• Print
Details
Тихонович И.А., Осипова М.А., Лутова Л.А., Долгих Е.А.

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии
Санкт-Петербург, Пушкин, шоссе Подбельского, 3, 196608; E-mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Введение. При симбиозе бобовых растений с почвенными бактериями семейства Rhizobiaceae на корнях растений формируются новые органы – симбиотические клубеньки, в которых бактерии осуществляют процесс биологической фиксации молекулярного азота. Клубенькообразование – строго контролируемый процесс, основанный на поддержании баланса между интенсивностью азотфиксации и снабжением питательными веществами этих органов. Важным механизмом такого контроля является системная регуляция (авторегуляция клубенькообразования), основанная на обмене сигналами между побегом и корнем растения. Однако механизмы действия и природа сигналов, вовлеченных в систему авторегуляции, остаются далекими от понимания. Относительно недавно было показано, что в системную регуляцию клубенькообразования могут быть вовлечены компоненты комплекса CLAVATA – гетеродимерный рецепторный комплекс, сформированный рецепторными киназами CLAVATA1 (CLV1) и CLAVATA2 (CLV2), лигандом которого является пептидный регулятор CLE-семейства (CLV3). Изучению особенностей функционирования CLAVATA комплекса в системной регуляции клубенькообразования и была посвящена выполненная работа.

Материалы и методы. Для создания генетических конструкций, содержащих промотор изучаемого гена, соединенный с геном-репортером использовали систему векторов для эффективного клонирования (Invitrogen). Промотор амплифицировали на матрице геномной ДНК объекта с использованием высокоточной полимеразы Pfu, полученные фрагменты клонировали в векторе pENTR/D-TOPO. После подтверждения правильности вставки промотора в вектор, осуществляли переклонирование промотора в вектор доставки pBGWFS7, содержащий последовательности репортерных генов GFP/GUS и терминатора 35S. Штаммом Agrobacterium rhizogenes, несущим генетические конструкции, трансформировали растения люцерны Medicago truncatula и гороха Pisum sativum.

Результаты и обсуждение. Известно, что рецепторный комплекс CLAVATA вовлечен в регуляцию пролиферации клеток при развитии регулярных меристем растения. В апикальной меристеме побега связывание регуляторного пептида CLV3 с рецепторным комплексом CLV1/CLV2 активирует сигнальный каскад, подавляющий экспрессию гомеодомен-содержащего транскрипционного фактора семейства WOX - WUSHEL (WUS). WUS экспрессируется в меристеме побега (в организующем центре) и отвечает за поддержание клеточных делений и подавление дифференцировки прилежащих клеток. Гомологичный ген WOX5 экспрессируется в покоящемся центре меристемы корня и отвечает за поддержание клеточных делений и подавление дифференцировки прилежащих клеток-инициалей (стволовых клеток). Как показали исследования на модельном объекте, арабидопсисе, продукты генов WUS и WOX5 функционально эквивалентны. Таким образом, системы WUS-CLAVATA и WOX5-CLAVATA функционируют в «организующих центрах» меристем и обеспечивают поддержание пула стволовых клеток, стимулируя их пролиферацию и блокируя дифференцировку. В основе органогенеза клубеньков бобовых растений лежит реактивация делений клеток коры корня и перицикла и формирование примордия/меристемы клубенька. Как показал анализ мутантов, в системный контроль этого процесса вовлечены компоненты CLV-подобной системы (CLV1 и СLV2). Кроме того, было показано, что ген WOX5 gene экспрессируется в меристеме клубеньков M. truncatula, однако его функция не была исследована. В наших исследованиях была детально изучена роль гена WOX5 и его взаимодействие с CLV-подобной системой при развитии клубеньков у двух бобовых растений: M. truncatula и P. sativum. Анализ динамики экспрессии WOX5 и локализация были изучены методом количественного ОТ-ПЦР, а также с помощью репортерной конструкции pWOX5::GUS при развитии клубеньков. Установлено, что экспрессия WOX5 возрастает после инокуляции и остается высокой в развивающихся примордиях клубеньков, что свидетельствует о важной роли WOX5 в органогенезе этих органов. Как показали наши исследования, уровень и область экспрессии гена WOX5 была значительно повышена у суперклубенькообразующих мутантов с нарушением системы авторегуляции клубенькообразования, дефектных по генам CLV1 и CLV2. Таким образом, в наших исследованиях были получены данные об участии CLV-WOX5 регуляторного пути при развитии клубеньков у бобовых растений и его консервативной функции в регулярных и нерегулярных меристемах растений.

Выводы. С использованием биотехнологического подхода были выполнены исследования, направленные на изучение регуляторов, вовлеченных в системный контроль клубенькообразования у бобовых растений.

Работа была поддержана грантом РФФИ № 11-04-01689-а.