« Классические» и новые фитогормоны Цитокинин Гиббереллин Ауксин Абсцизовая кислота Этилен Брассиностероиды Салициловая кислота Стриголактоны Жасмоновая кислота www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310
Фитогормоны: синтез, транспорт, рецепция, передача сигнала и ответы коньюгация H синтез H продукция активного гормона транспорт эффекты разрушение Фосфорилирование белка транскрипция P H рецепция дефосфорилирование протеолиз эффекты не-геномная регуляция (например, ионные каналы) передача сигнала www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 0310
Ауксин эмбриогенез формирование плода филлотаксис деление клеток удлинение клеток Индолил-3 -уксусная кислота (ИУК) тропический рост ветвление корнеобразование дифференциация проводящих тканей
Путь передачи ауксинового сигнала поразительно короткий! Auxin INPUT OUTPUT
Типичный для эукариот путь передачи сигнала представляет много возможностей для усиления сигнала и перекрестного «сигналинга» MAPKKK MAPKK OUTPUT INPUT MAPKKK MAPK МАР киназный каскад фосфорилирования
Эффекты ауксина опосредованы по крайней мере 2 типами рецепторов 1980 – очистка мембранного белка из Zea mays Рецепция ABP 1 1989 – молекулярное клонирование к. ДНК несмотря на 30 -летнюю историю, молекулярный механизм передачи сигнала плохо понятен ИУК Рецепция SCFTIR 1 1997 – 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
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.
Ауксин-индуцированное растяжение клеток может быть опосредовано АВР 1 Рецепция ИУК ABP 1 контроль Генымишени Биологическая функция ABP 1 сверхэкспрессия средний объем клетки в растениях со сверхэкспрессей ABP 1 приблизительно в 2 раза больше, по сравнению с контролем 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.
AUXIN-BINDING Protein 1 необходим для деления и растяжения клеток 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 wild-type control Et. OH-induced ABP 1 -antisense Braun, 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.
Быстрые ответы на ауксин опосредованы ABP 1 -зависимой активацией Н+-АТФазы и К+-каналов Tromas et al. June 2010 Участие ABP 1 в регуляции клеточного цикла – рассмотрим позже
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 1 Robert et al. October 2010 Cell
Модель ауксин-индуцируемого выноса протонов с учетом нетранскрипционного и транскрипционного путей передачи сигнала Plant Physiology 2006 4 ed. by L. Taiz&E. Zeiger
Ядерный рецептор ауксина TIR 1 – компонент SCF убиквитин-лигазного комплекса SCFTIR 1 F-box TIR 1 auxin receptor F-box TIR 1 protein SKP 1 SCF complex CUL 1 SCF ubiquitin ligase complex (Named for SKP 1, CUL 1 and F-box proteins)
Убиквитин-лигазный комплекс «убиквитинизирует» белки-мишени Убиквитин Мишень F-box белок распознает и присоединяется к белку- SKP 1 мишени комплекс переносит CUL 1 убиквитин на мишень Ubiquitin by Rogerdodd
Мишени протеолитического расщепления ковалентно связаны с убиквитином Убиквитин Мишень Убиквитин: белок из 76 аминокислот – обозначает мишени протеолитического расщепления Ubiquitin by Rogerdodd
Убиквитинизированные белки подвергаются протеолизу в 26 S протеасоме мишень 26 S протеасома
Высокоспецифичное связывание ауксинов с комплексом SCFTIR 1 необходимо для присоединения мишени ауксин Benzoic acid Tryptophan 2, 4 -D NAA IAA что является мишенью SCFTIR 1 опосредованного протеолиза? Aux/IAA белки – короткоживущие ядерные белки-репрессоры ответов на ауксин 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.
Ауксин-индуцированные изменения экспрессии генов Нет ауксина (низкая концентрация) Высокая концентрация ауксина Aux/IAA TIR 1 Auxin ARF транскрипционные факторы ответа на ауксин (auxin responsive transcription factors (ARFs)) взаимодействуют с Aux/IAA белкамирепрессорами ауксин-зависимых генов TIR 1 рецептирует ауксин и взаимодействует с Aux/IAA белками -репрессорами
Ауксин, присоединяясь к TIR 1 инициирует протеолиз Aux/IAA белков Ub F-box/ TIR 1 + Auxin ARF ростовые процессы удаление репрессоров позволяет факторам транскрипции ARFs регулировать транскрипцию (как активировать, так и репрессировать!)
Белок-белковые взаимодействия Aux/IAA белков с TIR 1 и ARF Aux/IAA I II III IV QVVGWPLVRSYRK Mutant degron определены консервативные аминокислотные последовательности, отвечающие за связывание с TIR 1 и, соответственно, III I II стабильность Aux/IAA белков QVVGWPPVRSYRK IV Wild-type degron ауксин ARF сигнал ответ DNAbinding domain ARF гомодимер Activation / repression domain III IV ARF Aux/IAA гетеродимер
Сходство фенотипа мутантов по Aux/IAA белкам и ARF факторам транскрипции monopteros No ARF 5! bodenlos Stable IAA 12! оверэкспрессией ARF можно восстановить функцию Lau, S. , Jürgens, G. , and De Smet, I. (2008) The evolving complexity of the auxin pathway. Plant Cell 20: 1738 -1746.
Разнообразие ответов на ауксин, возможно, связано с многообразием белков, участвующих в передаче сигнала 29 Aux/IAA белков у Arabidopsis Auxin 23 ARF белков у Arabidopsis ответ сигнал число потенциальных взаимодействий и комбинаций достаточно большое кроме TIR 1 еще 5 родственных белков рецепторов ауксина, AFB 1 – AFB 5.
Гиббереллины http: //5 e. plantphys. net/ Plant Physiology 5 ed. by L. Taiz&E. Zeiger. Web Topic 20. 1 www. plant-hormones. info
Перемещение ГК при прорастании семян – классический и «не стандартный» пример действия ГК первый истинный лист гиббереллины диффундируют в алейроновый слой колеоптиль апикальная меристема побега гиббереллины (ГК) синтезируются в зародыше и высвобождаются в крахмалистый эндосперм через щиток ГК ГК семенная кожура+перикарп алейроновый слой крахмалистый эндосперм алейроновые клетки гидролитические ферменты продукты гидролиза щиток корень индукция в клетках алейронового слоя синтеза α-амилазы и других гидролаз и их секреция в эндосперм разрушение крахмала и др. макромолекул механизм транспорта ГК – не известен Plant Physiology 4 ed. by L. Taiz&E. Zeiger http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic 20. 7
Инициация многокомпонентного сигнального каскада после обработки ГК алейронового слоя http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic 20. 7
«не стандартно» : неизвестный рецептор на мембране гипотетический рецептор на плазмалемме ГК 1 Са 2+-завиимый путь передачи сигнала с участием кальмодулина и киназ гетеротримерный G-белок плазматическая мембрана Са 2+- независимый путь передачи сигнала с участием ц. ГМФ активированный F-box белок с е к р е ц и я ГК 1 КЛЕТКА АЛЕЙРОНОВОГО СЛОЯ pастворимый рецептор ГК DELLA белок протеасома реперссор деградация активатор GAMYB м. РНК промотор транскрипция GAMYB м. РНК и процессинг ген α-амилазы транскрипция и процессинг м. РНК α-амилазы фактор транскрипции GAMYB рибосомы шероховатый ЭПР Аппарат Гольджи секреторные везикулы, содержащие α -амилазу http: //4 e. plantphys. net/ Web Topic 20. 7 α-амилаза гидролиз крахмала в эндосперме
«Стандартно» : растворимый белокрецептор 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 -198
GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF 1 (GID 1) кодирует рецептор ГК в отличие от мутантов с нарушенным биосинтезом ГК, мутант риса gid 1 не чувствителен к экзогенной ГК WT gid 1 -1 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.
Экспрессия GID 1 подавляется ГК GA 3 ox 1 GA Response GID 1 Triple mutant WT gid 1 a-1 gid 1 b-1 gid 1 c-1 Single mutants negative feedback controls gid 1 a-1 gid 1 b-1 gid 1 c-1 Griffiths, J. et al. (2006) Genetic characterization and functional analysis of the GID 1 gibberellin receptors in Arabidopsis. Plant Cell 18: 3399– 3414.
Рецепция ГК и передача сигнала Гиббереллины – «ингибиторы» ингибиторов роста DELLAs GA ГК инактивирует DELLA ингибиторы
Мутанты с конститутивным ответом на ГК – обнаружение механизма передачи сигнала WT sln 1 -1 ячмень WT 250 200 [GA 3] 150 (pg/g) WT sln 1 + GA рис 100 50 0 WT sln 1 накопление ГК в sln растениях slender 1 намного ниже, чем в диком типе => это мутант с нарушенной передачей сигнала, а не со сверхпродукцией ГК 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.
Нечувствительные к ГК карлики с высоким содержанием ГК - еще один ключ к расшифровке сигналинга Zea mays Arabidopsis GA-INSENSITIVE 1 GAI /GAI /gai + /+ D 8 / D 8 Peng, 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.
GA-INSENSITIVE 1 и SLENDER 1 кодируют “DELLA” репрессоры WT slr 1 стоп-кодон или сдвиг рамки считывания потеря функции DELLA домен WT * gai делеция DELLA домена (распознаваемого ГК) приобретение функции Peng, J. , and Harberd, N. P. (1993). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wildtype 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: 9991010.
GA-INSENSITIVE 1 и SLENDER 1 кодируют “DELLA” репрессоры WT slr 1 GA WT ответ потеря DELLA репрессора – сильный конститутивный ответ gai GA ответ увеличенное количество DELLA репрессора – нет ответа Peng, J. , and Harberd, N. P. (1993). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wildtype 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.
Связываясь с ГК, GID рецептор взаимодействует с DELLA белками это взаимодействие было обнаружено/показано с применением метода бимолекулярной комплементарной флуоресценции (Bimolecular Flourecence Complementation assay) 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.
Бимолекулярная комплементарная флуоресценция YFP-N YFP-C Флуоресцентный белок YFP может быть разбит на 2 половины, каждая из которых не флуоресцирует. Каждая половинка белок B «пришивается» к интересующему нас белку белок A (Protein A и Protein B)
Бимолекулярная комплементарная флуоресценция YFP-N YFP-C флуоресценция Protein B Protein A молекулярное взаимодействие между белками Aи. B если белки A и B взаимодействуют, то они две половины YFP соединяются, воссоздавая флуоресцирующий белок
ГК-зависимое взаимодействие между GID 1 рецептором и SLR 1 (DELLA) Bright Field только GID 1 (отрицательный контроль) DAPI окраска ДНК только SLR 1 (отрицательный контроль) GID 1 + SLR 1 нет ГК GID 1 + SLR 1 есть ГК Ueguchi-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.
DELLA домен необходим для связывания GID 1 gai GAI Wild-type делеция DELLA домена приводит к ГКнечувствительному, полудоминантному карликовому фенотипу gai Peng, J. , and Harberd, N. P. (1993). Derivative alleles of the Arabidopsis Gibberellin-Insensitive (gai) mutation confer a wildtype phenotype. Plant Cell 5: 351 -360. ;
ГК индуцирует деградацию DELLA белков убиквитин SLEEPY или GID 2 мишень SKP 1 CUL 1 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. 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.
Путь передачи сигнала ГК низкая концентрация ГК ГК-зависимый фактор транскрипции высокая концентрация ГК рост растения ГК DELLA белок DELLA транскрипция рецептор ГК нет транскрипции DELLA белки ингибируют рост, частично, блокируя транскрипцию. ГК запускает протеолиз DELLA белков 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
Цитокинины Caplin & Steward (1948) modified White’s nutrient medium (1934) Skoog & Miller (1940 -1950) 1955! 6 -фурфуриламинопурин - кинетин Zea mays Letham (1963 -1973) зеатин
Рецепция ЦК: аналог двухкомпонентной бактериальной системы НК – гистидин киназы НРТ – гистидинфосфотрансферазы RR – «регуляторы ответа»
Phosphorelay – последовательное фосфорилирование, сопряженное с образованием макроэргических связей ATP ADP PO 32 O PO 32 - Histidine Phosphohistidine Aspartate Phosphoaspartate автофосфорилирование HK-His + ATP HK-His~P + ADP Histidine рhosphorelay HK-His~P + RR-Asp HK-His + RR-Asp~P PO 32 - Phosphohistidine www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Двух-компонентная бактериальная система передачи сигнала Input domain Transmitter domain Receiver domain H D Histidine Kinase Output domain Response Regulator ATP ADP P H Histidine Kinase P D Response Regulator 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
Двух-компонентная система передачи сигнала в растениях H D Hybrid histidine kinase H Histidine phosphotransferase (HPt) D Response regulator 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 10
Путь передачи сигнала цитокининов в арабидопсис Type-C ARR 22 ARR 24 3 рецептора ЦК 5 HPts (AHPs) 23 response regulators (ARRs) ARR В-типа - положительные регуляторы, А и С типа – негативные регуляторы Adapted from Schaller, G. E. , Kieber, J. J. , and Shiu, S (2008) Two-component signaling elements and histidyl-aspartyl phosphorelays. The Arabidopsis Book: ASPB. www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Челночный перенос гистидинфосфотрансфераз в ядро цитоплазма ядро P H D H P H D www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Цитокинины контролируют экспрессию генов посредством двух-компонентной системы передачи сигнала H Receptor D Рецепторы цитокининов – гибридные гистидинкиназы H D Регуляторы ответа (RR) типа B в HPt H D A-ARR or C-ARR Arabidopsis – факторы транскрипции регуляторы ответа типов A или C D B-ARR участвуют в передачи сигнала ЦК пока не установленным способом транскрипция www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Высшие растения имеют ≥ 3 рецепторов ЦК с немного различающимися свойствами CK binding domain Низш ие расте ия Высш ие расхождение расте рецепторов, ния по-видимому, произошло в начале эволюции высших растений 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.
Протопласты – удобная модель для доказательства функции рецепторов ЦК-индуцируемые +AHK транскрипционные ответы CK-inducible ARR 6 promoter LUC опосредованы AHK 2, AHK 3 или AHK 4 (CRE 1) протопласты содержали ЦК-индуцибельный промотер, пришитый к репортерному гену люцеферазы (LUC), что позволяет выявить усиление ответа на ЦК 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, www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
У разных рецепторов – разная роль • • • 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.
Рецепторы фосфорилируют гистидинфосфотрансферазы (АНР) Type-C ARR 22 ARR 24 CK receptors AHPs Response regulators (ARRs) Adapted from Schaller, G. E. , Kieber, J. J. , and Shiu, S (2008) Two-component signaling elements and histidyl-aspartyl phosphorelays. The Arabidopsis Book: ASPB. www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
ARR А-типа – негативные регуляторы ЦК сигналинга Экспрессия A типа ARRs мешает ЦК-индуцируемой экспрессии Сверхэкспрессия A типа ARRs мешает индукции побегов генов в протопластах Type-A ARR D CK-inducible ARR 6 promoter LUC Control Overexpression of Os. RR 6 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, 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. www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Гистидинфосфотрансферазы необходимы, но избыточны ahp 2 ahp 3 WT ahp 3 ahp 5 только в тройном мутанте заметен эффект. . . Hutchison, C. E. , et al. (2006). The Arabidopsis Histidine Phosphotransfer Proteins Are Redundant Positive Regulators of Cytokinin Signaling. Plant Cell 18: 3073 -3087. www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Как ARR А-типа мешают ЦК сигналингу - ? два возможных и не исключающих друга варианта: ARR А-типа могут конкурировать с ARR Втипа за фосфорильные группы ARR А-типа могут иметь другие функции в фосфорилированном состоянии To, J. P. C. , et al. (2007) Cytokinin regulates type-A Arabidopsis response regulator activity and protein stability via twocomponent phosphorelay. Plant Cell 19: 3901 -3914. www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
ARR С-типа составляют отдельную группу в отличие от ARR А-типа – не индуцируются ЦК в отличие от ARR В-типа – не имеют ДНКсвязываемого домена имеют ярко выраженную гистидинфосфатазную активность Type-C ARRs 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 www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Сверхэкспрессия ARR 22 С-типа – очень плохо фенотип напоминает тройного мутанта по рецепторам ЦК ahk ARR 22 экспрессируется только в халазальных клетках эмбриона. What do type-C ARRs do? 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 cytokininreceptor mutant. Plant Cell Physiol. 45: 1063 -1077, by permission of Oxford University Press for the Japanese Society of Plant www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 Physiologists. 10
ARR С-типа могут убирать фосфорильные группы из системы… Histidine kinase activity adds phosphoryl groups to system Phosphorelay system ? Type-C ARRs remove phosphoryl groups from the system via histidine phosphatase activity Type-A ARRs Putative competition between type-A and type-B ARRs Type-B ARRs – CKinduced transcription www. plantcell. org/cgi/doi/10. 1105/tpc. 110. tt 06 10
Многокомпонентная система передачи сигнала – разное проявление действия ЦК НК – гистидин киназы НРТ – гистидинфосфотрансферазы RR – «регуляторы ответа»
Брассиностероиды WT мутанты Arabidopsis de-etiolated 2 (det 2) и det 2 constitutive photomorphogenesis + BL and dwarfism (cpd) - дефицит брассинолида det 2 WT WT det 2 + BL det 2 cpd From 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.
Передача сигнала брассиностероидов 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.
Карликовые мутанты не чувствительные к БР – мутанты по рецепторам bri 1 Wild-type мутант Arabidopsis bri 1 Wild-type в диком типе рост корня ингибируется высокими концентрациями БР bri 1 Clouse, 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 рецептор, локализованный в плазматической мембране BRI 1 is a Leucine-rich repeat – receptor like kinase (LRR-RK) Leucine-rich repeat (LRR) bri 1 Trans-membrane domain Kinase Domain BRI 1 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.
Напротив, рецепторы стероидных гормонов животных внутриклеточные стероиды свободно проходят через мембрану я и пц и кр с рецептор н а тр комплекс рецептора с гормоном проходит в ядро и, соединяясь с ДНК, инициирует транскрипцию
LRR- RLK часто встречающийся тип рецепторов, участвующих в передаче сигнала plant animal регуляция развития ответы на патогены Bishop, G. J. , and Koncz, C. (2002). Brassinosteroids and plant steroid hormone signaling. Plant Cell 14: S 97 -110. Copyright © 2002 American Society of Plant Biologists
БР присоедиеняются к экстраклеточному домену богатому повторностями лейцина рецептора BRI 1 Top view The LRR domain forms a helical solenoid 70 Å Binding site BRs bind through an induced fit mechanism Side view 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.
BKI 1 взаимодействует с BRI 1 негативная регуляция сигналинга поиск белков, взаимодействующих с BRI 1 позволил обнаружить BKI 1 рецептор (BRI 1) мало BR ингибитор (BKI 1) Wild-type BKI 1 Arabidopsis overexpression Как обнаружили? 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
… yeast two-hybrid screens…. . BAIT (наживка) – fused to ½ a transcription factor при взаимодействии двух белков, образуется функциональный фактор транскрипции, активирующий транскрипцию и рост дрожжей BAIT- BRI 1 Interactor – fused to the other ½ of the transcription factor Interactor – BKI 1
Присоединение BL к BRI 1 способствует диссоциации BKI 1 No BL 5 min BL 10 min BL рецептор (BRI 1) P P 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
BАK 1 – активация сигналинга за счет усиления автофосфорилирующей киназной активности BRI 1 внеклеточный домен, связывающий BR много BR BAK 1 BRI 1 BAK 1 PPP P цитоплазматический протеинкиназный домен 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 Receptorlike protein kinase, interacts with BRI 1 and modulates brassinosteroid signaling. Cell 110: 213 -222 with permission from Elsevier.
BRI 1 и BAK 1 взаимодействуют по механизму «двойного замка» “double lock mechanism” 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 Reprinted by permission from Jaillais, Y. , Belkhadir, Y. , Balsemão-Pires, E. , Dangl, J. L. and Chory, J. (2011). Extracellular leucinerich repeats as a platform for receptor/coreceptor complex formation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108: 8503 -8507.
Сложная регуляция рецепции брассиностероидов низкий уровень BR: рецептор не активен и ингибирован BKI 1 рецептор (BRI 1) BAK 1 P PP P ингибитор (BKI 1) высокий уровень BR: BRI 1 автофосфорилируется, BKI 1 диссоциирует, BAK 1 присоединяется и усиливает активность BKI 1
Передача сигнала от рецептора The BR signal, perceived at the What happens between the receptor and nucleus? plasma membrane, is transduced to the nucleus where BR-regulated genes are switched on or off
Механизм передачи сигнала брассиностероидов – мутанты Arabidopsis WT bzr 1 -1 D WT bin 2 -1 brassinosteroidinsensitive bri 1 -EMS-suppressor 1 BIN 2 brassinazol-resistant Reprinted 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.
BZR 2/BES 1 - БР активируемый фактор транскрипции High BR BAK 1 PPP P BZR 2 BES 1 включает гены способствующие росту и растяжению клеток выключает гены биосинтеза БР BL индуцирует транспорт BZR 2/BES 1 в ядро 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.
Активность BZR 1/2 фактора транскрипции регулируется BIN 2 протеинкиназой повышение уровня БР инактивирует BIN 2 BAK 1 при низкой концентрации БР BIN 2 протеинкиназа фосфорилирует BZR 1/2 BIN 2 P P PPP P P BIN 2 26 S протеасома фосфорилированная форма подвергается протеолизу нефосфорилированный фактор транскрипции направляется в ядро
Активность факторов транскрипции регулируется протеинкиназами и фосфатазами высокое содержание BR BAK 1 PPP P активированный рецепторный комплекс фосфорилирует BSK, который фосфорилирует BSU 1 P протеинфосфатазу BSU 1, который дефосфорилирует BIN 2 Как обнаружили? BIN 2 BSKs. P
Протеомный подход к идентификации сигнальных путей 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 P 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.
Передача сигнала брассиностероидов мало BR в отсутствии BR, рецептор BRI 1 рецептор (BRI 1) связан с ингибитором BKI 1 ингибитор (BKI 1) активная BIN 2 киназа фосфорилирует и инактивирует P BIN 2 факторы транскрипции P P
Передача сигнала брассиностероидов рецептор (BRI 1) BAK 1 рецепторов BAK 1 и BRI 1 с P P последующим фосфорилированием BSKs P BIN 2 BSU 1 P P взаимное фосфорилирование ингибитор (BKI 1) P присоединение BR вызывает много BR мало BR BSKs. P BIN 2 BSKs фосфорилирует и активирует BSU 1 фосфатазу, которая инактивирует BIN 2 когда BIN 2 не активна, факторы транскрипции дефосфорилированы и транскрипция активны
Пост-трансляционный контроль активности АЦК синтазы - основной способ регуляции концентрации этилена Wild Type AIR eto 1 ETHYLENE AIR ethylene-overproducer (eto) мутанты - конститутивный тройной ответ сверхпродукция этилена Guzman, P. , and Ecker, J. R. (1990). Exploiting the triple response of Arabidopsis to identify ethylene-related mutants. Plant Cell 2: 513 -523.
АЦК синтаза – димер, кодируемый 9 генами Type III Набор генов, экспрессирующихся в клетке определяет типы димеров АЦС, которые различаются по каталитическим функциям Type II продукты ACS генного семейства могут образовывать 45 гомо- и гетеродимеров, 25 из которых функциональны 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.
ETO 1 – компонент убиквитинлигазного комплекса ACS ETO 1 связывасет и ACS убиквитинизирует ACS белки CUL 3 WT eto 1 в мутанте eto 1 избирательно стабилизируется ACS 5 -tubulin 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.
Пост-трансляционный контроль активности АЦК синтазы – быстрые ответы ATP WOUNDING, PATHOGEN ATTACK трансляция ACS MAP kinase P P P Type I ETO 1 S SSS P Type II CUL 3 S Type III АЦК синтаза в норме конститутивно синтезируется и конститутивно подвергается протеолизу CDP kinase ATP ABIOTIC STRESS, OTHER HORMONES Фосфорилирование С-конца препятствует связыванию Liu, Y. , and Zhang, S. (2004). Phosphorylation of 1 -aminocyclopropane-1 -carboxylic acid synthase by MPK 6, a stressresponsive mitogen-activated protein kinase, induces ethylene biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell 16: 3386 -3399.
Рецепторы этилена – негативные регуляторы ответов этилен нет этилена в отсутствии этилена, рецепторы выключают «этиленовый ответ» ( ) Ответы OFF (H Ответы ON присоединяя этилен, рецепторы не выключают «этиленовый ответ»
Рецепторы этилена – интегральные мембранные гистидинкиназы ethylene receptor ethylene response sensor ethylene insensitive гомологичны бактериальному рецептору – двухкомпонентной гистидинкиназе
Рецепторы этилена Arabidopsis – сходны с рецепторами цитокинина ethylene binding GAF histidine kinase receiver ETR 1 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 Cytokinin receptor AHK 4 CHASE domain histidine kinase receiver
Путь передачи этиленового сигнала был установлен с помощью генетических исследований C 2 H 4 Семейство рецепторов ETR 1 ERS 1 ETR 2 EIN 4 ERS 2 (нечувствительные - доминантные) CTR 1 (конститутивный) EIN 2 EIN 3 EIN 5 EIN 6 (нечувствительный - рецессивные) ответы на этилен
Конститутивный «тройной ответ» : белок, обеспечивающий передачу сигнала от рецептора - МАРККК сtr 1
CTR 1 негативный регулятор этиленового сигнала ctr 1 дикий тип ctr 1 мутант имеет конститутивный тройной ответ воздух CTR 1 - серин/треонин протеин киназа, сходная с животными Raf киназами и по-видимому участвует в MAPK каскаде этилен субстраты пока не обнаружены 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.
Рецептор напрямую взаимодействует с CTR 1 и регулирует его активность этилен в отсутствии этилена CTR 1 активен и ингибирует ответы на этилен CTR 1 (active) в присутствии этилена CTR 1 инактивируется ETR 1 ERS CTR 1 () (H CTR 1 (inactive) Responses ON Комбинация гистидинкиназных мембранных рецепторов и Responses серин/треонин Raf-подобных киназ – нечто новое! (не OFF «двух-компонентная» система!!!) 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. Reprinted 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.
CTR 1 неизвестным образом действует через EIN 2 – позитивный регулятор Ethylene EIN 2 ( ) (H ETP 1, 2 ETP 1 и ETP 2 компоненты Responses ON убиквитинлигазного комплекса ? EIN 2 В отсутствии этилена EIN 2 подвергается протеолизу 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. Responses From Alonso, J. , Hirayama, T. , Roman, G. , Nourizadeh, S. , and Ecker, J. (1999). EIN 2, a bifunctional transducer of ethylene ON 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.
![АБК-индуцированное увеличение [Ca 2+] коррелирует с АБК-зависимым открыванием устьиц](https://present5.com/presentation/82600715_347813412/image-95.jpg "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
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– 1716 механизм действия – предмет дальнейших исследований
PYR/RCAR рецепторы АБК – top 10 PYRABACTIN (4 -bromo. N-Ѕpyridin-2 -yl methylnaphthalene-1 sulfonamide) RESISTANCE (PYR)/REGULATORY COMPONENT OF ABA RECEPTOR (RCAR) PYR/RCAR белки обнаружены в цитоплазме и ядре! GFP: RCAR 1 pro: GFP 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.
PYR/RCAR рецепторы необходимы для ответов на АБК Растения дикого типа не способны прорастать на АБКсодержащей среде АБКнечувствительный мутант abi 1 также прорастает на среде с АБК Пиробактиннечувствительные мутанты – АБКнечувствительные – прорастают на среде с АБК From 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.
Рецепция АБК и передача сигнала PYR 1 PYR/RCAR рецепторы ABA PP 2 C протеинфосфатазы (включая ABI 1) Phosphatase протеинкиназы (включая Sn. RK 2 s и CDPKs) Kinase P P ответы на АБК
PYR/RCAR рецепторы взаимодействуют с АБК в комплексе с ABI 1 или другими РР 2 С NO ABA PYR 1 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.
ABI 1 ингибирует киназы, включающие ответы на АБК WILD TYPE + ABA PYR 1 abi 1 -1 + ABA PYR 1 ABI 1 abi 1 -1 ABI 1 Kinase P P NO ABA RESPONSES
В отсутствии АБК PP 2 C (в том числе и ABI 1) ингибируют действие Sn. RK 2 киназ NO ABA PYR 1, АБК и PP 2 C образуют комплекс, инактивирующий PP 2 C и разрешающий действие Sn. RK 2 киназ PYR 1 мишенями фофорилирования являются ионные каналы и факторы транскрипции PYR 1 PP 2 C (ABI 1) Sn. RK 2 P ABI 1 Sn. RK 2 P P P NO ABA RESPONSES Ion channel TF P ABA RESPONSES
«termal imaging» - метод мониторинга устьичных движений и ответов на АБК aba 2 -13 Wild type ost 1 -1 ost 1 -2 ost 1 -4 мутанты по биосинтезу ABA (aba 2 -13) или сигналингу (ost 1 -4) отличаются нарушением закрывания устьиц и, соответственно, более низкой температурой 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. 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.
В отсутствии АБК PP 2 C и Sn. RK физически взаимодействуют PYR 1 This interaction is stabilized in the dominant abi 1 mutant. abi 1 -1 ABI 1 Sn. RK 2 Yeast two-hybrid assay – when two proteins interact, the yeast cells grow. 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.
Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) участвуют в передаче сигнала Засухоустойчивость коррелирует с активностью некоторых CDPKs ABA CDPK ABA RESPONSES WT cpk 4 cpk 11 Less CPK activity, Less drought tolerant WT CPK 4 -overexpression More CPK activity, More drought tolerant Drought tolerance 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.
Основные мишени CDPKs и Sn. RK 2 s факторы транскрипции ABA PYR 1 Some TFs were identified genetically PP 2 C P Sn. RK 2 Some TFs were identified biochemically Sn. RK 2 CDPK ABA RESPONSES P TF
АБК опосредованная регуляция устьичных движенией ABA АБК => активация анионных и К+ каналов на вынос => выход Н 2 О INNER WALL NO H 2 O 2 PP 2 C Ca 2+ A- K+ A- CDPK Sn. RK 2 A- K+ K+ - A K+ Нет АБК= > Реактивация Н+-АТФазы => гиперполяризация мембраны => К+ и анионы поступают в клетку => вход Н 2 О
Рецепция и передача сигнала жасмонатов • JA-Ile присоединяется к COI 1 -JAZ корецептору • JAZ белки убиквитинизируются и разрушаются • активация транскрипции MYC 2 и другими белками JAZ MYC 2 AD Z SCFCOI 1 J BD MYC 2 BD JAIle J AD Z Gene expression
Коронатин – токсин бактерий, мимикрирует действие жасмоната Me. JA COR Control Coronatine (3 R, 7 S)-JA-Ile Me. JA или коронатин (COR) индуцируют защитные соединения в культивируемых клетках Калифорнийского мака 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.
Мутант Arabidopsis coi 1 не чувствителен к коронатину и Me. JA coi 1 WT WT Me. JA coi 1 WT Control COR 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 является F-box белком, очень похожим на рецептор ауксина TIR 1 сходство в последовательности и структуры позволило предположить сходство действия 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.
COI 1 – компонент SCF убиквитинлигазного комплекса SCFCOI 1 F-box protein SKP 1 F-box COI 1 protein SCF complex SCF ubiquitin ligase complex (Named for SKP 1, CUL 1 and F-box proteins) CUL 1 (The auxin receptor TIR 1 is a component of the SCFTIR 1 complex)
Передача сигнала от жасмоната (как и ауксина) включает деградацию репрессора Aux/IAA репрессор JAZ ARF Активатор транскрипции MYC 2 TIR 1 Auxin F-box protein гормон COI 1 JA-Ile Aux/IAA репрессор JAZ ARF Активатор транскрипции MYC 2 + 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 Control JAZ-GFP + jasmonate транскрипция JAZ генов активируется жасмонатами анологично, транскрипция генов Aux/IAA репрессоров быстро активируется ауксином 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.
Отсутствие 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 2. JAZ убиквитинизируется и подвергается протеолизу в 26 S протеасоме NINJA JAZ MYC 2 Z EAR TPL AD J BD SCFCOI 1 JAIle JA-Ile 1. JA-Ile присоединяется к SCFCOI 1 и JAZ белку MYC 2 BD AD 3. Деградация репрессора разрешает активацию транскрипции MYC 2 факторами транскрипции
Скачать презентацию Классические и новые фитогормоны Цитокинин Гиббереллин
Signalling - копия.ppt