nyanya.

Jeni nyingi za protini zinazoweza kuingiza pathojeni huwa na kinachojulikana kama vipengele vya ocs katika vikuzaji vyao, ambavyo vipengele vya udhibiti wa unukuzi ambavyo vina zipu za leusini katika muundo wao huingiliana. Katika mimea ya Arabidopsis, vipengele vya udhibiti wa unukuzi vinavyohusika na kupitisha mawimbi ya ethilini hufunga kwenye kisanduku cha GCC na vipengele vya ocs vya wakuzaji, ambayo hupelekea kujieleza kwa idadi ya protini za kinga.

Utafiti wa mimea ya tumbaku ya transgenic yenye promota wa chitinase ya alkali na jeni ya mwandishi wa GUS ulibaini kuwa eneo la mkuzaji lililoamilishwa na mawimbi ya ethilini iko kati ya -503 na -358 jozi za nyukleotidi, ambapo kuna nakala mbili za sanduku la GCC (5"- TAAGGCGCCC-3"), ambayo ina sifa -

ren kwa waendelezaji wa protini nyingi zinazoweza kuingizwa na ethilini. Uchambuzi zaidi ulionyesha kuwa eneo la mkuzaji linalohusika na majibu ya ethilini yenye nakala mbili za sanduku la GCC iko kati ya -480 na -410 jozi za nyukleotidi.

Wakati wa kusoma majibu ya mimea ya tumbaku kwa matibabu na ethylene na kuambukizwa na virusi vya mosaic, iligundulika kuwa shughuli ya mkuzaji wa jeni (3-1,3-glucanase) inategemea eneo lililo kati ya -1452 na -1193 jozi za nucleotide, ambapo kuna nakala mbili za heptanucleotide

5-AGCGCCC-3" . Imepatikana na ya ziada

maeneo muhimu kwa udhibiti wa shughuli za waendelezaji.

Washawishi, vipokezi vya kuelimisha, protini za G, kinasi za protini, phosphatasi ya protini, vipengele vya udhibiti wa unukuzi na maeneo yanayolingana ya vikuzaji jeni vilivyojadiliwa hapo juu hushiriki katika utendakazi wa mifumo kadhaa ya kuashiria seli, ambapo mwitikio wao kwa mawimbi ya asili tofauti. na ukubwa hutegemea: adenylate cyclase, MAP- kinase, phosphatidate, calcium, lipoxygenase, NADPH oxidase, NO synthase na protoni.

MFUMO WA SAINI WA ADENYLATE CYCLASE

Mfumo huu wa kuashiria ulipata jina lake kutoka kwa enzyme ya adenylate cyclase, inayojulikana kwanza na Sutherland, ambayo huchochea uundaji wa ishara kuu ya kati ya mfumo huu - cyclic adenosine monophosphate (cAMP). Mpango wa mfumo wa adenylate cyclase ni kama ifuatavyo: ishara ya nje ya kemikali, kwa mfano homoni au kichochezi, inaingiliana na kipokezi cha protini ya plasmalemma, ambayo husababisha uanzishaji wa G-protini (kumfunga GTP) na usambazaji wa msukumo wa ishara kwa enzyme adenylate cyclase (AC), ambayo huchochea usanisi wa kambi kutoka kwa ATP (Mchoro 6).

Katika mfumo wa adenylate cyclase, tofauti hufanywa kati ya protini za Gs, ambazo huchochea adenylate cyclase, na (5, protini, ambazo huzuia shughuli ya kimeng'enya. Tofauti kati ya aina hizi mbili za protini huamuliwa hasa na sifa za oc. subunits, na si vitengo 3 na y. Masi ya molekuli ocs - subunits za protini ya G ni 41-46 kDa, ag subunits - 40-41 kDa, (3, - na P2 - subunits - 36-35 kDa, y-subunits - 8-10 kDa. Kufunga kwa G-protini GTP na hidrolisisi yake kwa Pato la Taifa na orthofosfati isokaboni huhakikisha urejeshaji wa michakato ya kuwezesha saksasi ya adenylate.

Adenylate cyclase ni protini shirikishi ya monomeriki ya utando wa plasma na kwa hivyo ni vigumu kutoa na kubadilisha kuwa umbo mumunyifu. Uzito wa Masi ya cyclase ya adenylate katika seli za wanyama ni 120-155 kDa; Pia kuna aina za mumunyifu za adenylate cyclase 50-70 kDa, isiyojali kwa calmodulin na G-protini. Katika mimea, uzito wa Masi ya cyclase ya adenylate ni 84 kDa. Mviringo wa utegemezi wa shughuli ya adenylate cyclase kwenye pH ulikuwa na tabia ya kilele kimoja, na kilele cha shughuli ya kimeng'enya hiki.

Kiwango cha pH kilikuwa 4.8-5.2.

Takwimu zilipatikana kwenye isoform ya adenylate cyclase na mojawapo

pH ya mama sawa na 8.8.

Adenylate cyclase inaweza kurekebishwa nje ya utando kwa glycosylation, na ndani kwa phosphorylation na A-kinase [Severin, 1991]. Shughuli ya membrane adenylate cyclase inategemea mazingira ya phospholipid - uwiano wa phosphatidylcholine, phosphatidyl-ethanolamine, sphingomyelin, phosphatidyls"ery-

juu na phosphatidylinositol.

Ongezeko la maudhui ya kambi katika seli linalochochewa na elicitor ni la muda mfupi, ambalo linaelezewa na kuwezesha PDE na, ikiwezekana, kuunganishwa na kinasi za protini zinazotegemea CAMP. Hakika, ongezeko la mkusanyiko wa kambi katika seli huwezesha kinasi mbalimbali za protini zinazotegemea cAMP, ambazo zinaweza phosphorylate protini mbalimbali, ikiwa ni pamoja na mambo ya udhibiti wa transcription, ambayo husababisha kujieleza kwa jeni mbalimbali na majibu ya seli kwa ushawishi wa nje.

Kipengele cha kuzidisha ishara kilichofikiwa wakati wa upitishaji wake kwenye jenomu na usemi wa jeni ni maelfu mengi. Mpango wa kuzidisha ishara kwa ajili ya utendaji wa mfumo wa kuashiria wa cyclase ya adenylate hutumiwa mara nyingi katika vitabu vya kiada vya biokemia. Mfumo huu wa kuashiria unaendelea kujifunza kwa kina juu ya vitu mbalimbali, kupanua uelewa wa uwanja wa habari wa seli na uhusiano wake na mtiririko wa habari wa nje.

Ikumbukwe kwamba swali la utendakazi wa mfumo wa ishara wa adenylate cyclase katika vitu vya mmea liliendelea kubaki na utata kwa karibu robo ya karne, na kugawa watafiti katika muundo wake.

TAMKO LA JINI

Mchele. 6. Mpango wa utendaji wa ishara ya adenylate cyclase

Mifumo ya AC * - fomu ya kazi ya cyclase ya adenylate; PKA na PKA* - haifanyi kazi -

aina za kazi na za kazi za protini kinase A; PLplasmalemma; PDE - phosphodiesterase; PRT* - aina inayotumika ya kipengele cha udhibiti wa unukuzi

wafuasi [Doman, Fedenko, 1976; Korolev, Vyskrebentseva, 1978; Franco, 1983; Yavorskaya, Kalinin, 1984; Newton na Brown, 1986; Karimova, 1994, Assman, 1995; Trewavas na Malho, 1997; Trewavas, 1999; nk] na wapinzani. Ya kwanza ilitegemea data juu ya kuongezeka kwa shughuli za cyclase ya adenylate na yaliyomo kwenye kambi chini ya ushawishi wa phytohormones na vimelea vya magonjwa, kwa kuiga hatua ya phytohormones mbalimbali na kambi ya nje, ya pili - juu ya ukweli unaoonyesha maudhui yasiyo ya maana. CAMP katika mimea, kwa kutokuwepo kwa idadi ya majaribio ya ushawishi wa phytohormones juu ya shughuli ya adenylate cyclase na nk.

Maendeleo katika uwanja wa jenetiki ya molekuli na ulinganisho wa muundo wa jeni wa protini zinazoshiriki katika mfumo wa kuashiria saiklosi ya adenylate katika wanyama na mimea yameongeza mizani kwa ajili ya wafuasi wa utendakazi wake katika mimea. Matokeo-

Matumizi ya kambi ya nje [Kilev, Chekurov, 1977] au forskolin (kianzishaji cha adenylate cyclase) ilionyesha ushiriki wa kambi katika mnyororo wa upitishaji wa ishara unaosababishwa na ishara. Matumizi ya theophylline, kizuizi cha phosphodiesterase ya cAMP, ambayo ilionekana kuwa hai kabisa katika mimea, ilionyesha kuwa sehemu inayoingia ya usawa wa kambi inafanywa kwa nguvu kabisa [Yavorskaya, 1990; Karimova et al., 1990]. Data zilipatikana kuhusu mabadiliko katika maudhui ya kambi katika mimea chini ya ushawishi wa pathogens, umuhimu wake kwa ajili ya malezi ya kukabiliana na hatua ya pathogens [Zarubina et al., 1979; Ocheretina et al., 1990].

Ikumbukwe ni ukweli wa kutolewa kwa ATP-tegemezi katika mazingira ya ziada ya sehemu kubwa ya kambi iliyoundwa katika seli za wanyama, prokariyoti, mwani na jamii za juu.

vivuli Kwa-

Ni muhimu kwamba katika mimea, pamoja na wanyama, iliwezekana kupunguza mkusanyiko wa cAMP katika seli na kutolewa kwake katika mazingira ya ziada kwa msaada wa prostaglandin, ambayo haipatikani katika mimea. Inawezekana

lakini kwamba jukumu hili linafanywa na oksilipini ya prostaglandini - jasmonate. Inachukuliwa kuwa protini maalum za ATP-binding zinahusika katika kuondolewa kwa kambi kutoka kwa seli.

protini.

Umuhimu wa kuficha kambi kutoka kwa seli za mmea hadi kati inaelezewa, kwanza kabisa, na hitaji la kupunguza haraka mkusanyiko wa mjumbe huyu wa pili ili msisimko wa seli usitokee. Kupungua kwa kasi kwa viwango vya wajumbe wa pili baada ya kufikia kiwango cha juu ni kipengele cha lazima kisicho maalum cha utendaji wa mifumo yote ya kuashiria.

Pengine, kambi iliyotolewa nje ya plasmalemma inashiriki katika udhibiti wa michakato ya nje ya seli [Shiyan, Lazareva, 1988]. Mtazamo huu unaweza kuwa umetokana na ugunduzi wa kinasi ya protini inayotegemea ecto-cAMP, ambayo hutumia usiri wa kampe kutoka kwa seli ili kuamilisha fosforasi ya protini nje ya plasmalemma. Inaaminika pia kuwa kambi iliyo nje ya seli inaweza kutenda kama mjumbe wa kwanza [Fedorov et al., 1990], ikichochea uzinduzi wa msururu wa athari za mifumo ya kuashiria katika seli jirani, kama ilivyoonyeshwa katika mfano wa uyoga wa lami wa seli nyingi.

Kuvutia umakini ni data inayopatikana kwa masomo ya wanyama juu ya kuzuiwa na adenosine ya nje (ambayo inaweza kuzingatiwa kama bidhaa ya uharibifu wa cAMP) ya chaneli za seli za kalsiamu [Meyerson, 1986] na uanzishaji wa chaneli za potasiamu [Orlov, Maksimova, 1999].

Ya riba kubwa ni habari kuhusu uwezekano wa udhibiti wa maendeleo ya fungi ya pathogenic na cAMP iliyofichwa, hasa kutu ya shayiri, Magnaporthe grisea, mimea ya kuambukiza mchele, smut huru Ustilago maydis, Erysiphe graminis, Colletotrichum trifolii, rangi ya asili Ustilago hordei. Kulingana na mkusanyiko wa kambi, uhamasishaji au ukandamizaji wa ukuaji wa kuvu ulitokea. Inaaminika kuwa protini za heterotrimeric G hushiriki katika upitishaji wa ishara ya kambi.

Data zaidi na zaidi inakusanyika juu ya ushawishi wa molekuli mbalimbali za kuashiria juu ya usiri wa kambi na seli za mimea. Imeonyeshwa kuwa jukumu la ABA katika kukabiliana na mmea kwa mkazo linaweza kuwa katika uwezo wake wa kudhibiti yaliyomo na kutolewa kwa kambi kutoka kwa seli. Inachukuliwa kuwa kupungua kwa maudhui ya kambi chini ya ushawishi wa ABA kunasababishwa na ongezeko linalotokana na ABA katika maudhui ya Ca2+ katika saitozoli na kuzuiwa kwa adenylate cyclase. Inajulikana kuwa Ca2+ katika mkusanyiko wa juu huzuia shughuli za cyclase ya adenylate katika eukaryotes. Wakati huo huo, Ca2+ inaweza kupunguza maudhui ya kambi kwa kushawishi ongezeko la shughuli ya phosphodiesterase, ambayo hidrolisisi ya cAMP. Hakika, uanzishaji wa phosphodiesterase ya cAMP na tata ya Ca2+-calmodulin iligunduliwa katika vitu vya mimea [Fedenko, 1983].

Utegemezi wa wasifu wa fosforasi wa polipeptidi kwenye kambi ya nje unaonyeshwa. Idadi ya polipeptidi ambazo fosforasi yake ilichochewa na kambi ilikuwa kubwa zaidi katika viwango vya kambi ya micromolar. Tahadhari hutolewa kwa ukweli wa kuongezeka kwa nguvu kwa kambi ya phosphorylation ya polypeptide 10 kDa kwa joto la chini (Mchoro 7) [Karimova, Zhukov, 1991; Yagusheva, 2000]. Inafurahisha, polypeptide na vile uzito wa Masi ni kidhibiti cha protini cha cAMP phosphodiesterase, ambayo imeamilishwa na asidi abscisic na Ca2+ na hupunguza maudhui ya cAMP kutokana na hidrolisisi yake na phosphodiesterase.

Kusoma sifa za uanzishaji wa kinasi ya protini inayotegemea CAMP na fosforasi nao wazungu mbalimbali- kov ni mojawapo ya maeneo muhimu zaidi ya utafiti katika mfumo wa ishara ya adenylate cyclase. Protini kinasi (PKAs) zinazotegemea CAMP ni vimeng'enya ambavyo huamilishwa kwa kuingiliana na cAMP na kuchochea uhamishaji wa mabaki ya asidi ya fosforasi ya mwisho kutoka kwa ATP hadi kwa vikundi vya haidroksili vya serine au mabaki ya threonine ya protini zinazokubali. Marekebisho ya covalent ya protini, yaliyofanywa wakati wa phosphorylation, husababisha mabadiliko katika uundaji wao na shughuli za kichocheo, na kusababisha ushirika au kutengana kwa subunits zao, nk.

Masi ya protini, kDa

Mchele. 7. Athari ya kambi kwenye fosforasi ya protini ya miche ya pea ya siku tatu [Karimova, Zhukov, 1991]

1 - udhibiti: shina zilizokatwa zilihamishwa na petioles ndani ya maji kwa saa 2, kisha kwa saa nyingine 2 - kwenye suluhisho la 32 P-labeled orthophosphate; 2 - mimea iliyokatwa ilihamishwa kwa masaa 2 kwa suluhisho la 1 μM kambi, kisha kwa masaa mengine 2 - kwa suluhisho la 32 P-labeled orthophosphate.

Sehemu ndogo katika mmenyuko wa protini kinase ni MgATP na protini kuwa fosforasi. Substrates za protini zinaweza kuwa substrates kwa wakati mmoja za kinasi za protini zinazotegemea cGMP- na cAMP kwenye mabaki ya serine (threonine), lakini kiwango cha phosphorylation kinachotegemea CAMP ni mara 10-15 zaidi ya kile cha kinasi ya protini inayotegemea cGMP. Substrates za kinasi za protini zinazotegemea CAMP ziko katika sehemu zote za seli: cytosol, endoplasmic retikulamu (ER), vifaa vya Golgi, chembe za siri, cytoskeleton na kiini.

Kinasi za protini zilizoamilishwa na kambi ya nje zimetengwa kutoka kwa seli za mimea, kwa mfano, kutoka kwa coleoptiles ya mahindi - 36 kDa protini kinase. Kato et al. ilitenga aina tatu za kinasi za protini kutoka kwa duckweed Lemna paucicostata: 165, 85 na 145 kDa, moja ambayo ilikuwa imezuiwa na cAMP, nyingine iliamilishwa na cAMP, na ya tatu ilikuwa huru ya cAMP.

Aina ya pili ya protini kinasi polipeptidi phosphorylated

59, 19, 16 na 14 kDa.

CAMP ya nje ilisababisha mabadiliko (hasa kizuizi) katika fosphorylation ya idadi ya polipeptidi za kloroplast, iliyopatanishwa na ushiriki wa kinasi ya protini.

Mojawapo ya jeni za kwanza za protini kinase zilizoundwa katika mimea ilikuwa sawa katika mfuatano wa nyukleotidi na protini ya kinase A ya wanyama ya familia. Kuna mifano ya mfanano wa mfuatano wa amino asidi ya protini kinasi A kutoka kwa mimea (homolojia yao) na protini kinasi A kutoka kwa wanyama. Vikundi kadhaa vya watafiti vimeripoti uundaji wa jeni sawa na jeni la protini kinase A (hakiki:). Protini kinase kutoka kwa petunia phosphorylated substrate maalum ya synthetic ya protini kinase A. Kuongezewa kwa kambi kwa dondoo za mmea kumeripotiwa ili kuchochea fosforasi ya protini maalum. Utafiti wa maeneo ya phosphorylation katika phenylalanine ammonia lyase (PAL), kimeng'enya muhimu katika usanisi wa phytoaleksini, ulifunua maeneo mahususi kwa protini kinase A.

Matumizi ya kizuizi maalum cha protini (BI) ya kinasi ya protini inayotegemea CAMP ilifanya iwezekane kudhibitisha dhana kwamba kinasi ya protini inayotegemea CAMP inaweza kuamilishwa na kambi asilia wakati wa utayarishaji wa sampuli: BI ilikandamiza shughuli ya kinasi ya protini ya basal ya dondoo za majani. katika uzoefu tofauti kwa 30-50% [Karimova, 1994]. Viungo vya kati vya mfumo wa kuashiria lipoxygenase HDK na MeZhK viliwezesha shughuli ya protini kinase kwa 33-^8% mbele ya kambi [Karimova et al., 19996]. Asidi ya salicylic ilisababisha ongezeko la kiwango cha phosphorylation inayotegemea cAMP ya polypeptides ya 74, 61 na 22 kDa katika majani ya pea [Mukhametchina, 2000]. Shughuli ya protini kinasi iliyochochewa na cAMP ya protini za majani ya mbaazi ilitegemea mkusanyiko wa Ca2+ [Karimova et al., 1989; Tarchevskaya, 1990; Karimova, Zhukov, 1991], na shughuli ya enzymatic pia iligunduliwa katika kuta za seli zilizotengwa, viini, na utando wa plasma.

Jeni zimepatikana katika mimea inayosimba fosfati ya proteni ya kimeng'enya, ambayo shabaha yake ni protini zenye fosforasi na protini kinase A.

Ili kubainisha mfumo wa kutoa ishara wa adenylate cyclase, ugunduzi katika mimea ya jeni zinazosimba vipengele vya udhibiti wa unukuzi wa protini ambavyo vimepanua mifuatano ya nyukleotidi sawa na CREBS, kipengele cha uandishi kinachofunga cAMP katika wanyama, ni muhimu sana.

Data nyingi juu ya ushawishi wa kambi kwenye chaneli za ioni za seli za mmea na msingi dhaifu wa majaribio wa maoni juu ya uwezekano wa uhamishaji wa ishara kutoka kwa kambi kupitia fosforasi ya mambo ya udhibiti wa unukuzi wa protini kwenye genome, kwa upande mmoja, inaimarisha msimamo wa wafuasi. ya kuwepo kwa njia isiyo ya moja kwa moja (kupitia uanzishaji wa njia za ioni) njia ya ishara ya adenylate cyclase na, kwa upande mwingine, inatulazimisha kuimarisha majaribio ya kupata ushahidi wa utendaji wa njia ya moja kwa moja ya cAMP ya kuashiria.

MAR KINASE MFUMO WA KUSAINI

Kinasi ya protini ya aina ya serine-threonine iliyowezeshwa na Mitojeni (MAPK) na mteremko wa kuashiria wa MAP kinase (signali -> kipokezi -> G-protini -> MAPKKK - "

-> MAPKK -> MAPK -> PSF -> genome), ambazo zimesomwa vya kutosha katika vitu vya wanyama, pia hufanya kazi katika seli za mimea (Mchoro 8). Makala ya ukaguzi yamejitolea kwao

Na kazi za asili ya majaribio, ambayo hutoa taarifa kuhusu wawakilishi binafsi wa mfumo huu wa kuashiria na hasa

matatizo ya udhibiti wao.

Mtiririko wa kinase wa MAP "umewashwa" wakati wa mitosis (ambayo inaelezea jina la kinasi hizi za protini), wakati wa upungufu wa maji mwilini.

nia, hypoosmosis

mkazo wa tical, joto la chini, hasira ya mitambo ya mimea

Uharibifu wa tishu, mkazo wa oksidi, hatua ya vimelea, vichochezi (katika

ikiwa ni pamoja na harpins, cryptogein, oligosaccharides), stress phytohormones jasmonate, sali-

cylate, systemin, ethilini).

Utegemezi wa utendakazi wa mpororo wa kinase wa MAP kwenye athari mbalimbali unaonyeshwa katika majina ya baadhi ya kinasi za MAP, kwa mfano WIPK na SIPK (mtawalia.

protini kinasi inayotokana na jeraha la mshipa na protini inayotokana na salicylate

Mchele. 8. Mpango wa utendakazi wa mfumo wa kuashiria MAP kinase

KKMARK, MAP kinase kinase kinase; KMARK - MAP kinase kinase; MAPK - protini kinase iliyoamilishwa na mitogen. Majina mengine - tazama tini. 6

Upinzani wa mimea dhidi ya vimelea imedhamiriwa, kama ilivyoanzishwa na H. Flor katika miaka ya 50 ya karne ya 20, kwa kuingiliana kwa jozi ya jeni ya mmea mwenyeji na pathojeni, kwa mtiririko huo, jeni la upinzani (R) na avirulence. jeni (Avr). Umaalumu wa mwingiliano wao unaonyesha kuwa bidhaa za kujieleza za jeni hizi zinahusika katika utambuzi wa pathojeni na mmea na uanzishaji unaofuata wa michakato ya kuashiria ili kuwezesha athari za ulinzi.

Hivi sasa, mifumo 7 ya kuashiria inajulikana: cycloadenylate, MAP kinase (protini-kinase iliyoamilishwa na mitogen), asidi ya phosphatidic, kalsiamu, lipoxygenase, NADPH oxidase (superoxide synthase), NO synthase.

Katika mifumo mitano ya kwanza ya kuashiria, protini za G ndizo mpatanishi kati ya sehemu ya saitoplazimu ya kipokezi na kimeng'enya cha kwanza kilichoamilishwa. Protini hizi zimewekwa ndani ndani plasmalemas. Molekuli zao zinajumuisha subunits tatu: a, b na g.

Mfumo wa kuashiria wa Cycladenylate. Mwingiliano wa mfadhaiko na kipokezi kwenye plasmalemma husababisha uanzishaji wa adenylate cyclase, ambayo huchochea uundaji wa cyclic adenosine monophosphate (cAMP) kutoka kwa ATP. CAMP huwasha njia za ioni, ikijumuisha mfumo wa kuashiria kalsiamu, na kinasi za protini zinazotegemea CAMP. Enzymes hizi huamsha protini ambazo hudhibiti usemi wa jeni za kinga kwa kuwafanya kuwa phosphorylating.

Mfumo wa kuashiria wa MAP kinase. Shughuli ya kinasi ya protini huongezeka katika mimea iliyo wazi kwa dhiki (mwanga wa bluu, baridi, kukausha, uharibifu wa mitambo, mkazo wa chumvi), pamoja na kutibiwa na ethylene, salicylic acid, au kuambukizwa na pathogen.

Katika mimea, mteremko wa protini kinase hufanya kazi kama njia ya upitishaji mawimbi. Kufunga kwa elicitor kwa kipokezi cha utando wa plasma huwasha kinasi za MAP. Huchochea fosforasi ya MAP kinase ya kinase ya saitoplazimu, ambayo huwasha MAP kinase kwenye fosforasi maradufu ya mabaki ya threonine na tyrosine. Inaingia kwenye kiini, ambapo ina phosphorylates protini za udhibiti wa transcription.

Mfumo wa kuashiria asidi ya Phosphatidic. Katika seli za wanyama, protini za G, chini ya ushawishi wa mkazo, huamsha phospholipases C na D. Phospholipase C hidrolisisi phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate kuunda diacylglycerol na inositol 1,4,5-trifosfati. Mwisho hutoa Ca2+ kutoka kwa hali iliyofungwa. Kuongezeka kwa maudhui ya ioni za kalsiamu husababisha uanzishaji wa kinasi ya protini inayotegemea Ca2+. Diacylglycerol, baada ya phosphorylation na kinase maalum, inabadilishwa kuwa asidi ya phosphatidic, ambayo ni dutu ya kuashiria katika seli za wanyama. Phospholipase D moja kwa moja huchochea uundaji wa asidi ya phosphatidic kutoka kwa lipids ya membrane (phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine).

Katika mimea, mkazo huamsha protini za G, phospholipases C na D katika mimea. Kwa hiyo, hatua za awali za njia hii ya kuashiria ni sawa katika seli za wanyama na mimea. Inaweza kuzingatiwa kuwa uundaji wa asidi ya phosphatidic pia hutokea katika mimea, ambayo inaweza kuamsha kinasi ya protini na phosphorylation inayofuata ya protini, ikiwa ni pamoja na mambo ya udhibiti wa transcription.

Mfumo wa kuashiria kalsiamu. Mfiduo wa mambo mbalimbali (taa nyekundu, chumvi, ukame, baridi, mshtuko wa joto, mkazo wa osmotic, asidi ya abscisic, gibberellin na pathogens) husababisha ongezeko la maudhui ya ioni za kalsiamu kwenye cytoplasm kutokana na kuongezeka kwa uingizaji kutoka kwa mazingira ya nje na kutolewa. kutoka kwa maduka ya ndani ya seli (retikulamu ya endoplasmic na vacuoles)

Kuongezeka kwa mkusanyiko wa ioni za kalsiamu kwenye saitoplazimu husababisha uanzishaji wa kinasi ya proteni ya Ca2+-tegemezi ya Ca2+. Wanashiriki katika phosphorylation ya mambo ya protini kudhibiti usemi wa jeni za kinga. Hata hivyo, imeonyeshwa kuwa Ca2+ inaweza kuathiri moja kwa moja kikandamizaji cha maandishi ya binadamu bila kuhusisha mpororo wa fosforasi ya protini. Ioni za kalsiamu pia huamsha phosphatase na phosphoinositol-maalum phospholipase C. Athari ya udhibiti wa kalsiamu inategemea mwingiliano wake na kipokezi cha ndani cha kalsiamu - protini calmodulin.

Mfumo wa kuashiria lipoxygenase. Mwingiliano wa elicitor na kipokezi kwenye plasmalemma husababisha uanzishaji wa phospholipase A2 iliyo na utando, ambayo huchochea kutolewa kwa asidi zisizojaa mafuta, ikiwa ni pamoja na asidi linoleic na linolenic, kutoka kwa phospholipids ya plasmalemma. Asidi hizi ni substrates kwa lipoxygenase. Substrates kwa enzyme hii inaweza kuwa si tu bure, lakini pia isokefu mafuta asidi zilizomo katika triglycerides. Shughuli ya lipoxygenases huongezeka chini ya hatua ya elicitors na maambukizi ya mimea na virusi na fungi. Kuongezeka kwa shughuli za lipoxygenase ni kwa sababu ya msisimko wa usemi wa jeni zinazosimba Enzymes hizi.

Lipoksijeni huchochea uongezaji wa oksijeni ya molekuli kwenye mojawapo ya atomi za kaboni (9 au 13) za cis,cis-pentadiene radical ya asidi ya mafuta. Bidhaa za kati na za mwisho za kimetaboliki ya lipoxygenase ya asidi ya mafuta zina mali ya baktericidal na fungicidal na zinaweza kuamsha kinasi ya protini. Kwa hivyo, bidhaa tete (hexenals na nonenals) ni sumu kwa vijidudu na kuvu, asidi ya 12-hydroxy-9Z-dodecenoic ilichochea phosphorylation ya protini katika mimea ya pea, asidi ya phytodienic, asidi ya jasmoni na jasmonate ya methyl huongeza kiwango cha kujieleza kwa jeni za kinga kupitia. uanzishaji wa kinasi ya protini.

Mfumo wa kuashiria wa oksidi ya NADPH. Mara nyingi, maambukizi ya vimelea yalichochea uzalishaji wa spishi tendaji za oksijeni na kifo cha seli. Aina tendaji za oksijeni sio tu sumu kwa pathojeni na seli ya mmea mwenyeji aliyeambukizwa, lakini pia ni washiriki katika mfumo wa kuashiria. Kwa hivyo, peroxide ya hidrojeni huwasha vipengele vya udhibiti wa transcription na kujieleza kwa jeni za kinga.

HAKUNA mfumo wa kuashiria wa synthase. Katika macrophages ya wanyama ambayo huua bakteria, pamoja na spishi tendaji za oksijeni, oksidi ya nitriki hufanya, na kuongeza athari zao za antimicrobial. Katika tishu za wanyama, L-arginine inabadilishwa kuwa citrulline na NO kwa kitendo cha NO synthase. Shughuli ya kimeng'enya hiki pia iligunduliwa katika mimea, na virusi vya mosaic ya tumbaku vilisababisha ongezeko la shughuli zake katika mimea sugu, lakini haikuathiri shughuli ya NO synthase katika mimea nyeti. HAPANA, ikiingiliana na superoxide ya oksijeni, hutengeneza peroksinitrile yenye sumu kali. Katika viwango vya kuongezeka kwa oksidi ya nitriki, guanylate cyclase huwashwa, ambayo huchochea usanisi wa cyclic guanosine monophosphate. Inawasha kinasi za protini moja kwa moja au kupitia malezi ya mzunguko wa ADP-ribose, ambayo hufungua chaneli za Ca2+ na kwa hivyo huongeza mkusanyiko wa ioni za kalsiamu kwenye saitoplazimu, ambayo inaongoza kwa uanzishaji wa kinasi ya protini inayotegemea Ca2+.

Kwa hiyo, katika seli za mimea kuna mfumo wa uratibu wa njia za kuashiria ambazo zinaweza kutenda kwa kujitegemea au kwa pamoja. Kipengele maalum cha mfumo wa kuashiria ni amplification ya ishara wakati wa maambukizi yake. Uanzishaji wa mfumo wa kuashiria kwa kukabiliana na ushawishi wa matatizo mbalimbali (ikiwa ni pamoja na pathogens) husababisha uanzishaji wa kujieleza kwa jeni za kinga na kuongezeka kwa upinzani wa mimea.

Njia zinazosababishwa: a) kuongezeka kwa kupumua, b) mkusanyiko wa vitu vinavyotoa utulivu, c) kuundwa kwa vikwazo vya ziada vya ulinzi wa mitambo, d) maendeleo ya mmenyuko wa hypersensitivity.

Pathojeni, baada ya kushinda vikwazo vya uso na kuingia kwenye mfumo wa uendeshaji na seli za mimea, husababisha ugonjwa wa mimea. Hali ya ugonjwa hutegemea upinzani wa mmea. Kulingana na kiwango cha upinzani, mimea imegawanywa katika vikundi vinne: nyeti, uvumilivu, hypersensitive na sugu sana (kinga). Wacha tuwaeleze kwa ufupi kwa kutumia mfano wa mwingiliano wa mimea na virusi.

Katika mimea nyeti, virusi husafirishwa kutoka kwa seli zilizoambukizwa mwanzoni kote kwenye mmea, huongezeka vizuri na husababisha dalili mbalimbali za ugonjwa. Hata hivyo, hata katika mimea nyeti kuna taratibu za kinga ambazo hupunguza maambukizi ya virusi. Hii inathibitishwa, kwa mfano, na kuanza tena kwa uzazi wa virusi vya mosaic ya tumbaku katika protoplasts pekee kutoka kwa majani yaliyoambukizwa ya mimea ya tumbaku, ambayo ukuaji wa infectivity imekoma. Kanda za kijani kibichi ambazo huunda kwenye majani machanga ya mimea nyeti yenye ugonjwa ni sifa ya kiwango cha juu cha upinzani dhidi ya virusi. Seli za kanda hizi hazina karibu chembe za virusi ikilinganishwa na seli za jirani za tishu za kijani kibichi. Kiwango cha chini cha mkusanyiko wa virusi katika seli za tishu za kijani za giza huhusishwa na awali ya vitu vya antiviral. Katika mimea inayostahimili, virusi huenea kwenye mmea wote lakini huzaa vibaya na haileti dalili. Katika mimea yenye hypersensitive, seli zilizoambukizwa kimsingi na za jirani huwa necrotic, huweka virusi katika necrosis. Inaaminika kuwa katika mimea sugu sana virusi huzaa tu katika seli zilizoambukizwa hapo awali, hazisafirishwi kwenye mmea wote na hazisababishi dalili za ugonjwa. Hata hivyo, usafiri wa antijeni ya virusi na RNA za subgenomic katika mimea hii ulionyeshwa, na wakati mimea iliyoambukizwa iliwekwa kwenye joto la chini (10-15 ° C), necrosis iliunda kwenye majani yaliyoambukizwa.

Mifumo ya upinzani wa mimea yenye hypersensitive ndiyo iliyosomwa vizuri zaidi. Uundaji wa necrosis ya ndani ni dalili ya kawaida ya mmenyuko wa hypersensitive wa mimea kwa kukabiliana na uharibifu wa pathogen. Wanatokea kama matokeo ya kifo cha kikundi cha seli kwenye tovuti ya kuingia kwa pathojeni. Kifo cha seli zilizoambukizwa na uundaji wa kizuizi cha kinga karibu na necrosis huzuia usafirishaji wa mawakala wa kuambukiza katika mmea wote, kuzuia ufikiaji wa pathojeni ya virutubishi, kusababisha uondoaji wa pathojeni, na kusababisha uundaji wa enzymes za antipathogenic, metabolites na vitu vya kuashiria. ambayo huamsha michakato ya kinga katika seli za jirani na za mbali, na hatimaye huchangia kupona kwa mmea. Kifo cha seli hutokea kutokana na uanzishaji wa mpango wa kifo cha jeni na uundaji wa misombo na radicals bure ambayo ni sumu kwa pathojeni na seli yenyewe.

Necrotization ya seli zilizoambukizwa za mimea yenye hypersensitive, inayodhibitiwa na jeni za pathojeni na mmea mwenyeji, ni kesi maalum ya kifo cha seli kilichopangwa (PCD - kifo cha seli kilichopangwa). PCD ni muhimu kwa maendeleo ya kawaida ya mwili. Kwa hiyo, hutokea, kwa mfano, wakati wa kutofautisha kwa vipengele vya tracheid wakati wa kuundwa kwa vyombo vya xylem na kifo cha seli za mizizi ya mizizi. Seli hizi za pembeni hufa hata wakati mizizi inakua ndani ya maji, kumaanisha kifo cha seli ni sehemu ya ukuaji wa mmea na haisababishwi na hatua ya udongo. Kufanana kati ya PCD na kifo cha seli wakati wa mmenyuko wa hypersensitive ni kwamba hizi ni michakato miwili inayofanya kazi; katika seli ya necrotic, yaliyomo ya ioni za kalsiamu kwenye cytoplasm pia huongezeka, vesicles ya membrane huundwa, shughuli ya deoxyribonucleases huongezeka, DNA huvunjika ndani. vipande vilivyo na mwisho wa 3'OH, na condensation hutokea kiini na saitoplazimu.

Mbali na kuingizwa kwa PCD, necrotization ya seli zilizoambukizwa za mimea yenye hypersensitive hutokea kutokana na kutolewa kwa phenols kutoka kwa vacuole ya kati na enzymes ya hidrolitiki kutoka kwa lysosomes kutokana na ukiukaji wa uadilifu wa membrane za seli na ongezeko la upenyezaji wao. Kupungua kwa uadilifu wa membrane za seli husababishwa na peroxidation ya lipid. Inaweza kutokea kwa ushiriki wa vimeng'enya na isiyo ya enzymatic kama matokeo ya hatua ya spishi tendaji za oksijeni na itikadi kali za kikaboni.

Moja ya mali ya tabia ya mimea ya hypersensitive hupatikana (ikiwa) upinzani dhidi ya maambukizi ya mara kwa mara na pathogen. Masharti ya upinzani uliopatikana wa kimfumo (SAR) na upinzani uliopatikana wa ndani (LAR) ulipendekezwa. LAR inasemekana kutokea wakati seli zinapata upinzani katika eneo lililo karibu na nekrosisi ya ndani (umbali wa takriban 2 mm). Katika kesi hii, necrosis ya sekondari haifanyiki kabisa. Upinzani unaopatikana unachukuliwa kuwa wa kimfumo ikiwa inakua katika seli za mmea wenye ugonjwa ambao uko mbali na tovuti ya kuanzishwa kwa pathojeni. SAR inajidhihirisha katika kupungua kwa kiwango cha mkusanyiko wa virusi katika seli na kupungua kwa ukubwa wa necrosis ya sekondari, ambayo inaonyesha kuzuia usafiri wa virusi vya muda mfupi. Haijulikani ikiwa LAR na SAR ni tofauti kutoka kwa kila mmoja au ikiwa ni mchakato sawa unaotokea katika seli zilizo umbali tofauti kutoka kwa tovuti ya kuingia kwa virusi kwenye mmea.

Upinzani unaopatikana kwa kawaida sio maalum. Upinzani wa mimea kwa virusi ulisababishwa na maambukizi ya bakteria na vimelea na kinyume chake. Upinzani unaweza kusababishwa sio tu na vimelea, bali pia na vitu mbalimbali.

Ukuaji wa SAR unahusishwa na kuenea kwa mmea wa vitu vilivyoundwa kwenye majani yaliyoambukizwa hapo awali. Ilifikiriwa kuwa inducer ya SAR ni salicylic asidi, ambayo hutengenezwa wakati wa necrosis ya seli zilizoambukizwa hapo awali.

Mimea inapougua, vitu hujilimbikiza kwenye mimea ambayo huongeza upinzani wao kwa vimelea vya magonjwa. Dutu za antibiotic, phytoncides, zilizogunduliwa na B. Tokin katika miaka ya 20 ya karne ya 20 zina jukumu muhimu katika upinzani usio maalum wa mimea. Hizi ni pamoja na vitu vya chini vya uzito wa Masi ya miundo mbalimbali (misombo ya aliphatic, quinones, glycosides na phenols, alkoholi) ambayo inaweza kuchelewesha maendeleo au kuua microorganisms. Imetolewa wakati vitunguu na vitunguu vinajeruhiwa, phytoncides tete hulinda mmea kutoka kwa pathogens tayari juu ya uso wa viungo. Phytoncides zisizo na tete zimewekwa ndani ya tishu za integumentary na kushiriki katika kujenga mali ya kinga ya uso. Ndani ya seli wanaweza kujilimbikiza katika vacuoles. Inapoharibiwa, kiasi cha phytoncides huongezeka kwa kasi, ambayo huzuia maambukizi iwezekanavyo ya tishu zilizojeruhiwa.

Phenols pia huwekwa kama vitu vya antibiotic katika mimea. Katika kesi ya uharibifu na ugonjwa, oxidase ya polyphenol imeamilishwa katika seli, ambayo huongeza oksidi ya phenoli kwa kwinoni zenye sumu kali. Misombo ya phenolic huua vimelea vya magonjwa na seli za mmea wa mwenyeji, inactivate exoenzymes ya pathogen na ni muhimu kwa awali ya lignin.

Protini, glycoproteins, polysaccharides, RNA, na misombo ya phenolic zilipatikana kati ya vizuizi vya virusi. Kuna inhibitors ya maambukizi ambayo huathiri moja kwa moja chembe za virusi, na kuwafanya kuwa zisizo za kuambukiza, au kuzuia vipokezi vya virusi. Kwa mfano, vizuizi kutoka kwa beet, parsley na juisi ya currant vilisababisha uharibifu karibu kabisa wa chembe za virusi vya mosai ya tumbaku, na juisi ya aloe ilisababisha mkusanyiko wa chembe, ambayo ilipunguza uwezekano wa chembe kupenya ndani ya seli. Vizuizi vya uzazi hubadilisha kimetaboliki ya seli, na hivyo kuongeza utulivu wa seli, au kuzuia uzazi wa virusi. Protini zinazozuia ribosomu (RIPs) zinahusika katika upinzani wa mimea kwa virusi.

Katika mimea ya tumbaku isiyo na hisia nyingi iliyoambukizwa na virusi vya mosaic ya tumbaku, protini zilizoitwa awali b-protini na sasa zinajulikana kama protini zinazohusiana na pathogenesis (PR-protini) au protini zinazohusiana na upinzani zilipatikana. Jina la kawaida "protini za PR" linaonyesha kuwa awali yao inasababishwa tu na pathogens. Walakini, protini hizi pia huundwa ndani mimea yenye afya wakati wa maua na mvuto mbalimbali wa dhiki.

Mnamo 1999, kwa kuzingatia mlolongo wa asidi ya amino, mali ya serological, enzyme na shughuli za kibaolojia, muundo wa majina wa protini za PR uliundwa kwa mimea yote, iliyojumuisha familia 14 (PR-1 - PR-14). Baadhi ya protini za PR zina protease, ribonuclease, 1,3-b-glucanase, shughuli za chitinase au ni vizuizi vya protease. Mimea ya juu haina chitin. Kuna uwezekano kwamba protini hizi zinahusika katika ulinzi wa mimea dhidi ya kuvu, kwa kuwa chitin na b-1,3-glucans ni sehemu kuu ya kuta za seli za fungi nyingi na chitinase hidrolisisi ya b-1,3-link ya chitin. Chitinase pia inaweza kufanya kama lisozimu, peptidoglucans ya hidrolisisi katika kuta za seli za bakteria. Walakini, b-1,3-glucanase inaweza kuwezesha usafirishaji wa chembe za virusi kwenye jani. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba b-1,3-glucanase huharibu callose (b-1,3-glucan), ambayo imewekwa kwenye ukuta wa seli na plasmodesmata na kuzuia usafiri wa virusi.

Protini za PR pia zinajumuisha protini zenye uzito wa chini wa Masi (kDa 5) - virekebishaji vya utando wa seli za kuvu na bakteria: thionins, defensins na protini za kuhamisha lipid. Thionins ni sumu katika vitro kwa uyoga wa phytopathogenic na bakteria. Sumu yao ni kutokana na athari zao za uharibifu kwenye utando wa pathogens. Defensins ina mali kali ya antifungal, lakini haina athari kwa bakteria. Defensins kutoka kwa mimea ya familia ya Brassicaceae na Saxifragaceae ilikandamiza ukuaji wa urefu wa hyphae ya kuvu lakini ilikuza matawi yao. Defensins kutoka kwa mimea ya familia Asteraceae, Fabaceae, na Hippocastanaceae ilipunguza kasi ya urefu wa hyphae, lakini haikuathiri mofolojia yao.

Wakati mimea imeambukizwa na vimelea, shughuli za compartment lytic ya seli za mimea nyeti na hypersensitive huongezeka. Sehemu ya lytic ya seli za mmea ni pamoja na vakuli ndogo - derivatives ya retikulamu ya endoplasmic na vifaa vya Golgi, vinavyofanya kazi kama lysosomes ya msingi ya wanyama, ambayo ni, miundo iliyo na hydrolase ambayo hakuna substrates za enzymes hizi. Kwa kuongezea vakuli hizi, sehemu ya lytic ya seli za mmea ni pamoja na vakuli ya kati na vakuli zingine, sawa na lysosomes za sekondari za seli za wanyama, ambazo zina hydrolases na substrates zao, na vile vile plasmalemma na derivatives yake, pamoja na miili ya paramural, na hydrolases ya nje ya seli. iliyowekwa ndani ya ukuta wa seli na katika nafasi kati ya ukuta na plasmalemma.

Burachenko D.L. Miundo ya ishara. Sehemu ya 3 (Hati)

Njia za kisasa za utafiti wa seli (mwongozo) (Hati)

Vibao vya ishara T-4U2, T-6U2, T-8U2, T-10U2. Maelezo ya kiufundi na maagizo ya uendeshaji na ukarabati (Hati)

Spur kwenye Anatomia ya Mfumo Mkuu wa Neva (Crib)

Kozinets G.I. Atlasi ya Damu na Seli za Uboho (Hati)

n1.doc

UDC 58 BBK 28.57 T22

Mhariri Mtendaji Mjumbe Sambamba wa Chuo cha Sayansi cha Urusi A.I. Grechkin

Wakaguzi:

L.H. Gordon Daktari wa Sayansi ya Biolojia, Profesa L.P. Khokhlova

Tarchevsky I.A.

Mifumo ya kuashiria ya seli za mimea / I.A. Tarchevsky; [Jibu. mh. A.N. Grechkin]. - M.: Nauka, 2002. - 294 p.: mgonjwa. ISBN 5-02-006411-4

Kwa wataalamu katika uwanja wa fiziolojia ya mimea, biochemists, biophysicists, geneticists, mimea pathologists, ecologists, agrobiologists.

Kupitia mtandao wa AK

Tarchevsky I.A.

Mifumo ya Kuashiria Kiini cha Mimea /1.A. Tarchevsky; . - M.: Nauka, 2002. - 294 p.; il. ISBN 5-02-006411-4

Kwa wanafizikia, wanakemia, wanafizikia, jenetiki, fitopatholojia, wanaikolojia, na wataalam wa kilimo.

ISBN 5-02-006411-4

(muundo wa sanaa), 2002

Nakala za asili ya majaribio zilijumuishwa katika bibliografia, ambayo kwa kiwango fulani ilitegemea ujazo mdogo wa kitabu na wakati wa kukitayarisha. Mwandishi anaomba radhi kwa wenzake ambao utafiti wao haukuonyeshwa kwenye kitabu.

UTANGULIZI

Shida moja muhimu zaidi ya biolojia ya kisasa ni kufafanua mifumo ya mwitikio wa viumbe vya prokaryotic na yukariyoti kwa mabadiliko katika hali ya uwepo wao, haswa kwa hatua ya sababu kali (sababu za mafadhaiko, au mafadhaiko) ambayo husababisha hali ya mafadhaiko. seli.

Mabadiliko muhimu zaidi yasiyo maalum wakati wa mkazo wa kibayolojia ni pamoja na yafuatayo:

Phasicity katika wakati wa kukabiliana na hatua ya pathojeni.
Kuongezeka kwa catabolism ya lipids na biopolymers.
Kuongezeka kwa maudhui ya radicals bure katika tishu.
Asidi ya cytosol na uanzishaji unaofuata wa pampu za protoni, ambayo inarudisha pH kwa thamani yake ya asili.
Kuongezeka kwa maudhui ya ioni za kalsiamu katika cytosol na
uanzishaji unaofuata wa ATPases ya kalsiamu.
Kutolewa kwa ioni za potasiamu na klorini kutoka kwa seli.
Kupungua kwa uwezo wa membrane (kwenye plasmalemma).
Kupungua kwa nguvu ya jumla ya usanisi wa biopolima na lipids.
Kuzuia awali ya protini fulani.

Kuimarisha usanisi au usanisi wa waliokosekana
protini za kinga zinazoweza kuambukizwa na pathojeni (chi-
tinasi (3-1,3-glucanases, inhibitors ya proteinase, nk).
Kuimarishwa kwa awali ya uimarishaji wa seli
vipengele vya ukuta - lignin, suberin, cutin, callose,
protini yenye utajiri wa hydroxyproline.
Mchanganyiko wa misombo ya antipathogenic isiyo na tete - phytoalexins.
Mchanganyiko na kutengwa kwa bakteria tete na func-
misombo ya hycidal (hexenals, nonenals, terpenes na

Dr->-

Kuimarisha usanisi na kuongeza maudhui (au kulingana na
jambo) ya phytohormones ya mafadhaiko - abscisic, jasmo-
mpya, salicylic acid, ethilini, homoni ya peptidi
asili ya systemin.
Uzuiaji wa photosynthesis.
Ugawaji upya wa kaboni kutoka |4 CO 2 iliyoingizwa ndani
mchakato wa photosynthesis, kati ya misombo mbalimbali -
kupungua kwa kuingizwa kwa lebo katika misombo ya juu-polymer (protini, wanga) na sucrose na ongezeko (mara nyingi zaidi kuhusiana na
telous - kama asilimia ya kaboni iliyoingizwa) - ndani ya alanine,
malate, aspartate [Tarchevsky, 1964].

17. Kuongezeka kwa kupumua na kufuatiwa na kizuizi.
Uanzishaji wa oxidase mbadala ambayo hubadilisha mwelekeo wa usafiri wa elektroni katika mitochondria.

18. Ukiukwaji wa ultrastructure - mabadiliko katika nyembamba
muundo wa punjepunje ya kiini, kupungua kwa idadi ya polysomes na
dictyosomes, uvimbe wa mitochondria na kloroplasts, kupungua
kupungua kwa idadi ya thylakoids katika kloroplasts, urekebishaji wa cyto-
mifupa

Apoptosis (kifo kilichopangwa) cha seli zinazoathiriwa
wazi kwa vimelea vya magonjwa na wale walio karibu nao.
Muonekano wa kinachojulikana kama utaratibu usio maalum
upinzani mkubwa kwa pathogens katika maeneo ya mbali
mfiduo wa vimelea katika maeneo (kwa mfano, metameric
viungo) vya mimea.

Mabadiliko mengi yaliyoorodheshwa hapo juu ni matokeo ya "kuwasha" kwa idadi ndogo ya mifumo ya kuashiria isiyo mahususi na vifadhaiko.

Wakati wa kufafanua vipengele vya utendaji wa mifumo ya kuashiria, ni muhimu kukumbuka kuwa masuala haya ni sehemu ya tatizo la jumla zaidi la udhibiti wa utendaji wa genome. Ikumbukwe kwamba umoja wa muundo wa wabebaji kuu wa habari wa seli za viumbe anuwai - DNA na jeni - huamua kuunganishwa kwa mifumo hiyo ambayo hutumikia utekelezaji wa habari hii [Grechkin, Tarchevsky, 2000]. Hii inahusu urudufishaji na unukuzi wa DNA, muundo na utaratibu wa utendaji wa ribosomu, pamoja na taratibu za udhibiti wa usemi wa jeni kwa kubadilisha hali ya kuwepo kwa seli kwa kutumia seti ya mifumo mingi ya kuashiria kwa kiasi kikubwa. Viungo vya mifumo ya kuashiria pia kimsingi ni umoja (asili, baada ya kupata wakati mmoja suluhisho bora la kimuundo na kazi kwa shida ya biochemical au habari, huihifadhi na kuiiga katika mchakato wa mageuzi). Mara nyingi, aina mbalimbali za ishara za kemikali zinazotoka kwa mazingira hunaswa na seli kwa usaidizi wa "antena" maalum - molekuli za protini za kipokezi ambazo hupenya utando wa seli na kujitokeza juu ya nyuso zake za nje na za ndani.

Hakuna upande. Aina kadhaa za muundo wa vipokezi hivi vimeunganishwa katika seli za mimea na wanyama. Mwingiliano usio na mshikamano wa eneo la nje la kipokezi na molekuli moja au nyingine ya kuashiria inayotoka kwa mazingira yanayozunguka seli husababisha mabadiliko katika upatanisho wa protini ya kipokezi, ambayo hupitishwa hadi eneo la ndani, la saitoplazimu. Katika mifumo mingi ya kuashiria, G-protini za mpatanishi huwasiliana nayo - kitengo kingine cha mifumo ya kuashiria ambayo imeunganishwa (katika muundo na kazi zake). G-protini hufanya kazi za transducer ya ishara, kupeleka msukumo wa conformational wa ishara kwa kimeng'enya cha kuanzia maalum kwa mfumo fulani wa kuashiria. Enzymes ya kuanzia ya aina moja ya mfumo wa kuashiria katika vitu tofauti pia ni ya ulimwengu wote na ina kanda zilizopanuliwa na mlolongo sawa wa asidi ya amino. Mojawapo ya viungo muhimu zaidi vilivyounganishwa katika mifumo ya kuashiria ni kinasi ya protini (enzymes zinazohamisha mabaki ya mwisho ya asidi ya orthophosphoric kutoka ATP hadi protini fulani), iliyoamilishwa na bidhaa za kuanza kwa athari za kuashiria au derivatives zao. Protini zilizo na phosphorylated na kinasi ya protini ni viungo vinavyofuata katika minyororo ya ishara. Kiungo kingine kilichounganishwa katika mifumo ya kuashiria seli ni vipengele vya udhibiti wa unukuzi wa protini, ambavyo ni mojawapo ya viunga vya miitikio ya protini kinase. Muundo wa protini hizi pia umeunganishwa kwa kiasi kikubwa, na marekebisho ya muundo huamua uhusiano wa vipengele vya udhibiti wa unukuzi kwa mfumo mmoja au mwingine wa kuashiria. Phosphorylation ya mambo ya udhibiti wa unukuzi husababisha mabadiliko katika muundo wa protini hizi, uanzishaji wao na mwingiliano unaofuata na eneo la mkuzaji wa jeni fulani, ambayo husababisha mabadiliko katika ukali wa usemi wake (induction au ukandamizaji), na katika hali mbaya. , hadi “kuwasha” au “kuzima” baadhi ya chembe za urithi zisizo na sauti. Kupanga upya usemi wa seti ya jeni katika jenomu husababisha mabadiliko katika uwiano wa protini katika seli, ambayo ni msingi wa majibu yake ya kazi. Katika hali nyingine, ishara ya kemikali kutoka kwa mazingira ya nje inaweza kuingiliana na kipokezi kilicho ndani ya seli - kwenye cytosol au.

ISHARA

NIB

Mchele. 1. Mpango wa mwingiliano wa ishara za nje na vipokezi vya seli

1,5,6- receptors ziko katika plasmalemma; 2,4 - receptors ziko katika cytosol; 3 - enzyme ya kuanzia ya mfumo wa kuashiria, iliyowekwa ndani ya plasmalemma; 5 - kipokezi kilichoamilishwa chini ya ushawishi wa mabadiliko yasiyo ya kipekee katika muundo wa sehemu ya lipid ya plasmalemma; SIB - protini zinazosababishwa na ishara; PTF - vipengele vya udhibiti wa transcription ya protini; i|/ - mabadiliko katika uwezo wa utando

Msingi sawa (Mchoro 1). Katika seli za wanyama, ishara hizo ni, kwa mfano, homoni za steroid. Njia hii ya habari ina idadi ndogo ya viunzi, na kwa hivyo ina fursa chache za udhibiti na seli.

Nchi yetu imekuwa ikizingatia sana shida za phytoimmunity. Idadi ya monographs na hakiki za wanasayansi wa ndani zimejitolea kwa shida hii [Sukhorukov, 1952; Verderevsky, 1959; Vavilov, 1964; Gorlenko, 1968; Rubin et al., 1975; Metlitsky, 1976; Tokin, 1980; Metlitsky na wenzake, 1984; Metlitsky, Ozeretskovskaya, 1985; Kursano-va, 1988; Ilyinskaya et al., 1991; Ozeretskovskaya et al., 1993; Korableva, Platonova, 1995; Chernov et al., 1996; Tarchevsky, Chernov, 2000].

Katika miaka ya hivi karibuni, tahadhari maalum imelipwa kwa mifumo ya Masi ya phytoimmunity. Imeonyeshwa hivyo

Wakati mimea imeambukizwa, mifumo mbalimbali ya kuashiria imeamilishwa ambayo huona, kuzidisha na kusambaza ishara kutoka kwa vimelea hadi kwa vifaa vya maumbile ya seli, ambapo usemi wa jeni za kinga hutokea, kuruhusu mimea kuandaa ulinzi wa kimuundo na kemikali kutoka kwa pathogens. Maendeleo katika eneo hili yanahusishwa na uundaji wa jeni, kufafanua muundo wao wa msingi (pamoja na maeneo ya wakuzaji), muundo wa protini wanazosindika, utumiaji wa viamsha na vizuizi vya sehemu za kibinafsi za mifumo ya kuashiria, na vile vile mimea inayobadilika na inayobadilika. na jeni zilizoletwa zinazohusika na usanisi wa washiriki wa vipokezi, upitishaji na ukuzaji wa ishara. Katika utafiti wa mifumo ya uashiriaji wa seli za mimea, jukumu muhimu linachezwa na ujenzi wa mimea inayobadilika jeni na wakuzaji wa jeni za protini zinazoshiriki katika mifumo ya kuashiria.

Hivi sasa, mifumo ya kuashiria ya seli za mimea chini ya mkazo wa kibayolojia inasomwa sana katika Taasisi ya Biokemia. A.N. Bach RAS, Taasisi ya Kazan ya Biokemia na Biofizikia RAS, Taasisi ya Fizikia ya Mimea RAS, tawi la Pushchino la Taasisi ya Kemia ya Bioorganic RAS, Kituo cha Uhandisi wa Bioengineering RAS, Vyuo Vikuu vya Jimbo la Moscow na St. Chuo cha Sayansi ya Kilimo, Taasisi ya Utafiti wa All-Russian phytopathology ya Chuo cha Kirusi cha Sayansi ya Kilimo, nk.

Tatizo la kuchambua mifumo ya molekuli ya mkazo wa kibayolojia, ikiwa ni pamoja na jukumu la mifumo ya kuashiria katika maendeleo yake, imeunganisha wanafizikia wa mimea na wanakemia, wanabiolojia, wataalamu wa maumbile, wanabiolojia wa molekuli, na fitopatholojia katika kipindi cha miaka kumi iliyopita. Idadi kubwa ya makala ya majaribio na mapitio yanachapishwa kwenye vipengele mbalimbali vya tatizo hili (ikiwa ni pamoja na majarida maalum: "Patholojia ya mimea ya kisaikolojia na ya molekuli", "Mtambo wa Masi - Mwingiliano wa Microbe", "Mapitio ya Kila Mwaka ya Fiziolojia ya Mimea na Patholojia"). Wakati huo huo, katika maandiko ya ndani hakuna jumla ya kazi zinazotolewa kwa mifumo ya ishara ya seli, ambayo imesababisha mwandishi haja ya kuandika monograph iliyotolewa kwa wasomaji.

PATHOGENS NA ELISITORS

Magonjwa ya mimea husababishwa na maelfu ya aina za microorganisms, ambazo zinaweza kugawanywa katika makundi matatu: virusi (zaidi ya familia 40) na viroids; bakteria (Agrobacterium, Corynebacterium, Erwinia, Pseudomonas, Xanthomonas, Streptomyces) na microorganisms kama mycoplasma; fungi (chini: Plasmodiophoromycetes, Chitridomycetes, Oomycetes; juu: Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes).

Thesis ya enzymes ya kinga: phenylalanine ammonia lyase na anion peroxidase. Aina zisizo na mabawa za aina hii ndogo zilionekana kama matokeo ya upotezaji wa viungo hivi wakati wa mabadiliko ya fomu zenye mabawa. Daraja ndogo ni pamoja na maagizo 20 ya wadudu, kati ya ambayo kuna polyphages ambayo haina maalum kuhusiana na mmea, oligophages na monophages, ambayo maalum ya mwingiliano kati ya pathogen na mmea mwenyeji huonyeshwa wazi. Baadhi ya wadudu hula majani (jani lote la jani au skeletalizing jani), wengine hula kwenye shina (pamoja na kusaga shina kutoka ndani), ovari ya maua, matunda, na mizizi. Aphids na cicadas hunyonya maji kutoka kwa mishipa ya mishipa kwa kutumia proboscis au stylet.

Licha ya hatua zinazochukuliwa kupambana na wadudu, tatizo kubwa la kupunguza madhara wanayosababisha linaendelea kuwapo. Hivi sasa, zaidi ya 12% ya mazao ya mimea ya kilimo kwenye sayari hupotea kama matokeo ya kushambuliwa na vijidudu vya pathogenic, nematodes na wadudu.

Uharibifu wa seli husababisha uharibifu wa yaliyomo yao, kwa mfano, misombo ya juu ya polymer, na kuonekana kwa molekuli za ishara za oligomeric. Hizi "kuanguka kwa meli" [Tarchevsky, 1993] hufikia seli za jirani na kusababisha mmenyuko wa kinga ndani yao, ikiwa ni pamoja na mabadiliko ya kujieleza kwa jeni na uundaji wa protini za kinga ambazo husimba. Mara nyingi, uharibifu wa mitambo kwa mimea hufuatana na maambukizi, kwani uso wa jeraha hufungua kwa njia ambayo vimelea hupenya mmea. Kwa kuongeza, microorganisms phytopathogenic inaweza kuishi katika sehemu za kinywa cha wadudu. Inajulikana, kwa mfano, kwamba wabebaji wa maambukizo ya mycoplasma ni cicadas, ambayo fomu za watu wazima na mabuu hula kwenye juisi ya vyombo vya ungo wa mimea, kutoboa majani na proboscis-stylet yao.

Mchele. 2. Mpango wa mwingiliano kati ya seli ya pathojeni na mmea mwenyeji

/ - cutinase; 2 - bidhaa za uharibifu wa vipengele vya cuticle (inawezekana kuwa na mali ya kuashiria); 3 - (3-glucanase na glycosylases nyingine zilizotolewa na pathogen; 4 - elicitors - vipande vya ukuta wa seli ya jeshi (CW); 5 - chitinases na glycosylases nyingine ambazo hufanya kazi kwa uharibifu kwenye CS ya pathogen; 6 - elicitors - vipande vya pathogen CS; 7 - phytoalexins - inhibitors ya proteinases, cutinases, glycosylases na enzymes nyingine za pathogen; 8 - vitu vya sumu vya pathojeni; 9 - kuimarisha CS ya mwenyeji kutokana na uanzishaji wa peroxidases na kuongezeka kwa awali ya lignin, uwekaji wa protini za hydroxyproline na lectini; 10 - inducers ya hypersensitivity na necrosis ya seli jirani; // - bidhaa za uharibifu wa cutin zinazofanya juu ya seli ya pathogen

Mashina ya vijana. Roseate leafhopper, tofauti na wanachama wengine wa leafhopper, hunyonya yaliyomo ya seli. Cicadas husababisha uharibifu mdogo kwa tishu za mimea kuliko wadudu wanaokula majani, hata hivyo, mimea inaweza kukabiliana nayo kwa njia sawa na maambukizi ya mimea inayohusishwa.

Mchele. 3. Mchanganyiko wa Phytotoxic kutoka Cochlio-bolus carbonum

Bakteria na kuvu pia huzalisha sumu zisizo za kuchagua, hasa fusicoccin, erichosetene, coronatine, phase-olotoxin, syringomycin, tabtoxin.

Moja ya sumu ya mwenyeji maalum iliyofichwa na Pyrenophora triticirepentis ni protini ya 13.2 kDa, wengine ni bidhaa za kimetaboliki ya sekondari na aina mbalimbali za miundo - hizi ni polyketides, terpenoids, saccharides, peptidi za cyclic, nk.

Kama sheria, hizi za mwisho ni pamoja na peptidi ambazo usanisi wake hufanyika nje ya ribosomu na ambayo ina mabaki ya asidi ya D-amino. Kwa mfano, sumu ya mwenyeji maalum kutoka kwa Cochliobolus carbonamu ina muundo wa mzunguko wa tetrapeptidi. (D- npo- L- ana- D- ana- L- A3 JJ), ambapo kifupi cha mwisho kinamaanisha 2-amino-9,10-epoxy-8-oxo-de-canoic acid (Mchoro 3). Sumu hiyo hutolewa katika seli za pathojeni kwa kutumia synthase ya sumu. Upinzani wa kiwanja hiki kwenye mahindi hutegemea usimbaji wa jeni unaotegemea NADPH-carbonyl reductase, ambayo hupunguza kundi la carbonyl, na kusababisha

Kuzima kwa sumu. Ilibadilika kuwa katika mmea wa mwenyeji sumu husababisha kizuizi cha histone deacetylases na, kama matokeo, histone overacetylation. Hii inakandamiza mwitikio wa ulinzi wa mmea unaosababishwa na maambukizi ya pathojeni.

Elicitors hufanya jukumu la ishara za msingi na kuamsha mtandao tata wa michakato ya induction na udhibiti wa phytoimmunity. Hii inaonyeshwa katika awali ya protini za kinga, antibiotics ya mimea isiyo na tete - phytoalexins, katika kutolewa kwa misombo ya tete ya antipathogenic, nk Hivi sasa, muundo wa elicitors nyingi za asili zimejulikana. Baadhi yao huzalishwa na vijidudu, wengine (elicitors za sekondari) huundwa wakati wa kuvunjika kwa enzymatic ya misombo ya juu-polymer ya cuticle na polysaccharides ya kuta za seli za mimea na vijidudu, zingine ni phytohormones ya mafadhaiko, ambayo mchanganyiko wake katika mimea ni. husababishwa na vimelea vya magonjwa na vifadhaiko vya abiogenic. Elicitors muhimu zaidi ni pamoja na misombo ya protini iliyotolewa na bakteria ya pathogenic na fungi, pamoja na protini za bahasha za virusi. Vichochezi vya protini vilivyosomwa zaidi vinaweza kuchukuliwa kuwa ndogo (10 kDa), kihafidhina, hydrophilic, elicitins iliyoboreshwa ya cysteine, iliyotolewa na aina zote za Phytophthora na Pythium zilizosomwa. Hizi ni pamoja na, kwa mfano, cryptogein.

Analogi za anga), sambamba na mikoa iliyohifadhiwa zaidi ya protini - flagellin, ambayo ni sababu muhimu ya virulence ya bakteria hizi. Protini mpya ya elicitor imetengwa kutoka kwa Erwinia amylovora, eneo la C ambalo ni sawa na enzyme pectate lyase, ambayo inaweza kusababisha kuonekana kwa vipande vya oligomeric ya elicitor - bidhaa za uharibifu wa pectini. Bakteria ya pathogenic Erwinia carotovora huondoa harpin ya protini ya elicitor na vimeng'enya vya pectate lyase, selulasi, polygalacturonase na proteases, ambayo hufanya hidrolize vipengele vya polymeric vya kuta za seli za mmea wa jeshi (ona Mchoro 2), na kusababisha kuundwa kwa molekuli za oligomeric elicitor. . Inafurahisha, pectate lyase iliyotolewa na Erwinia chrysanthemi ilipata shughuli kama matokeo ya usindikaji nje ya seli.

Baadhi ya lipids na derivatives yao pia ni mali ya elicitors, hasa 20-kaboni polyunsaturated fatty kali ya baadhi ya pathogens - arachidonic asidi na asidi eicosapentaenoic [Ilyinskaya et al., 1991; Ozerets-kovskaya et al., 1993; Ozeretskovskaya, 1994; Gilyazetdinov et al., 1995; Ilyinskaya et al., 1996a, b; Ilyinskaya, Ozeretskovskaya, 1998], na derivatives zao za oksijeni. Kazi ya ukaguzi [Ilyinskaya et al., 1991] inatoa muhtasari wa data juu ya athari ya lipids (lipoproteini) inayozalishwa na kuvu ya pathogenic kwenye mimea. Ilibadilika kuwa sio sehemu ya protini ya lipoproteini ambayo ina athari ya elicitor, lakini sehemu yao ya lipid, ambayo ni arachidonic (eicosatetraenoic) na asidi ya eicosopentaenoic, ambayo sio tabia ya mimea ya juu. Walisababisha malezi ya phytoalexins, necrosis ya tishu na upinzani wa utaratibu wa mimea kwa vimelea mbalimbali vya magonjwa. Bidhaa za mabadiliko ya lipoxygenase katika tishu za mmea C 20 asidi ya mafuta (hydroperoxy-, hydroxy-, oxo-, derivatives ya cyclic, leukotrienes), iliyoundwa katika seli za mmea mwenyeji kwa msaada wa enzyme ya lipoxygenase tata (substrates ambayo inaweza kuwa. ama C, 8 au C 20 asidi ya mafuta ya polyene) ilikuwa na athari kubwa juu ya mwitikio wa kinga wa mimea. Hii inaonekana kuelezewa na ukweli kwamba hakuna oksijeni katika mimea isiyoambukizwa.
derivatives ya asidi 20 ya mafuta ya kaboni, na kuonekana kwao kama matokeo ya maambukizi husababisha matokeo makubwa, kama vile malezi ya necrosis karibu na seli zilizoambukizwa, ambayo hujenga kizuizi cha kuenea kwa vimelea katika mmea.

Kuna ushahidi kwamba uingizaji wa shughuli za lipoxygenase na pathojeni ulisababisha kuundwa kwa majibu ya mimea hata katika kesi wakati elicitor hakuwa na asidi ya mafuta ya C20 na substrate ya shughuli ya lipoxygenase inaweza tu kuwa asidi yake ya C18 polyene mafuta, na bidhaa walikuwa octadecanoids, si eicosanoids. Syringolides [L et al., 1998] na cerebrosides, misombo ya sphingolipid, pia ina mali ya elicitor. Cerebrosides A na C zilizotengwa kutoka Magnaporthe grisea ndizo zile zinazotumika sana katika mimea ya mpunga. Bidhaa za uharibifu wa cerebroside (esta za methyl asidi ya mafuta, besi za sphingoid, besi za glycosyl-sphingoid) hazikuonyesha shughuli za watoaji wasomi.

Kizuizi kimoja kama hicho ni cuticle, ambayo kimsingi inajumuisha heteropolymer ya cutin iliyowekwa kwenye nta. Zaidi ya monoma 20 zimegunduliwa ambazo hutengeneza cutin. Hizi ni asidi iliyojaa na isiyojaa mafuta na alkoholi za urefu tofauti, pamoja na hidroksidi na epoxidated, asidi ya dicarboxylic ya mnyororo mrefu, nk. Katika cutin, wengi wa vikundi vya msingi vya pombe hushiriki katika uundaji wa vifungo vya ester, pamoja na baadhi ya makundi ya pombe ya sekondari ambayo hutoa viungo vya msalaba kati ya minyororo na pointi za matawi katika polima. Sehemu ya polima nyingine ya "kizuizi", suberin, iko karibu na utungaji kwa cutin. Tofauti yake kuu ni kwamba asidi ya mafuta ya bure ni sehemu kuu ya waxes ya subberic, wakati kuna wachache sana katika cutin. Aidha, katika Suberina

Baada ya kupenya kwa microorganisms pathogenic kwa njia ya cuticle, baadhi yao huhamia kwenye mishipa ya mimea ya mimea na kutumia virutubisho vinavyopatikana huko kwa maendeleo yao, wakati wengine husafirishwa ndani ya seli za kuishi za mwenyeji. Kwa hali yoyote, pathogens hukutana na kizuizi kingine cha mitambo - kuta za seli, zinazojumuisha polysaccharides mbalimbali na protini na katika hali nyingi zimeimarishwa na polymer ngumu - lignin [Tarchevsky, Marchenko, 1987; Tarchevsky, Marchenko, 1991]. Kama ilivyoelezwa hapo juu, ili kuondokana na kizuizi hiki na kutoa maendeleo yao na lishe ya kabohaidreti na nitrojeni, vimelea hutoa vimeng'enya ambavyo hubadilisha polysaccharides na protini za ukuta wa seli.

Uchunguzi maalum umeonyesha kuwa wakati wa mwingiliano wa bakteria na tishu za mmea wa mwenyeji, enzymes

Uharibifu hauonekani wakati huo huo. Kwa mfano, pectylmethylesterase pia ilikuwepo katika Erwinia carotovora subsp isiyo na chanjo. atroseptia katika tishu za mizizi ya viazi, wakati polygalacturanase, pectate lyase, cellulase, protease na xylanase shughuli zilionekana, kwa mtiririko huo, 10, 14, 16, 19 na 22 masaa baada ya chanjo.

Xyloglucan oligosaccharide na hatua ya antiauxin.

Muundo wa idadi ya oligosaccharides amilifu wa kifiziolojia ulibainishwa: heptaglucoside yenye matawi iliyopatikana kutoka kwa kuta za seli za fangasi wa pathogenic [Elbersheim, Darvill, 1985]; penta- na hexamers ya N-acetyl-glucosamine iliyopatikana kutoka kwa hidrolisisi ya chitin, pamoja na glucosamine iliyoundwa kutoka kwa hidrolisisi ya chitosan; 9-13-mer linear oligogalacturonides sumu wakati wa hidrolisisi ya pectini vitu; decagalacturonide na 4-5 mabaki ya galacturonosyl isiyojaa; oligogalacturonosides na shahada ya upolimishaji wa 2-6, kuonyesha shughuli fulani. Data imechapishwa kuhusu xyloglucans amilifu kisaikolojia zilizopatikana kutoka kwa hemicellulose kwa kiwango cha upolimishaji wa 8-9, chitobiose, chito-triose na chitotetrose, vipande vya matawi vya xyloglucan vilivyo na fomula Glu(4) -Xi(3) -Gal(1 au 2) )-Fuc na viasili vyao vya asili vya O-acetylated. Ilibainika kuwa p-glucoside yenye matawi ina shughuli ya juu zaidi ya kushawishi phytoalexin. Marekebisho ya kemikali ya oligosaccharin hii au mabadiliko katika muundo wa matawi yalisababisha kupungua kwa mali ya elicitor.

Utafiti wa utaratibu wa hatua ya oligosaccharides kwenye mimea ilifanya iwezekanavyo kuanzisha kwamba wigo wa majibu inategemea mkusanyiko na muundo wa vitu vilivyo chini ya utafiti. Vinyago mbalimbali vya oligosaccharide huonyesha shughuli ya juu zaidi katika viwango tofauti. Kwa mfano, uingizwaji wa usanisi wa misombo ya kinga (chitinasi) katika tamaduni ya seli ya mchele ulikuwa wa juu zaidi katika mkusanyiko wa N-acetylchitohexaose ya 1 μg/ml, wakati kufikia athari sawa katika kesi ya laminarine hexaose (kipande (3-) 1,3-glucan) ilihitajika mkusanyiko wa juu mara 10.

Ilibainika kuwa kiwango cha upinzani wa mimea kwa pathojeni imedhamiriwa (pamoja na mambo mengine) kwa uwiano wa polysaccharides mbalimbali za kuta za seli za mimea. Hii inaweza kuhukumiwa kulingana na ulinganisho wa Colletotrichum sugu ya linde na inayoshambuliwa na pathojeni.
mistari ya maharagwe ya muthianum ambayo iliwekwa wazi kwa endopolygalacturonase ya pathojeni. Vipande vya oligomeric vya pectini vilitengwa; Ilibadilika kuwa katika aina sugu, mabaki ya sukari ya upande wowote hutawala, wakati katika aina zisizo na msimamo, mabaki ya galacturonate yanatawala.

Hivi karibuni, matokeo yamepatikana yakionyesha kuwa vipande vya oligogalacturonate huundwa katika mimea sio tu chini ya ushawishi wa vimeng'enya vya pectin-degrading ya pathogens, lakini pia kama matokeo ya kujieleza kwa jeni za polygalacturonase katika seli za jeshi kwa kukabiliana na systemin na oligosaccharide elicitors.

Udhibiti wa pande nyingi wa mwitikio wa kinga wa seli na bidhaa za uharibifu wa polysaccharides ya ukuta wa seli huvutia umakini. Ilibadilika kuwa oligogalacturonides ndogo na kiwango cha upolimishaji wa 2-3 ni watoaji wa kazi, na vipande vya pectini za rhamnogalacturonic na kiwango cha juu cha upolimishaji ni wakandamizaji wa malezi ya protini za hydroxyproline za kuta za seli. Kwa maneno mengine, michakato ya uharibifu katika kuta za seli inayosababishwa na vimelea inaweza kudhibiti (kama matokeo ya mlolongo tata wa athari za mifumo ya kuashiria seli) michakato ya biosynthetic ambayo huongeza utulivu wa kuta za seli kutokana na mkusanyiko wa protini za hydroxyproline na malezi ya covalent. vifungo kati yao.

Vipande vilivyo na fucose vya xyloglucan (tri- na pentasaccharides) vilikuwa na mali ya kukandamiza kinga, lakini wakati wa kuchukua nafasi ya xylose na monosaccharide nyingine, walibadilisha shughuli ya kukandamiza kuwa shughuli ya elicitor [Ilyinskaya et al., 1997]. Kunyimwa kwa fucose ya oligosaccharide kuliinyima sifa zote mbili za kukandamiza na za elicitor. Vipimo vya chini vya kazi na uteuzi wa juu wa vikandamizaji maalum huonyesha asili ya kipokezi cha hatua yao [Ozeretskovskaya, 2001].

Kuna mifano mingine ya vimelea vinavyozalisha sio tu vichochezi, lakini pia vikandamizaji vya athari za ulinzi wa mimea. Kwa hivyo, pycnosgyurs Mycosphaerella pinodes ilitoa aina zote mbili za misombo hiyo.

Ikumbukwe kwamba vipande vya oligosaccharide vya polysaccharides ya kuta za seli za mimea na fungi vinatoka.

Hutumika kama vishawishi visivyo vya rangi ambavyo husababisha majibu yasiyo mahususi ya kinga kwa upande wa mimea iliyoambukizwa. Hii inaeleweka, kwa kuwa wakati wa uharibifu wa polysaccharides aina mbalimbali za oligosaccharides huundwa, ambayo maalum ya aina ya pathogen au mwenyeji huonyeshwa dhaifu sana. Wakati huo huo, protini (au peptidi) sababu za virusi vya bakteria, ambazo zinatambuliwa na vipokezi vya seli za mimea "zao", ni maalum kwa mbio. Aina ya mwisho ya mwingiliano inaitwa ping-pong ya kijenetiki, au mwingiliano wa jeni-on-gene, kwa kuwa umaalum wa mtoaji au kipokezi huamuliwa na jeni zinazoisimba, na upinzani au urahisi wa mimea kwa pathojeni huamuliwa na uwezo wa kipokezi kutambua mtoaji.

Ili kujifunza taratibu za majibu ya seli za mimea kwa hatua ya elicitors, sio oligosaccharides ya mtu binafsi hutumiwa mara nyingi, lakini mchanganyiko wa oligosaccharides hutengenezwa wakati wa hidrolisisi ya polysaccharides ya kuta za seli za fungi ya pathogenic. Njia hii ni ya haki ikiwa tunazingatia kwamba hata wakati wa kwanza wa kuambukizwa na vimelea, seli za mimea zinaweza kuathiriwa na sio moja, lakini wasomi kadhaa. Kwa njia, kuna kazi chache zinazotolewa kwa utafiti wa sifa za hatua ya watoaji kadhaa wakati huo huo. Kwa mfano, imeonyeshwa kuwa elicitins parasiticein na cryptogein, pamoja na oligosaccharide elicitors kutoka kuta za seli, husababisha uanzishaji wa haraka wa 48 kDa SIP-aina ya protini kinase na phenylalanine ammonium lyase katika tumbaku. Wakati huo huo, ni elicitins, na sio oligosaccharides, iliyoamilishwa 40 kDa protini kinase. Glucan na Ca 2+ ziliboresha athari za arachidonate na eicosapen-taenoate. Ukweli kwamba EGTA (ligand maalum ya Ca 2+) ilizuia usanisi wa phytoalexins unaonyesha kwamba ioni za kalsiamu zina jukumu muhimu katika kudhibiti kazi ya kinga mimea. Inawezekana kwamba vitu vya kuashiria pia ni bidhaa za uharibifu wa protini za ukuta wa seli zilizo matajiri katika mabaki ya hydroxyproline na yenye matawi ya oligoglycosyl.

WAPOKEZI WA ELICITOR

Ilikuwa tayari imetajwa katika utangulizi kwamba vipokezi vya ishara za elicitor vinaweza kuwekwa kwenye membrane ya seli, kwenye cytosol na kwenye kiini, lakini tunavutiwa sana na kesi ya kwanza, ya kawaida, wakati elicitor yenyewe haipenye. seli, lakini huingiliana na sehemu ya ziada ya seli ya kipokezi cha protini ya utando wa plasma, ambayo ni kiungo cha kwanza katika mlolongo changamano wa matukio ya kuashiria ambayo huishia katika mwitikio wa seli kwa hali ya maisha iliyobadilika. Idadi ya antena za molekuli za aina moja ya kipokezi cha membrane ya plasma ya seli inaweza kufikia elfu kadhaa. Idadi ya aina za antena za molekuli bado hazijulikani, lakini inaweza kusemwa kuwa zina sifa za msingi za kimuundo. Zina vikoa vitatu kuu: kikoa cha N-terminal cha kutofautisha cha nje (kipokezi kuhusiana na watoa huduma), kikoa cha transmembrane kilicho na maudhui yaliyoongezeka ya leucine ya asidi ya amino ya hydrophobic, na kikoa cha C-terminal cha cytoplasmic, muundo ambao huamua uhamisho wa msukumo wa ishara kwa mfumo fulani wa kuashiria. Kipokezi kinaweza kuwa mahususi kwa aina moja tu ya wawindaji au kwa kikundi cha waombaji wanaohusiana (kwa mfano, oligomeric). Aina kadhaa za protini za vipokezi vya utando wa seli katika wanyama zimeelezewa: katika baadhi ya vipokezi, mnyororo wa transmembrane wa protini huvuka utando mara moja tu, kwa wengine (serpentine) - mara saba, kwa wengine, mwingiliano na ligand ya elicitor husababisha. malezi ya homo- au heterodimer (oligomer), ambayo na ni kigeuzi cha msingi cha ishara ya nje. Muundo wa protini za kipokezi za plasmalemma ya mmea umesomwa kwa kiwango kidogo, lakini kanuni za ujenzi wao ni sawa.

ATP

ATP

Mchele. 4. Mpango wa muundo wa mfumo wa ishara wa vipokezi wa sehemu mbili

A - receptor rahisi; b - kipokezi cha viungo vingi. 1 - kikoa cha "pembejeo"; 2 - kikoa cha autokinase histidine; 3 - kikoa cha kupokea kidhibiti majibu; 4 - kikoa cha "pato" cha kidhibiti cha majibu; 5 - kikoa cha uhamisho wa phosphate kilicho na histidine; A - mabaki ya asidi ya aspartic; G - mabaki ya histidine; P ni mabaki ya orthofosfati inayohamishwa wakati wa athari za kinase. Ishara ya nje inaonyeshwa na ishara ya umeme

Sawa na seli za wanyama. Muundo wa vipokezi wa sehemu mbili, ambao una mali ya kinase ya protini, huvutia tahadhari maalum (Mchoro 4). Iligunduliwa kwanza katika viumbe vya prokaryotic, na kisha, katika fomu iliyobadilishwa, katika viumbe vya eukaryotic, ikiwa ni pamoja na mimea, kama vile Arabidopsis. Ikiwa katika kesi ya kwanza vipengele viwili - kipokezi yenyewe na mtendaji - ni huru, ingawa huingiliana, molekuli za protini, basi kwa pili ni vikoa viwili vya protini sawa.

Uthibitishaji wa dhima ya mwingiliano wa vipokezi vya elicitor katika upitishaji na uhamishaji wa ishara kutoka kwa viini vya magonjwa hadi kwenye jenomu ulikuwa uanzishwaji wa uhusiano chanya kati ya uwezo wa watoaji wa kuunganishwa bila ushirikiano kwa vipokezi na kusababisha mwitikio wa seli za kinga, kama vile mkusanyiko wa phytoalexins. Kufunga kwa sehemu ya nje ya vipokezi vya protini ya utando wa plasma ilikuwa tabia ya oligosaccharide elicitors ya kuta za seli za mimea, vipande vya oligochitin vya kuta za seli za kuvu, protini za elicitor na peptidi, syringolides, mfumo wa phytohormones ya mkazo, ethilini, asidi abscisic, methyl jasmonate, na brassinosteroids. Katika kesi ya mwisho, kuna tofauti ya msingi kutoka kwa seli za wanyama, ambazo receptors za homoni za steroid ziko kwenye kiini.

Idadi ya vipokezi vya kuelimisha protini ya utando vimetengwa. Ili kufanya hivyo, baada ya vipokezi kumfunga elicitors zilizoandikwa, utando hutolewa kutoka kwa seli, kuharibiwa, na protini iliyo na elicitor iliyobaki inatambuliwa na mionzi yake. Imegunduliwa, kwa mfano, kwamba kipokezi cha systemin ni protini ya 160 kDa, kielelezo cha bakteria flagellin ni protini ya utando wa kDa 115, na glycoprotein kutoka kwa ukuta wa seli ya blight iliyochelewa, ambayo ina kipande cha ishara cha oligopeptidi cha 13 amino. mabaki ya asidi -91 kDa au 100 kDa.

Dhana ya mwingiliano wa jeni la molekuli kati ya vimelea vya magonjwa na mimea mara nyingi huhusisha utambuzi usio wa moja kwa moja (unaopatanishwa na mifumo ya kuashiria) utambuzi wa jeni la avirulence ya pathojeni (jeni la avr) kwa jeni inayolingana yake ya upinzani (R jeni) ya seli ya mmea.

Msingi wa molekuli wa mwingiliano wa "gene-to-gene" kati ya pathojeni na mmea ulikuwa mfano wa kipokezi cha elicitor. Protini za vipokezi zimetengwa na kusafishwa, na jeni zinazosimba protini hizi zimeundwa. Kuna idadi ya kazi za mapitio zinazotolewa kwa muundo wa protini za vipokezi

Ilibadilika kuwa wengi wao wana marudio sawa yaliyohifadhiwa ya leucine (kutoka 12 hadi 21), muhimu kwa mwingiliano wa protini-protini. Marudio haya hupatanisha ufungaji wa protini ya kipokezi R kwa vishawishi. Uchunguzi wa mutants na upinzani usioharibika kwa bakteria ya pathogenic inayosababishwa na uingizwaji wa glutamate na lysine katika moja ya marudio ya leucine inathibitisha kwamba mwingiliano wa protini-protini ni kiungo muhimu katika mabadiliko na uhamisho wa ishara za elicitor kwenye genome ya seli.

Hivi sasa, miundo kadhaa ya muundo wa vipokezi na mbinu za kusambaza ishara ya elicitor kutoka nje hadi ndani ya seli ya mmea zinakubaliwa. Familia ya vipokezi 35 vya serpentine imepatikana katika Arabidopsis. Kipokezi hutambua molekuli ya ishara kwenye tovuti ya N-terminal kwenye upande wa nje wa utando, na hupeleka msukumo wa ishara kwenye saitoplazimu kupitia tovuti ya C ya ndani. Kufunga kwa molekuli ya ishara husababisha mabadiliko katika muundo wa molekuli nzima ya kipokezi, ambayo husababisha uanzishaji wa molekuli za protini zinazohusiana nayo kwenye saitoplazimu inayopitisha ishara.

Mojawapo ya taratibu muhimu zinazotumiwa katika mifumo ya kuashiria seli ni dimerization (oligomerization) ya baadhi ya viunzi vya protini vya mifumo hii. Mifano ni pamoja na kupunguzwa kwa vipokezi baada ya kufunga kano kwao, kufifisha kwa baadhi ya vipashio vya mifumo ya kuashiria, na kufifisha vipengele vya udhibiti wa unukuzi. Wote homo- na heterodimerization (oligomerization) huzingatiwa. Katika wanyama, utaratibu wa dimerization ya tyrosine kinase receptors ya membrane ya seli ni tabia, kwa mfano, kwa uhamisho wa homoni za polypeptide (sababu ya ukuaji wa placenta, nk). Vipokezi vya serine/threonine kinase hufanya kazi kwa njia sawa. Kidogo inajulikana kuhusu ni aina gani za vipokezi - monomeric, homodimeric au heterodimeric - zinazohusika katika mabadiliko ya ishara za elicitor katika seli za mimea. Mpango wa heterodimer re-
kipokezi, ambacho kimeamilishwa na ligand, ambayo husababisha phosphorylation ya kikoa cha cytosolic kinase na uanzishaji wa protini zinazohusiana nayo, ambayo baadhi hupeleka msukumo wa ishara kwa viungo vifuatavyo vya mifumo ya kuashiria. Moja ya protini zinazohusiana ni protini phosphatase, ambayo inactivates kinase domain.

Katika seli za wanyama, kipokezi cha tyrosine kinase kina vikoa vitatu - extracellular, transmembrane na cytosolic. Muundo maalum wa kikoa cha kwanza na cha tatu (kinachojumuisha, kwa mfano, kwa ukweli kwamba hawana uwezo wa phosphorylation) huamua, kwa upande mmoja, ni homoni gani ambayo kipokezi huingiliana na, kwa upande mwingine, ni mifumo gani ya kuashiria. "imewashwa" na homoni hii. Uingiliano wa kikoa cha nje na ligand ya kuashiria husababisha autophosphorylation ya mabaki ya tyrosine ya kikoa hiki, ambayo huongeza shughuli zake za kinase. Kwa kawaida, kinasi ya protini ina maeneo mengi ya phosphorylation. Hii inatumika pia kwa kinasi ya protini ya vipokezi. Kikoa cha cytoplasmic cha aina ya monomeriki ya kipokezi cha sababu ya ukuaji katika seli za wanyama kina angalau mabaki tisa ya tyrosine inayoweza kujiendesha. Mmoja wao, Tyr 857, ni muhimu kwa udhihirisho wa shughuli za kinase, na wengine wanane huamua maalum ya uhusiano na molekuli zinazobadilisha ishara. Kuna sababu ya kuamini kwamba kanuni sawa za utendakazi wa vipokezi pia hutumiwa katika seli za mimea, hata hivyo, hasa kinasi za kipokezi cha serine-threonine zinazohusika katika athari za ulinzi wa mimea zinazotokana na pathojeni hupatikana ndani yake.

Hivi sasa, 18 Arabidopsis receptor-kama serine-threonine protini kinase imegawanywa katika vikundi vinne kulingana na muundo wa kikoa chao cha ziada:

1. Kinasi za protini zilizo na vikoa vilivyoboreshwa na leucine kurudia, kwa kawaida tabia ya vipande vinavyohusika katika mwingiliano wa protini-protini. Katika wanyama, vipokezi hivyo hufunga molekuli za polipeptidi (au peptidi) zinazoashiria. Inachukuliwa kuwa kundi hili linajumuisha receptors za brassinolide zilizo na utajiri

Myleucine hurudia katika eneo la N-terminal supramembrane. Katika nyanya, jeni la protini sawa lilitengwa, lakini bila kikoa cha cytosolic kinase.

2. Protini kinases na S-domains, ambayo yana
mabaki mengi ya cysteine.

Kinasi za protini zilizo na vikoa vyenye utajiri wa leucine
marudio, lakini, tofauti na kundi la kwanza, linahusishwa
pamoja na lectini. Hii inajenga uwezekano wa mapokezi na haya
protini kinase ya oligosaccharide elicitors.
Kinasi ya protini inayohusishwa na seli.

Vikundi hivi havikujumuisha baadhi ya kinasi ya protini, hasa protini kinase ambayo ina kikoa cha ziada ambacho hufungamana na protini ambayo hujilimbikiza katika nafasi ya seli wakati mimea imeambukizwa na vimelea mbalimbali vya magonjwa. Kama ilivyobainishwa tayari, kinasi nyingi za vipokezi zinaweza kuingiliana na protini zingine, na hii hutoa aina kubwa zaidi za ishara za kemikali zinazohusiana na udhibiti wa michakato hii. Labda protini kinase iliyotajwa ni mojawapo ya protini za kipokezi zinazohusika na athari za ulinzi wa mimea.

Mojawapo ya aina za zamani, za kihafidhina na zilizoenea za vipokezi vya utando ni transmembrane autophosphorylating histidine kinase, ambayo inaweza kuanzishwa na anuwai ya molekuli za kuashiria elicitor. Kufungwa kwa elicitor na eneo la nje la N-terminal ya receptor, inayojitokeza juu ya safu ya lipid ya plasmalemma, husababisha mabadiliko katika muundo wake na autophosphorylation ya mabaki ya histidine (tazama Mchoro 4). Kisha mabaki ya asidi ya fosforasi huhamishiwa kwenye mabaki ya aspartate ya mkoa wa ndani (cytoplasmic) wa protini, ambayo pia husababisha mabadiliko katika muundo wake na, kwa sababu hiyo, uanzishaji wa enzyme inayohusishwa na receptor (moja kwa moja au kwa njia ya waamuzi - - mara nyingi G-protini). Uanzishaji wa enzyme ndio kiunga muhimu zaidi katika mfumo wa kuashiria, madhumuni yake ambayo ni upitishaji na kuzidisha ishara ya elicitor, na kuhitimisha kwa usemi wa jeni za kinga na kuonekana kwa protini.

Mwitikio wa seli na mmea kwa ujumla kwa maambukizo na athari za watoaji huamua. Umaalumu wa vipokezi vya vichochezi huamuliwa na kibadilishaji cha N-terminus ya nje ya protini, na umaalum wa kimeng'enya hubainishwa na C-terminus yake ya ndani. Aina hii ya kipokezi imeonyeshwa kuingiliana na mkazo phytohormone ethylene IBleecker et al., 1998; Hua na Meyerowitz, 1998; Theolojia, 1998; Woeste na Kieber, 1998; Alonso et al., 1999; Chang, Shockey, 1999; A.E. Hall na wenzake, 1999; Hirayama et al., 1999; Cosgrove et al., 2000; Savaldi-Goldstein, Fluhr, 2000; nk], ambayo huleta athari za kinga za seli za mimea. Ufungaji na uamuzi wa muundo wa msingi wa jeni la kipokezi cha histidine katika Arabidopsis ulifunua kuwa kikoa chake cha membrane ya N-terminal ni sawa na wasafirishaji wa ioni za chuma.

Hivi sasa, protini ya receptor ya transmembrane imeelezewa, N-terminus ambayo inaingiliana na ukuta wa seli, na C-terminus iko kwenye cytoplasm na ina mali ya kinases ya protini ya serine-threonine. Kulingana na waandishi, protini hii ya kipokezi hufanya kazi za kuashiria, kutoa mawasiliano ya kuashiria kati ya ukuta wa seli na yaliyomo ndani ya seli.

Kwa kuwa mwingiliano wa molekuli ya ishara na kipokezi hutokea bila kuundwa kwa vifungo vya ushirikiano kati yao, uwezekano wa kuunganishwa kwao hauwezi kutengwa. Kwa upande mwingine, muungano wa aina hizi mbili za molekuli inaweza kuwa na nguvu kabisa, na mabadiliko katika muundo wa protini ya kipokezi huunda sharti la kuwezesha shambulio hilo na proteases ambazo hutambua protini zilizo na muundo uliovurugika na kuharibu molekuli hizi. . Katika suala hili, uwezo wa seli kurejesha haraka idadi ya receptors ni muhimu sana. aina mbalimbali. Ikumbukwe ni majaribio yaliyotolewa katika uchunguzi wa athari za vizuizi vya usanisi wa protini juu ya ukubwa wa kufunga vichochezi na vipokezi vya protini za plasmalemma. Ilibadilika kuwa matibabu ya seli na cycloheximide, kizuizi cha usanisi wa protini na ushiriki wa ribosomes ya cytoplasmic, ilisababisha kupungua kwa kasi kwa kiwango cha mfumo wa kumfunga kwa seli, ambayo inaonyesha kuwa.

Kiwango cha juu cha mauzo ya protini ya kipokezi ni kDa 160. Kuna data juu ya usanisi wa vipokezi vinavyotokana na elicitor vilivyoko kwenye plasmalemma, lakini, kama inavyojulikana, bado hakuna taarifa kuhusu kiwango cha umaalum wa usanisi wa protini ya kipokezi fulani kulingana na aina ya kichochezi.

Tarchevsky I.A. Mifumo ya kuashiria seli za mimea - faili n1.doc

n1.doc