www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310 Ауксин

  • Размер: 25.5 Mегабайта
  • Количество слайдов: 117

Описание презентации www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310 Ауксин по слайдам

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310 Ауксин Цитокинин Гиббереллин Абсцизовая кислота Этилен Брассиностероиды Салициловая кислотаwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310 Ауксин Цитокинин Гиббереллин Абсцизовая кислота Этилен Брассиностероиды Салициловая кислота Жасмоновая кислота. Стриголактоны « Классические» и новые фитогормоны

Фитогормоны :  синтез ,  транспорт ,  рецепция ,  передача сигнала  иФитогормоны : синтез , транспорт , рецепция , передача сигнала и ответы www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310 рецепция продукция активного гормона передача сигнала эффекты Hтранспорт эффектытранскрипция не-геномная регуляция (например, ионные каналы)синтез разрушение. H Hконьюгация Фосфорилирование белка дефосфорилирование P протеолиз

  Индолил-3 -уксусная кислота ( ИУК )удлинение клеток деление клеток эмбриогенез филлотаксис корнеобразование дифференциация проводящих Индолил-3 -уксусная кислота ( ИУК )удлинение клеток деление клеток эмбриогенез филлотаксис корнеобразование дифференциация проводящих тканей ветвление тропический рост формирование плода Ауксин

Auxin INPUT OUTPUTПуть передачи ауксинового сигнала поразительно короткий! Auxin INPUT OUTPUTПуть передачи ауксинового сигнала поразительно короткий!

MAPKKK MAPKK MAPKINPUT MAPK OUTPUTТипичный для эукариот путь передачи сигнала представляет много возможностей для усиления сигналаMAPKKK MAPKK MAPKINPUT MAPK OUTPUTТипичный для эукариот путь передачи сигнала представляет много возможностей для усиления сигнала и перекрестного «сигналинга» МАР киназный каскад фосфорилирования

ИУК Рецепция ABP 1 SCF TIR 1 Эффекты ауксина опосредованы по крайней мере 2 типами рецепторовИУК Рецепция ABP 1 SCF TIR 1 Эффекты ауксина опосредованы по крайней мере 2 типами рецепторов несмотря на 30 -летнюю историю, молекулярный механизм передачи сигнала плохо понятен 1980 – очистка мембранного белка из Zea mays 1989 – молекулярное клонирование к. ДНК 19 97 – ген толерантности к ингибиторам транспорта ауксина у Arabidopsis 2005 – открытие ядерного рецептора ауксина значительный успех в расшифровке молекулярного механизма передачи сигнала

Ауксин стимулирует рост растяжением и деление клеток растений вода 18 ч ауксин Ауксин стимулирует рост растяжением и деление клеток растений вода 18 ч ауксин

Растяжение/удлинение клеток под действием ауксина :  гипотеза кислого роста • стимуляция  выделения H+. •Растяжение/удлинение клеток под действием ауксина : гипотеза кислого роста • стимуляция выделения H+. • снижение p. H в межклеточном пространстве • активация ферментов, разрушающих сшивки между полимерами целлюлозы • растяжение клеточной стенки под действием тургора Mc. Queen-Mason, S. , Durachko, D. M. , and Cosgrove, D. J. ( 1992 ) Two endogenous proteins that induce cell wall extension in plants. Plant Cell 4: 1425 -1433.

  контроль ABP 1 сверхэкспрессия From Jones, A. M. , et al. ( 1998 ) контроль ABP 1 сверхэкспрессия From Jones, A. M. , et al. ( 1998 ) Auxin-dependent cell expansion mediated by overexpressed Auxin-Binding Protein. Science 282 : 1114– 1117, reprinted with permission from AAAS. ИУК Рецепция ABP 1 Гены-ми шени Биологическая функция. Ауксин-индуцированное растяжение клеток может быть опосредовано АВР 1 средний объем клетки в растениях со сверхэкспрессей ABP 1 приблизительно в 2 раза больше, по сравнению с контролем

Braun, N. , et al. ( 2008 ). Conditional repression of AUXIN BINDING PROTEIN 1 revealsBraun, N. , et al. ( 2008 ). Conditional repression of AUXIN BINDING PROTEIN 1 reveals that it coordinates cell division and cell expansion during postembryonic shoot development in Arabidopsis and tobacco. Plant Cell 20: 2746 -2762. w ild-type control Et. OH-induced ABP 1 -antisense потеря функции ABP 1 летальна на стадии эмбриогенеза трансгенные растения, содержащие индуцируемую антисмысловую последовательность, которая приводит к выключению ( silences ) ABP 1 гена на 12 день , ABP 1 «заглушается» и рост растения существенно тормозится. AUXIN-BINDING Protein 1 необходим для деления и растяжения клеток

Tromas et al. June 2010 Быстрые ответы на ауксин опосредованы ABP 1 -зависимой активацией Н +Tromas et al. June 2010 Быстрые ответы на ауксин опосредованы ABP 1 -зависимой активацией Н + -АТФазы и К + -каналов Участие ABP 1 в регуляции клеточного цикла – рассмотрим позже

Robert et al. October 2010 Cell. ABP 1 опосредованная регуляция эндоцитоза - нетранскрипционная передача ауксинового сигналаRobert et al. October 2010 Cell. ABP 1 опосредованная регуляция эндоцитоза — нетранскрипционная передача ауксинового сигнала Ауксин-зависимое увеличение уровня PIN транспортеров в плазмалемме осуществляется за счет ингибирования эндоцитоза, которое контролируется ABP

Модель ауксин-индуцируемого выноса протонов с учетом нетранскрипционного и транскрипционного путей передачи сигнала  Plant Physiology 2006Модель ауксин-индуцируемого выноса протонов с учетом нетранскрипционного и транскрипционного путей передачи сигнала Plant Physiology 2006 4 ed. by L. Taiz&E. Zeiger

CUL 1 SKP 1 F-box TIR 1 protein. F-box TIR 1 auxin receptor SCF complex SCFCUL 1 SKP 1 F-box TIR 1 protein. F-box TIR 1 auxin receptor SCF complex SCF ubiquitin ligase complex (Named for S KP 1, C UL 1 and F -box proteins)Ядерный рецептор ауксина TIR 1 – компонент SCF убиквитин-лигазного комплекса SCF TIR

Ubiquitin by Rogerdodd. CUL 1 SKP 1 Мишень Убиквитин-лигазный комплекс  «убиквитинизирует» белки-мишени F-box белок распознаетUbiquitin by Rogerdodd. CUL 1 SKP 1 Мишень Убиквитин-лигазный комплекс «убиквитинизирует» белки-мишени F-box белок распознает и присоединяется к белку-мишени комплекс переносит убиквитин на мишень

Убиквитин Ubiquitin by Rogerdodd. Мишень Убиквитин: белок из  76  аминокислот – обозначает мишени протеолитическогоУбиквитин Ubiquitin by Rogerdodd. Мишень Убиквитин: белок из 76 аминокислот – обозначает мишени протеолитического расщепления. Мишени протеолитического расщепления ковалентно связаны с убиквитином

26 S протеасомамишень. Убиквитинизированные белки подвергаются протеолизу в 2 6 S протеасоме 26 S протеасомамишень. Убиквитинизированные белки подвергаются протеолизу в 2 6 S протеасоме

Benzoic acid Tryptophan 2, 4 -D NAA IAA Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Dharmasiri,Benzoic acid Tryptophan 2, 4 -D NAA IAA Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd. Dharmasiri, N. , Dharmasiri, S. , and Estelle, M. ( 2005 ) The F-box protein TIR 1 is an auxin receptor. Nature 435: 441 -445. Высокоспецифичное связывание ауксинов с комплексом SCF TIR 1 необходимо для присоединения мишени мишеньауксин что является мишенью SCF TIR 1 — опосредо-ван ного протеолиза ? Aux/IAA белки – короткоживущие ядерные белки- репрессоры ответов на ауксин

ARFTIR 1 Auxin TIR 1 Aux/IAA ARFНет ауксина (низкая концентрация) транскрипционные факторы ответа на ауксин (ARFTIR 1 Auxin TIR 1 Aux/IAA ARFНет ауксина (низкая концентрация) транскрипционные факторы ответа на ауксин ( auxin responsive transcription factors (ARFs) ) взаимодействуют с Aux/IAA белками-репрессорами ауксин-зависимых генов Высокая концентрация ауксина TIR 1 рецептирует ауксин и взаимодействует с Aux/IAA белками-репрессорами. Ауксин-индуцированные изменения экспрессии генов

Ub F-box/ TIR 1 ростовые процессы ARF+ Auxin Ауксин, присоединяясь к TIR 1 инициирует протеолиз Aux/IAAUb F-box/ TIR 1 ростовые процессы ARF+ Auxin Ауксин, присоединяясь к TIR 1 инициирует протеолиз Aux/IAA белков удаление репрессоров позволяет факторам транскрипции ARF s регулировать транскрипцию (как активировать, так и репрессировать!)

ответсигнал ауксин Белок-белковые взаимодействия Aux/IAA белков с TIR 1 и ARF определены консервативные аминокислотные последовательности, отвечающиеответсигнал ауксин Белок-белковые взаимодействия Aux/IAA белков с TIR 1 и ARF определены консервативные аминокислотные последовательности, отвечающие за связывание с TIR 1 и, соответственно, стабильность Aux/IAA белков I II IV QVV G W P L V RSYRK I II IV QVV G W PPV RSYRK Wild-type degron Mutant degron. I II III IVDNA-bindin g domain Activation / repression domain. ARFI II IVAux/IAA III ARF гомодимер ARF Aux/IAA гетеродимер

No ARF 5! Stable IAA 12! Lau, S. , Jürgens, G. , and De Smet, I.No ARF 5! Stable IAA 12! Lau, S. , Jürgens, G. , and De Smet, I. ( 2008 ) The evolving complexity of the auxin pathway. Plant Cell 20: 1738 -1746. monopteros bodenlos. Сходство фенотипа мутантов по Aux/IAA белкам и ARF факторам транскрипции оверэкспрессией ARF можно восстановить функцию

Auxin сигнал ответ29  Aux/IAA  белков у Arabidopsis 23  ARF  белков у ArabidopsisAuxin сигнал ответ29 Aux/IAA белков у Arabidopsis 23 ARF белков у Arabidopsis кроме TIR 1 еще 5 родственных белков рецепторов ауксина , AFB 1 – AFB 5. число потенциальных взаимодействий и комбинаций достаточно большое. Разнообразие ответов на ауксин, возможно, связано с многообразием белков, участвующих в передаче сигнала

Гиббереллины www. plant-hormones. infohttp: // 5 e. plantphys. net/ Plant Physiology 5 ed. by L. Taiz&E.Гиббереллины www. plant-hormones. infohttp: // 5 e. plantphys. net/ Plant Physiology 5 ed. by L. Taiz&E. Zeiger. Web Topic 20.

гиббереллины  (ГК) синтезируются в зародыше и высвобождаются в крахмалистый эндосперм через щиток гиббереллины диффундируют вгиббереллины (ГК) синтезируются в зародыше и высвобождаются в крахмалистый эндосперм через щиток гиббереллины диффундируют в алейроновый слой разрушение крахмала и др. макромолекул алейроновые клетки кореньщитокапикальная меристема побега колеоптильпервый истинный лист крахмалистый эндоспермалейроновый слой ГК ГК продукты гидролиза гидролитические ферменты семенная кожура +перикарп индукция в клетках алейронового слоя синтеза α-амилазы и других гидролаз и их секреция в эндосперм Plant Physiology 4 ed. by L. Taiz&E. Zeiger. Перемещение ГК при прорастании семян – классический и «не стандартный» пример действия ГК http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic 20. 7 механизм транспорта ГК – не известен

Инициация многокомпонентного сигнального каскада после обработки ГК алейронового слоя http: //4 e. plantphys. net/ Web TopicИнициация многокомпонентного сигнального каскада после обработки ГК алейронового слоя http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic 20.

 «не стандартно» :  неизвестный рецептор на мембране http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic «не стандартно» : неизвестный рецептор на мембране http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic 20. 7 гипотетический рецептор на плазмалемме гетеротримерный G-белок плазматическая мембрана. ГК 1 pастворимый рецептор ГККЛЕТКА АЛЕЙРОНОВОГО СЛОЯСа 2+ -завиимый путь передачи сигнала с участием кальмодулина и киназ Са 2+ — независимый путь передачи сигнала с участием ц. ГМФ активированный F-box белок фактор транскрипции GAMYBс е к р е ц и я секреторные везикулы, содержащие α-амилазу α-амилаза гидролиз крахмала в эндосперме. Аппарат Гольджи рибосомы шероховатый ЭПР ген α-амилазы м. РНК α-амилазы. GAMYB м. РНК промот о рактиватор. DELLA белок протеасома деградация транскрипция и процессингреперссор

 «Стандартно» : растворимый белок-рецептор и дерепрессия генов Ueguchi-Tanaka M, Ashikari M, Nakajima M, Itoh H, «Стандартно» : растворимый белок-рецептор и дерепрессия генов Ueguchi-Tanaka M, Ashikari M, Nakajima M, Itoh H, Katoh E, et al. 2005. GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF 1 encodes a soluble receptor for gibberellin. Nature 437: 693– 98. Ueguchi-Tanaka M. , et al. , 2007. Annu Rev Plant Biol 58: 183 —

GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF 1 (GID 1)  кодирует  рецептор ГК Reprinted by permission from MacmillanGIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF 1 (GID 1) кодирует рецептор ГК Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: NATURE. Ueguchi-Tanaka, M. , et al. ( 2005 ) GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF 1 encodes a soluble receptor for gibberellin. Nature 437: 693 -698 , copyright 2005. WT gid 1 -1 в отличие от мутантов с нарушенным биосинтезом ГК, мутант риса gid 1 не чувствителен к экзогенной ГК

Griffiths, J. et al. ( 2006 ) Genetic characterization and functional analysis of the GID 1Griffiths, J. et al. ( 2006 ) Genetic characterization and functional analysis of the GID 1 gibberellin receptors in Arabidopsis. Plant Cell 18: 3399– 3414. GA GA 3 ox 1 Response GID 1 Экспрессия GID 1 подавляется ГК WT gid 1 a-1 gid 1 b-1 gid 1 c-1 Single mutants Triple mutant negative feedback controls

DELLAs GAРецепция ГК и передача сигнала Гиббереллины – «ингибиторы» ингибиторов роста ГК инактивирует DELLA ингибиторы DELLAs GAРецепция ГК и передача сигнала Гиббереллины – «ингибиторы» ингибиторов роста ГК инактивирует DELLA ингибиторы

Fu, X. , Richards, D. E. , Ait-ali, T. , Hynes, L. W. , Ougham, H.Fu, X. , Richards, D. E. , Ait-ali, T. , Hynes, L. W. , Ougham, H. , Peng, J. , and Harberd, N. P. ( 2002 ). Gibberellin-mediated proteasome-dependent degradation of the barley DELLA protein SLN 1 repressor. Plant Cell 14: 3191 -3200. ; Ikeda, A. , et al. ( 2001 ). slender Rice, a constitutive gibberellin response mutant, is caused by a null mutation of the SLR 1 gene, an ortholog of the height-regulating gene GAI/RGA/RHT/D 8. Plant Cell 13: 999 -1010. [GA 3] (pg/g) WT sln 1 -1 ячмень WT WT + GA sln 1 рис. Мутанты с конститутивным ответом на ГК – обнаружение механизма передачи сигнала slender 1 накопление ГК в sln растениях намного ниже, чем в диком типе = > это мутант с нарушенной передачей сигнала, а не со сверхпродукцией ГК

Peng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-InsensitivePeng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wild-type phenotype. Plant Cell 5: 351 -360. ; Fujioka, S. , Yamane, H. , Spray, C. R. , Katsumi, M. , Phinney, B. O. , Gaskin, P, Mac. Millan, J. , and Takahashi, N. ( 1988 ) The dominant non-gibberellin-responding dwarf mutant (D 8) of maize accumulates native gibberellins. Proc. Natl. Acad. Sci. 85: 9031 -9035. GAI /GAI /gai + / + D 8 / D 8 Arabidopsis Zea mays. Нечувствительные к ГК карлики с высоким содержанием ГК — еще один ключ к расшифровке сигналинга GA-INSENSITIV

Peng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-InsensitivePeng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wild-type phenotype. Plant Cell 5: 351 -360. ; Ikeda, A. , et al. ( 2001 ). slender Rice, a constitutive gibberellin response mutant, is caused by a null mutation of the SLR 1 gene, an ortholog of the height-regulating gene GAI/RGA/RHT/D 8. Plant Cell 13: 999 -1010. WT gai. WT slr 1 DELLA домен делеция DELLA домена (распознаваемого ГК)стоп-кодон или сдвиг рамки считывания потеря функции приобретение функции *GA-INSENSITIVE 1 и SLENDER 1 кодируют “DELLA” репрессоры

Peng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-InsensitivePeng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wild-type phenotype. Plant Cell 5: 351 -360. ; Ikeda, A. , et al. ( 2001 ). slender Rice, a constitutive gibberellin response mutant, is caused by a null mutation of the SLR 1 gene, an ortholog of the height-regulating gene GAI/RGA/RHT/D 8. Plant Cell 13: 999 -1010. WT gai. WT slr 1 GA ответ потеря DELLA репрессора – сильный конститутивный ответ увеличенное количество DELLA репрессора – нет ответа. GA-INSENSITIVE 1 и SLENDER 1 кодируют “DELLA” репрессоры

Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Nature.  Murase, K. , Hirano, Y. , Sun,Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Nature. Murase, K. , Hirano, Y. , Sun, T. -p. , and Hakoshima, T. ( 2008 ). Gibberellin-induced DELLA recognition by the gibberellin receptor GID 1. Nature 456: 459 -463 , Copyright 2008. это взаимодействие было обнаружено/показано с применением метода бимолекулярной комплементарной флуоресценции ( Bimolecular Flourecence Complementation assay )Связываясь с ГК, GID рецептор взаимодействует с DELLA белками

YFP-N YFP-C белок A белок B Флуоресцентный белок YFP может быть разбит на 2 половины, каждаяYFP-N YFP-C белок A белок B Флуоресцентный белок YFP может быть разбит на 2 половины, каждая из которых не флуоресцирует. Каждая половинка «пришивается» к интересующему нас белку (Protein A и Protein B) Бимолекулярная комплементарная флуоресценция

YFP-N YFP-C Protein A Protein B молекулярное взаимодействие между белками  A и B флуоресценция еслиYFP-N YFP-C Protein A Protein B молекулярное взаимодействие между белками A и B флуоресценция если белки A и B взаимодействуют, то они две половины YFP соединяются , воссоздавая флуоресцирующий белок. Бимолекулярная комплементарная флуоресценция

Ueguchi-Tanaka, M. , et al. ( 2007 ) Molecular interactions of a soluble gibberellin receptor, GIDUeguchi-Tanaka, M. , et al. ( 2007 ) Molecular interactions of a soluble gibberellin receptor, GID 1, with a rice DELLA protein, SLR 1, and gibberellin. Plant Cell 19: 2140 -2155. DAPI окраска ДНКBright Field только GID 1 ( отрицательный контроль ) только SLR 1 ( отрицательный контроль ) GID 1 + SLR 1 нет ГК GID 1 + SLR 1 есть ГКГК-зависимое взаимодействие между GID 1 рецептором и SLR 1 (DELLA)

Peng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-InsensitivePeng, J. , and Harberd, N. P. ( 1993 ). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wild-type phenotype. Plant Cell 5: 351 -360. ; Wild-type gai. GAI gai. DELLA домен необходим для связывания GID 1 делеция DELLA домена приводит к ГК-нечувствительному, полудоминантному карликовому фенотипу

ГК индуцирует деградацию DELLA белков SLEEPY и GID 2 кодируют компоненты SCF убиквитин-лигазного комплекса Mc. Ginnis,ГК индуцирует деградацию DELLA белков SLEEPY и GID 2 кодируют компоненты SCF убиквитин-лигазного комплекса Mc. Ginnis, K. M. , Thomas, S. G. , Soule, J. D. , Strader, L. C. , Zale, J. M. , Sun, T. -p. , and Steber, C. M. ( 2003 ). The Arabidopsis SLEEPY 1 gene encodes a putative F-box subunit of an SCF E 3 ubiquitin ligase. Plant Cell 15: 1120 -1130. CUL 1 SKP 1 мишеньубиквитин SLEEPY или GID 2 Harberd, N. P. , Belfield, E. , and Yasumura, Y. ( 2009 ). The angiosperm gibberellin-GID 1 -DELLA growth regulatory mechanism: How an “inhibitor of an inhibitor» enables flexible response to fluctuating environments. Plant Cell 21: 1328 -1339.

низкая концентрация  ГК нет транскрипциирецептор ГК DELLA белок. ГК-зависимый фактор транскрипции ГК DELLAвысокая концентрация ГКнизкая концентрация ГК нет транскрипциирецептор ГК DELLA белок. ГК-зависимый фактор транскрипции ГК DELLAвысокая концентрация ГК транскрипция рост растения протеолиз Reprinted from Davière, J. -M. , de Lucas, M. , and Prat, S. ( 2008 ) Transcription factor interaction: a central step in DELLA function. Curr. Opin. Genet. Devel. 18: 295– 303. with permission from Elsevier. Путь передачи сигнала ГК DELLA белки ингибируют рост, частично, блокируя транскрипцию. ГК запускает протеолиз DELLA белков

Цитокинины  Caplin & Steward ( 1948 ) modified White’s nutrient medium (1934)  Skoog &Цитокинины Caplin & Steward ( 1948 ) modified White’s nutrient medium (1934) Skoog & Miler ( 194 0 -1950) 1955! 6 -фурфуриламинопурин — кинетин Zea mays Letham ( 19 6 3 -1973) — зеатин

Рецепция ЦК: аналог двух-компонентной бактериальной системы НК – гистидин киназы НРТ – гистидинфосфотрансферазы RR – «регуляторыРецепция ЦК: аналог двух-компонентной бактериальной системы НК – гистидин киназы НРТ – гистидинфосфотрансферазы RR – «регуляторы ответа»

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 PO 3 2 - O  PO 3www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 PO 3 2 — O PO 3 2 — Phosphohistidine Phosphoaspartate Histidine. Aspartate. ATP ADP PO 3 2 — Phosphohistidine. Histidine. Phosphorelay – последовательное фосфорилирование, сопряженное с образованием макроэргических связей автофосфорилирование HK-His + ATP HK-His~P + ADP р hosphorelay HK-His~P + RR-Asp HK-His + RR-Asp~P

H D Histidine Kinase Response Regulator. Input domain Transmitter domain Receiver domain Output domain. Двух-компонентная бактериальнаяH D Histidine Kinase Response Regulator. Input domain Transmitter domain Receiver domain Output domain. Двух-компонентная бактериальная система передачи сигнала Двух-компонентная система – короткий сигнальный путь передачи сигнала, представленный в бактериях 2 белками – гистидин киназой (НК) с консервативным остатком гистидина (Н) и регулятором ответа ( RR) с консервативным остатком аспартата (D) Передача информации осуществляется посредством фосфорилирования ATP ADP P P H D Histidine Kinase Response Regulator

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 D H Histidine phosphotransferase (HPt) Response regulator. Hybridwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 D H Histidine phosphotransferase (HPt) Response regulator. Hybrid histidine kinase. Двух-компонентная система передачи сигнала в растениях Большинство гистидин-киназ ( HK ) растений – гибридные НК , которые после автофосфорилирования фосфорилируют гистидиновые фосфотрансферазы ( HPt ), фосфорилирующие регулятор ответа ( RR) ! принципиальное отличие от протеин-киназного каскада: строгая последовательность фосфорилирования с участием одной молекулы АТФ

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 103 рецептора ЦК 5 HPts (AHPs) 23 response regulatorswww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 103 рецептора ЦК 5 HPts (AHPs) 23 response regulators (ARRs) Type-C ARR 22 ARR 24 Adapted from Schaller, G. E. , Kieber, J. J. , and Shiu, S ( 2008 ) Two-component signaling elements and histidyl-aspartyl phosphorelays. The Arabidopsis Book : ASPB. Путь передачи сигнала цитокининов в арабидопсис ARR В-типа — положительные регуляторы , А и С типа – негативные регуляторы

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 DH D H Hцитоплазма ядро P PЧелночный переносwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 DH D H Hцитоплазма ядро P PЧелночный перенос гистидинфосфотрансфераз в ядро

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Receptor B-ARR транскрипция. HPt A-ARR or C-ARR Dwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Receptor B-ARR транскрипция. HPt A-ARR or C-ARR D DD HH HDЦитокинины контролируют экспрессию генов посредством двух-компонентной системы передачи сигнала Регуляторы ответа ( RR) типа B в Arabidopsis – факторы транскрипции регуляторы ответа типов A или C участвуют в передачи сигнала ЦК пока не установленным способом. Рецепторы цитокининов – гибридные гистидинкиназы

Высшие растения имеют ≥ 3 рецепторов ЦК  с немного различающимися свойствами CHASE stands for “cyclaseВысшие растения имеют ≥ 3 рецепторов ЦК с немного различающимися свойствами CHASE stands for “cyclase / histidine kinase associated sensory extracellular” Pils, B. and Heyl, A. ( 2009 ). Unraveling the evolution of cytokinin signaling. Plant Physiol. 151: 782 -791 ; Reprinted from Heyl, A. , Riefler, M. , Romanov, G. A. and Schmülling, T. (2011) Properties, functions and evolution of cytokinin receptors. Eur. J. Cell Biol. (2011 ), doi: 10. 1016/j. ejcb. 2011. 02. 009 with permission from Elsevier. Низшие растения Высшие растения расхождение рецепторов, по-видимому, произошло в начале эволюции высших растений CK binding domain

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 LUCCK-inducible ARR 6 promoter+AHKПротопласты – удобная модель дляwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 LUCCK-inducible ARR 6 promoter+AHKПротопласты – удобная модель для доказательства функции рецепторов Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd. : Nature. Hwang, I. , and Sheen, J. ( 2001 ). Two-component circuitry in Arabidopsis cytokinin signal transduction. Nature 413: 383 -389 , copyright 2001, протопласты содержали ЦК-индуцибельный промотер, пришитый к репортерному гену люцеферазы ( LUC ) , что позволяет выявить усиление ответа на ЦК ЦК-индуцируемые транскрипционные ответы опосредованы AHK 2 , AHK 3 или AHK 4 ( CRE 1 )

 • Fertility, seed size • Germination • Cytochrome metabolism • Cold-stress slginalng • Chlorophyll retention • Fertility, seed size • Germination • Cytochrome metabolism • Cold-stress slginalng • Chlorophyll retention • CK-induced photomorphogenesis • Primary root elongation • Root response to exogenous CK • In vitro shoot regeneration • Leaf cell formation • Root branching Riefler, M. , Novak, O. , Strnad, M. , and Schmülling, T. ( 2006 ). Arabidopsis cytokinin receptor mutants reveal functions in shoot growth, leaf senescence, seed size, germination, root development, and cytokinin metabolism. Plant Cell 18: 40 -54. У разных рецепторов – разная роль

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 CK receptors AHPs Response  regulators (ARRs) Type-Cwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 CK receptors AHPs Response regulators (ARRs) Type-C ARR 22 ARR 24 Adapted from Schaller, G. E. , Kieber, J. J. , and Shiu, S ( 2008 ) Two-component signaling elements and histidyl-aspartyl phosphorelays. The Arabidopsis Book : ASPB. Рецепторы фосфорилируют гистидинфосфотрансферазы (АНР)

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Hirose, N. , Makita, N. , Kojima, M.www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Hirose, N. , Makita, N. , Kojima, M. , Kamada-Nobusada, T. , and Sakakibara, H. ( 2007 ). Overexpression of a type-A response regulator alters rice morphology and cytokinin metabolism. Plant Cell Physiol. 48: 523 -539. Control Overexpression of Os. RR 6 ARR А-типа – негативные регуляторы ЦК сигналинга Сверхэкспрессия A типа ARRs мешает индукции побегов LUCCK-inducible ARR 6 promoter DType-A ARR Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd. : Nature. Hwang, I. , and Sheen, J. ( 2001 ). Two-component circuitry in Arabidopsis cytokinin signal transduction. Nature 413: 383 -389 , copyright 2001, Экспрессия A типа ARRs мешает ЦК-индуцируемой экспрессии генов в протопластах

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Hutchison, C. E. , et al. ( 2006www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Hutchison, C. E. , et al. ( 2006 ). The Arabidopsis Histidine Phosphotransfer Proteins Are Redundant Positive Regulators of Cytokinin Signaling. Plant Cell 18: 3073 -3087. WT ahp 2 ahp 3 ahp 2 ahp 5 ahp 3 ahp 5 ahp 2 ahp 3 ahp 5 только в тройном мутанте заметен эффект. . . Гистидинфосфотрансферазы необходимы, но избыточны

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 To, J. P. C. , et al. www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 To, J. P. C. , et al. ( 2007 ) Cytokinin regulates type-A Arabidopsis response regulator activity and protein stability via two-component phosphorelay. Plant Cell 19: 3901 -3914. два возможных и не исключающих друга варианта : ARR А-типа могут конкурировать с ARR В-типа за фосфорильные группы ARR А-типа могут иметь другие функции в фосфорилированном состоянии. Как ARR А-типа мешают ЦК сигналингу — ?

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Kiba, T. , Aoki, K. , Sakakibara, H.www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Kiba, T. , Aoki, K. , Sakakibara, H. , and Mizuno, T. ( 2004 ). Arabidopsis Response Regulator, ARR 22, ectopic expression of which results in phenotypes similar to the wol cytokinin-receptor mutant. Plant Cell Physiol. 2004 45: 1063 -1077 ARR С-типа составляют отдельную группу в отличие от ARR А-типа – не индуцируются ЦК в отличие от ARR В-типа – не имеют ДНК-связываемого домена имеют ярко выраженную гистидинфосфатазную активность Type-C ARRs. ARR С-типа

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Horák, J. , et al. ( 2008 ).www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Horák, J. , et al. ( 2008 ). The Arabidopsis thaliana response regulator ARR 22 is a putative AHP phospho-histidine phosphatase expressed in the chalaza of developing seeds. BMC Plant Biology 8: 77 ; Kiba, T. , Aoki, K. , Sakakibara, H. , and Mizuno, T. ( 2004 ). Arabidopsis response regulator, ARR 22, ectopic expression of which results in phenotypes similar to the wol cytokinin-receptor mutant. Plant Cell Physiol. 45: 1063 -1077 , by permission of Oxford University Press for the Japanese Society of Plant Physiologists. фенотип напоминает тройного мутанта по рецепторам ЦК ahk ARR 22 экспрессируется только в халазальных клетках эмбриона. What do type-C ARRs do? Сверхэкспрессия ARR 22 С-типа – очень плохо

www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Phospho-rel ay system. Histidine kinase activity adds phosphorylwww. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10 Phospho-rel ay system. Histidine kinase activity adds phosphoryl groups to system Type-A ARRs Type-B ARRs – CK-induced transcription Type-C ARRs remove phosphoryl groups from the system via histidine phosphatase activity Putative competition between type-A and type-B ARRs ? ARR С-типа могут убирать фосфорильные группы из системы…

Многокомпонентная система передачи сигнала – разное проявление действия ЦК НК – гистидин киназы НРТ – гистидинфосфотрансферазыМногокомпонентная система передачи сигнала – разное проявление действия ЦК НК – гистидин киназы НРТ – гистидинфосфотрансферазы RR – «регуляторы ответа»

From Li, J. et al. ( 1996 ) A role for brassinosteroids in light-dependent development ofFrom Li, J. et al. ( 1996 ) A role for brassinosteroids in light-dependent development of Arabidopsis. Science 272: 398– 401 ; reprinted with permission from AAAS. Reprinted from Szekeres, M. et al. ( 1996 ) Brassinosteroids rescue the deficiency of CYP 90, a cytochrome P 450, controlling cell elongation and de-etiolation in Arabidopsis. Cell 85: 171– 182 with permission from Elsevier. WT det 2 + BL WT cpd. Брассиностероиды мутанты Arabidopsis de-etiolated 2 ( det 2 ) и constitutive photomorphogenesis and dwarfism ( cpd ) — дефицит брассинолида

а nice overview ? Now, one piece at a time…. . Reprinted from Gudesblat, G. E.а nice overview ? Now, one piece at a time…. . Reprinted from Gudesblat, G. E. , and Russinova, E. ( 2011 ). Plants grow on brassinosteroids. Curr. Opin. Plant Biol. 14: 530 -537 with permission from Elsevier. Передача сигнала брассиностероидов

Clouse, S. D. , Langford, M. , and Mc. Morris, T. C. ( 1996 ). AClouse, S. D. , Langford, M. , and Mc. Morris, T. C. ( 1996 ). A brassinosteroid-insensitive mutant in Arabidopsis thaliana exhibits multiple defects in growth and development. Plant Physiol. 111: 671 -678. bri 1 Wild-type bri 1 в диком типе рост корня ингибируется высокими концентрациями БР мутант Arabidopsis bri 1 Карликовые мутанты не чувствительные к БР – мутанты по рецепторам

BRI 1 Leucine-rich repeat (LRR) Trans-membrane domain Kinase Domain Reprinted from Li, J. , and Chory,BRI 1 Leucine-rich repeat (LRR) Trans-membrane domain Kinase Domain Reprinted from Li, J. , and Chory, J. ( 1997 ). A putative leucine-rich repeat receptor kinase involved in brassinosteroid signal transduction. Cell 90: 929 -938 , with permission from Elsevier; Bishop, G. J. , and Koncz, C. ( 2002 ). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S 97 -110. BRI 1 is a Leucine-rich repeat – receptor like kinase (LRR-RK) bri 1 BRI 1 рецептор, локализованный в плазматической мембране

транскрипциястероиды свободно проходят через мембрану рецептор комплекс рецептора с гормоном проходит в ядро и , транскрипциястероиды свободно проходят через мембрану рецептор комплекс рецептора с гормоном проходит в ядро и , соединяясь с ДНК, инициирует транскрипцию. Напротив, рецепторы стероидных гормонов животных — внутриклеточные

Copyright © 2002 American Society of Plant Biologists. Bishop, G. J. , and Koncz, C. (Copyright © 2002 American Society of Plant Biologists. Bishop, G. J. , and Koncz, C. ( 2002). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S 97 -110. LRR- RLK — часто встречающийся тип рецепторов, участвующих в передаче сигнала регуляция развития ответы на патогены plant animal

Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd:  She, J. , Han, Z. , Kim, T.Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: She, J. , Han, Z. , Kim, T. -W. , Wang, J. , Cheng, W. , Chang, J. , Shi, S, Wang, J. , Yang, M. , Wang, Z. -Y. , and Chai, J. ( 2011 ). Structural insight into brassinosteroid perception by BRI 1. Nature 474: 472 -477. Hothorn, M. , Belkhadir, Y. , Dreux, M. , Dabi, T. , Noel, J. P. , Wilson, I. A. , and Chory, J. ( 2011 ). Structural basis of steroid hormone perception by the receptor kinase BRI 1. Nature 474: 467 -471. 70 ÅThe LRR domain forms a helical solenoid Side view Top view BRs bind through an induced fit mechanism Binding site. БР присоедиеняются к экстраклеточному домену богатому повторностями лейцина рецептора BRI

Wang, X. , and Chory, J. ( 2006 ) Brassinosteroids regulate dissociation of BKI 1, aWang, X. , and Chory, J. ( 2006 ) Brassinosteroids regulate dissociation of BKI 1, a negative regulator of BRI 1 signaling, from the plasma membrane. Science 313: 1118 -1122. Reprinted with permission from AAASWild-type Arabidopsis BKI 1 overexpression мало BRрецептор (BRI 1) ингибитор (BKI 1)BKI 1 взаимодействует с BRI 1 — негативная регуляция сигналинга поиск белков, взаимодействующих с BRI 1 позволил обнаружить BKI 1 Как обнаружили?

BAIT ( наживка ) – fused to ½ a transcription factor Interactor – fused to theBAIT ( наживка ) – fused to ½ a transcription factor Interactor – fused to the other ½ of the transcription factor BAIT- BRI 1 Interactor – BKI 1 при взаимодействии двух белков , образуется функциональный фактор транскрипции, активирующий транскрипцию и рост дрожжей… yeast two-hybrid screens…. .

рецептор (BRI 1)No BL 5 min BL 10 min BL в отсутствии BL,  BKI 1рецептор (BRI 1)No BL 5 min BL 10 min BL в отсутствии BL, BKI 1 ( меченный YFP) локализован в плазмалемме обработка BL приводит к накоплению BKI 1 в цитоплазме Wang, X. , and Chory, J. ( 2006 ) Brassinosteroids regulate dissociation of BKI 1, a negative regulator of BRI 1 signaling, from the plasma membrane. Science 313: 1118 -1122. Reprinted with permission from AAAS P PПрисоединение BL к BRI 1 способствует диссоциации BKI

B А K 1 – активация сигналинга за счет усиления автофосфорилирующей киназной активности BRI 1 внеклеточныйB А K 1 – активация сигналинга за счет усиления автофосфорилирующей киназной активности BRI 1 внеклеточный домен, связывающий BR цитоплазматический протеинкиназный домен. BAK 1 BRI 1 Reprinted from Li, J. , Wen, J. , Lease, K. A. , Doke, J. T. , Tax, F. E. , and Walker, J. C. ( 2002 ). BAK 1, an Arabidopsis LRR Receptor-like protein kinase, interacts with BRI 1 and modulates brassinosteroid signaling. Cell 110: 213 -222 with permission from Elsevier. BAK 1 много BR PP PP

BRI 1 и BAK 1 взаимодействуют по механизму «двойного замка» Reprinted by permission from Jaillais, Y.BRI 1 и BAK 1 взаимодействуют по механизму «двойного замка» Reprinted by permission from Jaillais, Y. , Belkhadir, Y. , Balsemão-Pires, E. , Dangl, J. L. and Chory, J. ( 2011 ). Extracellular leucine-rich repeats as a platform for receptor/coreceptor complex formation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108: 8503 -8507. свободный BRI 1: внеклеточный и цитоплазматический домены препятствуют взаимодействию с BAK 1 «занятый» BRI 1: фосфорилирование BKI 1 приводит к его диссоциации , и взаимодействие обоих доменов BRI 1 способствует ассоциации с корецептором BAK 1“ double lock mechanism”

рецептор (BRI 1) ингибитор (BKI 1)низкий уровень BR : рецептор не активен и ингибирован BKI 1рецептор (BRI 1) ингибитор (BKI 1)низкий уровень BR : рецептор не активен и ингибирован BKI 1 высокий уровень BR : BRI 1 автофосфорилируется , BKI 1 диссоциирует , BAK 1 присоединяется и усиливает активность BKI 1 BAK 1 P PP PСложная регуляция рецепции брассиностероидов

The BR signal, perceived at the plasma membrane, is transduced to the nucleus where BR-regulated genesThe BR signal, perceived at the plasma membrane, is transduced to the nucleus where BR-regulated genes are switched on or off. What happens between the receptor and nucleus? Передача сигнала от рецептора

Reprinted from Wang, Z. -Y. , et al and Chory, J. ( 2002 ). Nuclear-localized BZRReprinted from Wang, Z. -Y. , et al and Chory, J. ( 2002 ). Nuclear-localized BZR 1 mediates brassinosteroid-induced growth and feedback suppression of brassinosteroid biosynthesis. Developmental Cell 2: 505 -513. , with permission from Elsevier; Yin, Y. , et al and Chory, J. ( 2002 ). BES 1 accumulates in the nucleus in response to brassinosteroids to regulate gene expression and promote stem elongation. Cell 109: 181 -191 , with permssion from Elsevier; Li, J. , et al. , and Chory, J. ( 2001 ). BIN 2 , a new brassinosteroid-insensitive locus in Arabidopsis. Plant Physiol. 127: 14 -22. WT bzr 1 -1 D brassinazol-resistant bri 1 -EMS-suppressor 1 WT bin 2 -1 brassinosteroid-i nsensitive BIN 2 Механизм передачи сигнала брассиностероидов – мутанты Arabidopsis

BZR 2/BES 1  - БР активируемый фактор транскрипции BAK 1 High BR включает гены способствующиеBZR 2/BES 1 — БР активируемый фактор транскрипции BAK 1 High BR включает гены способствующие росту и растяжению клеток выключает гены биосинтеза БР BL индуцирует транспорт BZR 2/BES 1 в ядро. BZR 2 BES 1 Reprinted from Yin, Y. , Wang, Z. -Y. , Mora-Garcia, S. , Li, J. , Yoshida, S. , Asami, T. , and Chory, J. ( 2002 ). BES 1 accumulates in the nucleus in response to brassinosteroids to regulate gene expression and promote stem elongation. Cell 109: 181 -191 , with permission from Elsevier. P PP P

при низкой концентрации БР BIN 2 протеинкиназа фосфорилирует BZR 1/2 PPBIN 2 P 26 S протеасомапри низкой концентрации БР BIN 2 протеинкиназа фосфорилирует BZR 1/2 PPBIN 2 P 26 S протеасома Активность BZR 1/2 фактора транскрипции регулируется BIN 2 протеинкиназой BIN 2 BAK 1 P PP P фосфорилированная форма подвергается протеолизу повышение уровня БР инактивирует BIN 2 нефосфорилированный фактор транскрипции направляется в ядро

высокое содержание BR BIN 2 BAK 1 BSU 1 P BSKs PP PP PАктивность факторов транскрипциивысокое содержание BR BIN 2 BAK 1 BSU 1 P BSKs PP PP PАктивность факторов транскрипции регулируется протеинкиназами и фосфатазами активированный рецепторный комплекс фосфорилирует BSK, который фосфорилирует протеинфосфатазу BSU 1, который дефосфорилирует BIN 2 Как обнаружили?

From Tang, W. , Kim, T. -W. , Oses-Prieto, J. A. , Sun, Y. , Deng,From Tang, W. , Kim, T. -W. , Oses-Prieto, J. A. , Sun, Y. , Deng, Z. , Zhu, S. , Wang, R. , Burlingame, A. L. , and Wang, Z. -Y. ( 2008 ). BSKs mediate signal transduction from the receptor kinase BRI 1 in Arabidopsis. Science 321: 557 -560. Reprinted with permission from AAAS. обработанные БЛ растения белки помечены Cy 5 контрольные растения белки помечены Cy 3 Красные белки ( черные стрелки ) индуцируются БЛ Зеленые белки ( белые стрелки ) репрессируются БЛ. BSKs PПротеомный подход к идентификации сигнальных путей

рецептор (BRI 1)мало BR ингибитор (BKI 1) PPBIN 2 PПередача сигнала брассиностероидов в отсутствии BR, рецептор (BRI 1)мало BR ингибитор (BKI 1) PPBIN 2 PПередача сигнала брассиностероидов в отсутствии BR, рецептор BRI 1 связан с ингибитором BKI 1 активная BIN 2 киназа фосфорилирует и инактивирует факторы транскрипции

много BR P BIN 2 BAK 1 BSU 1 P BSK s PP P транскрипциярецептор (BRIмного BR P BIN 2 BAK 1 BSU 1 P BSK s PP P транскрипциярецептор (BRI 1)мало BR ингибитор (BKI 1) PPBIN 2 PПередача сигнала брассиностероидов присоединение BR вызывает взаимное фосфорилирование рецепторов BAK 1 и BRI 1 с последующим фосфорилированием BSKs фосфорилирует и активирует BSU 1 фосфатазу , которая инактивирует BIN 2 когда BIN 2 не активна, факторы транскрипции дефосфорилированы и активны

Guzman, P. , and Ecker, J. R. ( 1990).  Exploiting the triple response of ArabidopsisGuzman, P. , and Ecker, J. R. ( 1990). Exploiting the triple response of Arabidopsis to identify ethylene-related mutants. Plant Cell 2: 513 -523. Wild Type eto 1 AIRETHYLENEПост-трансляционный контроль активности АЦК синтазы — основной способ регуляции концентрации этилена ethylene-overproducer ( eto ) мутанты — конститутивный тройной ответ — сверхпродукция этилена

Yamagami, T. , Tsuchisaka, A. , Yamada, K. , Haddon, W. F. , Harden, L. A.Yamagami, T. , Tsuchisaka, A. , Yamada, K. , Haddon, W. F. , Harden, L. A. , and Theologis, A. ( 2003 ). Biochemical diversity among the 1 -amino-cyclopropane-1 -carboxylate synthase isozymes encoded by the arabidopsis gene family. J. Biol. Chem. 278: 49102 -49112. Type IIIType IIАЦК синтаза – димер, кодируемый 9 генами Набор генов, экспрессирующихся в клетке определяет типы димеров АЦС , которые различаются по каталитическим функциям продукты ACS генного семейства могут образовывать 45 гомо- и гетеродимеров, 25 из которых функциональны

Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Wang, K. L. C. , Yoshida, H. , Lurin,Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Wang, K. L. C. , Yoshida, H. , Lurin, C. , and Ecker, J. R. ( 2004). Regulation of ethylene gas biosynthesis by the Arabidopsis ETO 1 protein. Nature 428: 945 -950, copyright 2004. CUL 3 ETO 1 WT eto 1 ACS 5 -tubulin ACSACS ETO 1 – компонент убиквитин-лигазного комплекса ETO 1 связывасет и убиквитинизирует ACS белки в мутанте eto 1 избирательно стабилизируется ACS

S S S P PP P MAP kinase ATP WOUNDING,  PATHOGEN ATTACK CDP kinase ATPS S S P PP P MAP kinase ATP WOUNDING, PATHOGEN ATTACK CDP kinase ATP ABIOTIC STRESS, OTHER HORMONESType II Liu, Y. , and Zhang, S. ( 2004 ). Phosphorylation of 1 -aminocyclopropane-1 -carboxylic acid synthase by MPK 6, a stress-responsive mitogen-activated protein kinase, induces ethylene biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell 16: 3386 -3399. ACS CUL 3 ETO 1 Пост-трансляционный контроль активности АЦК синтазы – быстрые ответы трансляция АЦК синтаза в норме конститутивно синтезируется и конститутивно подвергается протеолизу Фосфорилирование С-конца препятствует связыванию

)((H Рецепторы этилена – негативные регуляторы ответов нет этилена этилен в отсутствии этилена ,  рецепторы)((H Рецепторы этилена – негативные регуляторы ответов нет этилена этилен в отсутствии этилена , рецепторы выключают «этиленовый ответ» присоединяя этилен , рецепторы не выключают «этиленовый ответ» Ответы ON Ответы O

 ethylene receptor ethylene response sensor ethylene insensitive Рецепторы этилена – интегральные мембранные гистидинкиназы гомологичны бактериальному ethylene receptor ethylene response sensor ethylene insensitive Рецепторы этилена – интегральные мембранные гистидинкиназы гомологичны бактериальному рецептору – двухкомпонентной гистидинкиназе

ETR 1 histidinekinase receiver. GAFethylene binding histidinekinase receiver. CHASE domain. Cytokinin receptor AHK 4  РецепторыETR 1 histidinekinase receiver. GAFethylene binding histidinekinase receiver. CHASE domain. Cytokinin receptor AHK 4 Рецепторы этилена Arabidopsis – сходны с рецепторами цитокинина Строение рецептора этилена структурно напоминает строение рецептора ЦК Однако, в отличие от рецептора ЦК , гистидин-киназный домен играет малую роль в передаче сигнала in vivo

CTR 1 ETR 1 ERS 1 ETR 2 EIN 4 ERS 2 EIN 3 EIN 5CTR 1 ETR 1 ERS 1 ETR 2 EIN 4 ERS 2 EIN 3 EIN 5 EIN 6 C 2 H 4 Путь передачи этиленового сигнала был установлен с помощью генетических исследований ( нечувствительные — доминантные ) ( конститутивный ) ( нечувствительный — рецессивные ) ответы на этилен. Семейство рецепторов

с tr 1 Конститутивный «тройной ответ» :  белок, обеспечивающий передачу сигнала от рецептора - МАРКККс tr 1 Конститутивный «тройной ответ» : белок, обеспечивающий передачу сигнала от рецептора — МАРККК

Reprinted from Kieber, J. J. , Rothenberg, M. , Roman, G. , Feldmann, K. A. ,Reprinted from Kieber, J. J. , Rothenberg, M. , Roman, G. , Feldmann, K. A. , and Ecker, J. R. ( 1993 ). CTR 1, a negative regulator of the ethylene response pathway in arabidopsis, encodes a member of the Raf family of protein kinases. Cell 72: 427 -441 with permission from Elsevier. CTR 1 негативный регулятор этиленового сигнала ctr 1 мутант имеет конститутивный тройной ответ CTR 1 — серин/треонин протеин киназа, сходная с животными Raf киназами и по-видимому участвует в MAPK каскаде субстраты пока не обнаружены воздух этилен ctr 1 дикий тип

Reprinted from Kendrick, M. D. , and Chang, C.  ( 2008 ). Ethylene signaling: newReprinted from Kendrick, M. D. , and Chang, C. ( 2008 ). Ethylene signaling: new levels of complexity and regulation. Curr. Opin. Plant Biol. 11: 479 -485 with permission from Elsevier. )((HResponses OFFCTR 1 (active) CTR 1 (inactive) Responses ON ETR 1 ERS CTR 1 Clark, K. L. , Larsen, P. B. , Wang, X. , and Chang, C. ( 1998 ). Association of the Arabidopsis CTR 1 Raf-like kinase with the ETR 1 and ERS ethylene receptors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 5401 -5406, copyright National Academy of Sciences USA. Рецептор напрямую взаимодействует с CTR 1 и регулирует его активность этилен в отсутствии этилена CTR 1 активен и ингибирует ответы на этилен в присутствии этилена CTR 1 инактивируется Комбинация гистидинкиназных мембранных рецепторов и серин/треонин Raf- подобных киназ – нечто новое! (не «двух-компонентная» система!!!)

EIN 2 Responses ON)((H ? From Alonso, J. , Hirayama, T. , Roman, G. , Nourizadeh,EIN 2 Responses ON)((H ? From Alonso, J. , Hirayama, T. , Roman, G. , Nourizadeh, S. , and Ecker, J. ( 1999 ). EIN 2, a bifunctional transducer of ethylene and stress responses in Arabidopsis. Science 284: 2148 – 2152 reprinted with permission from AAAS; Kendrick, M. D. , and Chang, C. ( 2008 ). Ethylene signaling: new levels of complexity and regulation. Curr. Opin. Plant Biol. 11: 479 -485 with permission from Elsevier. EIN 2 ETP 1, 2 Responses ON Ethylene From Qiao, H. , Chang, K. N. , Yazaki, J. , and Ecker, J. R. ( 2009 ). Interplay between ethylene, ETP 1/ETP 2 F-box proteins, and degradation of EIN 2 triggers ethylene responses in Arabidopsis. Genes Devel. 23: 512 -521. CTR 1 неизвестным образом действует через EIN 2 – позитивный регулятор В отсутствии этилена EIN 2 подвергается протеолизу ETP 1 и ETP 2 компоненты убиквитин-лиг азного комплекса

  АБК-индуцированное увеличение [Ca 2+ ] коррелирует с АБК-зависимым открыванием устьиц АБК-индуцированное увеличение [Ca 2+ ] коррелирует с АБК-зависимым открыванием устьиц

Упрощенная модель передачи АБК сигнала в устьицах АФК путь ИФ 3 путь Упрощенная модель передачи АБК сигнала в устьицах АФК путь ИФ 3 путь

механизм действия – предмет дальнейших исследований. Рецепторы АБК :  неожиданные открытия 1.  ядерный белокмеханизм действия – предмет дальнейших исследований. Рецепторы АБК : неожиданные открытия 1. ядерный белок Flowering Time Control Locus A FCA Razem, F. A. et al. ( 2006 ) The RNA-binding protein FCA is an abscisic acid receptor. Nature 439, 290– 294 2. хлоропластный белок H- субъединица Mg- протопорфирин IX хелатазы CHLH/GUN 5/ABAR Shen, Y. Y. et al. ( 2006 ) The Mg-chelatase H subunit is an abscisic acid receptor. Nature 443, 823– 826 3. мембранный G- белок сопряженный рецептор GCR 2 Liu, X. et al. ( 2007 ) A G protein-coupled receptor is a plasma membrane receptor for the plant hormone abscisic acid. Science 315, 1712–

From Ma, Y. , Szostkiewicz, I. , Korte, A. , Moes, D. l. , Yang, Y.From Ma, Y. , Szostkiewicz, I. , Korte, A. , Moes, D. l. , Yang, Y. , Christmann, A. , and Grill, E. ( 2009 ). Regulators of PP 2 C phosphatase activity function as abscisic acid sensors. Science 324: 1064 -1068 reprinted with permission from AAAS. RCAR 1 pro: GFPGFP: RCAR 1 PYRABACTIN (4 -bromo- N-Ѕpyridin-2 -yl methylnaphthalene-1 -sulfonamide) RESISTANCE (PYR)/REGULATORY COMPONENT OF ABA RECEPTOR (RCAR) PYR/RCAR рецепторы АБК – top 10 PYR/RCAR белки обнаружены в цитоплазме и ядре!

From Park, S. -Y. , et al. , and Cutler, S. R. ( 2009 ). AbscisicFrom Park, S. -Y. , et al. , and Cutler, S. R. ( 2009 ). Abscisic acid inhibits type 2 C protein phosphatases via the PYR/PYL family of START proteins. Science 324: 1068 -1071 reprinted with permission from AAAS. Пиробактин-нечувстви тельные мутанты – АБК-нечувствительные – прорастают на среде с АБК Растения дикого типа не способны прорастать на АБК-содержащей среде АБК-нечувствитель ный мутант abi 1 также прорастает на среде с АБК PYR/RCAR рецепторы необходимы для ответов на АБК

PYR 1 Phosphatase Kinase P PABA Рецепция АБК и передача сигнала  PYR/RCAR рецепторы PP 2PYR 1 Phosphatase Kinase P PABA Рецепция АБК и передача сигнала PYR/RCAR рецепторы PP 2 C протеинфосфатазы (включая ABI 1) протеинкиназы ( включая Sn. RK 2 s и CDPKs) ответы на АБК

PYR 1 NO ABA PYR 1 ABA PP 2 C Reprinted from Raghavendra, A. S. ,PYR 1 NO ABA PYR 1 ABA PP 2 C Reprinted from Raghavendra, A. S. , Gonugunta, V. K. , Christmann, A. , and Grill, E. ( 2010 ) ABA perception and signalling. Trends Plant Sci. 15: 395 -401 with permission from Elsevier. PP 2 C PYR/RCAR рецепторы взаимодействуют с АБК в комплексе с ABI 1 или другими РР 2 С

PYR 1 abi 1 -1 Kinase P NO ABA RESPONSESPYR 1 ABI 1 Kinase P PPYR 1 abi 1 -1 Kinase P NO ABA RESPONSESPYR 1 ABI 1 Kinase P P ABA RESPONSESWILD TYPE + ABA abi 1 -1 + ABA P WILD TYPE PYR 1 Kinase. ABI 1 NO ABA RESPONSESABI 1 ингибирует киназы, включающие ответы на АБК

P PYR 1 Sn. RK 2 ABI 1 NO ABA RESPONSESNO ABA PYR 1 PP 2P PYR 1 Sn. RK 2 ABI 1 NO ABA RESPONSESNO ABA PYR 1 PP 2 C (ABI 1) P Sn. RK 2 TFP P P Ion channel ABA RESPONSES Sn. RK 2 В отсутствии АБК PP 2 C ( в том числе и ABI 1 ) ингибируют действие Sn. RK 2 киназ PYR 1, АБК и PP 2 C образуют комплекс, инактивирующий PP 2 C и разрешающий действие Sn. RK 2 киназ мишенями фофорилирования являются ионные каналы и факторы транскрипции

Mustilli, A. -C. , Merlot, S. , Vavasseur, A. , Fenzi, F. , and Giraudat, J.Mustilli, A. -C. , Merlot, S. , Vavasseur, A. , Fenzi, F. , and Giraudat, J. (2002 ). Arabidopsis OST 1 protein kinase mediates the regulation of stomatal aperture by abscisic acid and acts upstream of reactive oxygen species production. Plant Cell 14: 3089 -3099. Wild type ost 1 -1 ost 1 -2 aba 2 -13 ost 1 -4 Reprinted from Xie, X. , Wang, Y. , Williamson, L. , Holroyd, G. H. , Tagliavia, C. , Murchie, E. , Theobald, J. , Knight, M. R. , Davies, W. J. , Leyser, H. M. O. , and Hetherington, A. M. ( 2006 ). The identification of genes involved in the stomatal response to reduced atmospheric relative humidity. Curr Biol. 16: 882 -887 with permission from Elsevier. « termal imaging » — метод мониторинга устьичных движений и ответов на АБК мутанты по биосинтезу ABA ( aba 2 -13 ) или сигналингу ( ost 1 -4 ) отличаются нарушением закрывания устьиц и, соответственно, более низкой температурой

Umezawa, T. , Sugiyama, N. , Mizoguchi, M. , Hayashi, S. , Myouga, F. , Yamaguchi-Shinozaki,Umezawa, T. , Sugiyama, N. , Mizoguchi, M. , Hayashi, S. , Myouga, F. , Yamaguchi-Shinozaki, K. , Ishihama, Y. , Hirayama, T. , and Shinozaki, K. ( 2009 ). Type 2 C protein phosphatases directly regulate abscisic acid-activated protein kinases in Arabidopsis. Prod. Natl. Acad. Sci. USA 106: 17588 -17593. This interaction is stabilized in the dominant abi 1 mutant. Sn. RK 2 abi 1 -1 Yeast two-hybrid assay – when two proteins interact, the yeast cells grow. PYR 1 Sn. RK 2 ABI 1 В отсутствии АБК PP 2 C и Sn. RK физически взаимодействуют

Zhu, S. -Y. , Yu, X. -C. , Wang, X. -J. , Zhao, R. , Li,Zhu, S. -Y. , Yu, X. -C. , Wang, X. -J. , Zhao, R. , Li, Y. , Fan, R. -C. , Shang, Y. , Du, S. -Y. , Wang, X. -F. , Wu, F. -Q. , Xu, Y. -H. , Zhang, X. -Y. , and Zhang, D. -P. ( 2007 ). Two calcium-dependent protein kinases, CPK 4 and CPK 11, regulate abscisic acid signal transduction in Arabidopsis. Plant Cell 19: 3019 -3036. WT cpk 4 cpk 11 WT CPK 4 -over- expression Less CPK activity, Less drought tolerant More CPK activity, More drought tolerant ABA CDPK ABA RESPONSES Drought tolerance. Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) участвуют в передаче сигнала Засухоустойчивость коррелирует с активностью некоторых CDPKs

Some TFs were identified biochemically. Some TFs were identified genetically PYR 1 PP 2 C PSome TFs were identified biochemically. Some TFs were identified genetically PYR 1 PP 2 C P Sn. RK 2 TF PABA RESPONSES Sn. RK 2 CDPKОсновные мишени CDPKs и Sn. RK 2 s -факторы транскрипции

  ABA INNER WALLA- A- A - A-K + K +K+ A-K + Ca 2+H ABA INNER WALLA- A- A — A-K + K +K+ A-K + Ca 2+H 2 O 2 Sn. RK 2 CDPK PP 2 CNOАБК опосредованная регуляция устьичных движенией АБК = > активация анионных и К + каналов на вынос = > выход Н 2 О Нет АБК= > Реактивация Н + -АТФазы = > гиперполяризация мембраны => К + и анионы поступают в клетку => вход Н 2 О

 • JA-Ile присоединяется к COI 1 -JAZ корецептору • JAZ белки убиквитинизируются и разрушаются • • JA-Ile присоединяется к COI 1 -JAZ корецептору • JAZ белки убиквитинизируются и разрушаются • активация транскрипции MYC 2 и другими белками Gene expression. SCF COI 1 J Z JA-Il e MYC 2 BD ADJAZ JZ MYC 2 BD ADРецепция и передача сигнала жасмонатов

Коронатин – токсин бактерий,  мимикрирует действие жасмоната Reprinted from Weiler, E. W. , Kutchan, T.Коронатин – токсин бактерий, мимикрирует действие жасмоната Reprinted from Weiler, E. W. , Kutchan, T. M. , Gorba, T. , Brodschelm, W. , Niesel, U. , and Bublitz, F. ( 1994 ). The Pseudomonas phytotoxin coronatine mimics octadecanoid signalling molecules of higher plants. FEBS Letters 345: 9 -13 with permission from Elsevier. Yan, J. , Zhang, C. , Gu, M. , Bai, Z. , Zhang, W. , Qi, T. , Cheng, Z. , Peng, W. , Luo, H. , Nan, F. , Wang, Z. , and Xie, D. ( 2009 ). The Arabidopsis CORONATINE INSENSITIVE 1 protein Is a jasmonate receptor. Plant Cell 21: 2220 -2236. Me. JA COR Control Me. JA или коронатин (COR) индуцируют защитные соединения в культивируемых клетках Калифорнийского мака(3 R , 7 S )-JA-Ile. Coronatine

Мутант Arabidopsis coi 1  не чувствителен к коронатину и Me. JA Feys, B. , Benedetti,Мутант Arabidopsis coi 1 не чувствителен к коронатину и Me. JA Feys, B. , Benedetti, C. E. , Penfold, C. N. , and Turner, J. G. ( 1994 ). Arabidopsis mutants selected for resistance to the phytotoxin coronatine are male sterile, insensitive to methyl jasmonate, and resistant to a bacterial pathogen. Plant Cell 6: 751 -759. coi 1 WT WTMe. JA CORWT coi 1 Control

COI 1 является F-box белком, очень похожим на рецептор ауксина TIR 1 Reprinted from Katsir, L.COI 1 является F-box белком, очень похожим на рецептор ауксина TIR 1 Reprinted from Katsir, L. , Chung, H. S. , Koo, A. J. K. , and Howe, G. A. ( 2008 ). Jasmonate signaling: a conserved mechanism of hormone sensing. Curr. Opin. Plant Biol. 11: 428 -435, with permission from Elsevier. сходство в последовательности и структуры позволило предположить сходство действия

COI 1 – компонент  SCF убиквитин-лигазного комплекса  SCF COI 1 CUL 1 SKP 1COI 1 – компонент SCF убиквитин-лигазного комплекса SCF COI 1 CUL 1 SKP 1 F-box COI 1 protein. COI 1 F-box protein SCF complex SCF ubiquitin ligase complex (Named for S KP 1, C UL 1 and F -box proteins) (The auxin receptor TIR 1 is a component of the SCF TIR 1 complex)

Передача сигнала от жасмоната ( как  и ауксина ) включает деградацию репрессора репрессор Активатор транскрипцииПередача сигнала от жасмоната ( как и ауксина ) включает деградацию репрессора репрессор Активатор транскрипции JAZ MYC 2 Aux/IAA ARF F-box protein. TIR 1 COI 1 гормон репрессор Активатор транскрипции. Auxin JA-Ile JAZ MYC 2 Aux/IAA ARF+ гормон В отсутствии гормона, репрессор взаимодействует с активатором транскрипции. Гормон способствут взаимодействию между репрессором и F-box белком , что приводит к деградации репрессора и активации транскрипции

JAZ белки быстро деградируют в присутствии жасмонатов Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd. [Nature] Thines,JAZ белки быстро деградируют в присутствии жасмонатов Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd. [Nature] Thines, B. , Katsir, L. , Melotto, M. , Niu, Y. , Mandaokar, A. , Liu, G. , Nomura, K. , He, S. Y. , Howe, G. A. , and Browse, J. ( 2007 ). JAZ repressor proteins are targets of the SCFCOI 1 complex during jasmonate signalling. Nature 448: 661 -665. and Chini, A. , Fonseca, S. , Fernandez, G. , Adie, B. , Chico, J. M. , Lorenzo, O. , Garcia-Casado, G. , Lopez-Vidriero, I. , Lozano, F. M. , Ponce, M. R. , Micol, J. L. , and Solano, R. ( 2007 ). The JAZ family of repressors is the missing link in jasmonate signalling. Nature 448: 666 -671 copyright 2007. Control + jasmonate JAZ-GFP транскрипция JAZ генов активируется жасмонатами анологично, транскрипция генов Aux/IAA репрессоров быстро активируется ауксином

Отсутствие необходимого для связывания с COI 1 консерванивного домена, приводит к стабилизации JAZ и снижению устойчивостиОтсутствие необходимого для связывания с COI 1 консерванивного домена, приводит к стабилизации JAZ и снижению устойчивости к насекомым Chung, H. S. , Koo, A. J. K. , Gao, X. , Jayanty, S. , Thines, B. , Jones, A. D. , and Howe, G. A. ( 2008 ). Regulation and function of Arabidopsis JASMONATE ZIM-domain genes in response to wounding and herbivory. Plant Physiol. 146: 952 -964.

Путь передачи сигнала жасмоната BD ADSCF COI 1 JA-Ile. TPLJAZ JZ NINJA MYC 2 BD ADПуть передачи сигнала жасмоната BD ADSCF COI 1 JA-Ile. TPLJAZ JZ NINJA MYC 2 BD AD EAR 1. JA-Ile присоединяется к SCF COI 1 и JAZ белку 2. JAZ убиквитинизируется и подвергается протеолизу в 26 S протеасоме 3. Деградация репрессора разрешает активацию транскрипции MYC 2 факторами транскрипции MYC 2 JA-Il e