Рост растений и дефференцировка -
Скачать (прямая ссылка):
Механизмы действия фитогормонов
149>
работает в клетках эндосперма (а-амилаза, (З-амилаза, протеа-за, рибонуклеаза, пероксидазы), тогда как активность других. направлеиа на разрушение стенок клеток алейронового слоя, которое происходит при прорастании (р (1—НЗ)-глюканаза, а-ксиланаза, §-ксилопироназидаза и а-арабинофуранозидаза). Разрушение клеточных стенок алейронового слоя способствует выходу из них ферментов, гидролизующих запасные вещества эндосперма. Действие гиббереллина на активность этих ферментов может осуществляться несколькими путями: 1) стимуляцией их синтеза, 2) влиянием иа их выделение из клеток алейронового слоя и 3) активацией ферментов. В некоторых случаях гиббереллин стимулирует как синтез, так и выделение фермента (например, а-амилазы и протеазы), тогда как в других случаях он влияет только на выделение фермента (например,. (3-амилазы, .р (1—»-3)-глюканазы и рнбонуклеазы).
Из ферментов алейронового слоя наиболее изученным в связи с механизмом действия гиббереллина является а-амилаза,.. особенно а-амилаза ячменя, однако ферментные системы из семян пшеницы и риса ведут себя аналогичным образом. Имеются весьма достоверные данные о том, что гиббереллины (обычно в опытах использовали ГАз) вызывают de novo синтез а-амилазы в клетках алейронового слоя. В 1967 г. Филнер и Варнер показали, что вся а-амилаза, образуемая в ответ иа обработку ГАз, синтезируется clc novo из аминокислот. Эти авторы использовали методику плотностного течения тяжелой водой. Алейроновые слои ячменя инкубировали с ГАз в присутствии нормальной воды (Н2160) или воды, содержащей тяжелый изотоп кислорода (Нг180). В результате естественный гидролиз запасных белков клеток алейронового слоя протеазами происходил в присутствии либо И2160, либо H2IS0 и образующиеся при этом аминокислоты содержали соответственно либо 1G0, либо 1аО. О таких, содержащих тяжелый изотоп аминокислотах говорят,, что они мечены по плотности и синтезирующиеся из них белки также будут мечеными по плотности (они будут тяжелее, т. е. обладать большей плотностью, чем белки, образовавшиеся из-, аминокислот, содержащих 160). Подвергнув экстракты ферментов ультрацентрифугированшо, Филнер и Варнер обнаружили,, что а-амилаза, синтезированная в клетках алейронового слоя,, обработанного ГАз в присутствии Н2180, была в соответствии с теоретическими подсчетами на 1 % плотнее, чем а-амилаза из-клеток алейронового слоя, инкубированного с Нг160 (рис. 4.16). Следовательно, при инкубации с H2IS0 вся индуцированная а-амилаза была синтезирована заново из аминокислот. Позднее с помощью такой же методики (правда, чаще вместо Н2180 использовали D20) было показано, что четыре изофермента а-ами-лазы, а также рибонуклеаза и (3(1—»-3)-глюканаза синтезируются de novo в ответ на обработку ГАз.
160
Глава 4
k
i
I
i
100
50
X
I
1:1 100
f
I
I
I so
1,0
I
VI
1,0
-?
Puc. 4.16. Результаты опытов по использованию плотиостной метки, показывающие, что все молекулы а-амилазы в обработанных гиббереллином клетках алейронового слоя ячменя синтезируются de novo из аминокислот. (P. Filner, J. Varner, Ргос, Natl. Acad. Sci., 58, 1520—1526, 1967.)
На графиках представлено распределение а-амилазы в градиенте плотности CsCl (р плотность). А. Совпадение плотностей а-амилазы, образованной в присутствии Н2160 (светлые кружки), и меченной по тритию (3Н) маркерной о-амилазы (черные кружки). Б. Ббльшая плотность а-амилазы, синтезированной в присутствии Н21аО (светлые кружки), в сравнении с маркерной а-амила-зой нормальной плотности (черные кружки).
Индукция ГА3 синтеза фермента de novo позволяет предположить, что механизм действия гиббереллина связан с прямой регуляцией экспрессии генов и образования мРНК, необходимых для синтеза фермента(ов). Весьма важно, что синтез а-амилазы можно обнаружить лишь после лаг-периода, который длится ие менее 8 ч начиная с момента добавления ГА3 (см., например, рис. 4.17). Кроме того, ГАз должна постоянно присутствовать в системе как во время лаг-периода, так и в последующий период синтеза а-амилазы (рис. 4.18), иначе этот синтез прекращается. Если к клеткам алейронового слоя, инкубируемым с ГА3, во время лаг-периода добавить актиномицин D (ингибитор синтеза-РНК), то он подавляет синтез а-амилазы, причем, чем позже во время лаг-периода добавлять актнноми-цин D, тем меньшее влияние он окажет. Если актиномицин D добавить после лаг-периода, то он не окажет никакого действия на синтез «-амилазы или же его эффект будет минимален. Все
Механизмы действия фитогормонов
151
Рис. 4.17. Зависимость от времени высвобождения фермента (а-амилазы) из изолированных алейроновых слоев ячменя, инкубируемых на среде, содержащей 10~СМ ГА3 (/), пли на контрольной среде без гиббереллина (II).
(К. М. Bailey, I. D. J. Phillips, D. Pitt, J. Exp. Bot., 27,
324—326, 1976,)
Только через 8—12 ч проявлялось стимулирующее влияние гиббереллина и в среде появлялись измеримые количества фермента.
6 12 1в 24 30
Время иту&ации, у
это говорит о том, что для индукции гиббереллином а-амилазы необходим синтез РНК во время лаг-периода и что после его окончания синтез а-амилазы может продолжаться на ранее синтезированной матричной РНК (т. е. мРНК для а-амилазы,. очевидно, долгоживущая). Такие ингибиторы синтеза белка на рибосомах, как цшслогексимид, а также абсцизовая кислота продолжают ингибировать образование а-амилазы и по окончании лаг-периода (рис. 4.19). В некоторых опытах было показано,, что синтез долгоживущей мРНК для индуцированной ГАа а-амилазы составляет всего около 1 % от общего синтеза РНК.
