Рост растений и дефференцировка -
Скачать (прямая ссылка):
Все эти наблюдения, вместе взятые, показывают, что синтез, гидролитических ферментов в клетках алейронового слоя в от--
151
Глава 4
¦сутствие гиббереллина лимитируется не доступностью мРНК, .а количеством соответствующих мембран, к которым должны лрикрепиться полисомы, несущие специфические для гидролал мРНК- Кажется вероятным, что по крайней мере часть эффектов гиббереллина осуществляется на уровне мембран и эти эффекты предшествуют стимуляции синтеза РНК и белка. Например, синтез одного из важнейших фосфолипидов клеточных мембран лецитина активируется уже в пределах 2 ч после обработки клеток алейронового слоя ГАз. Таким образом, возможно, что гиббереллин регулирует общий синтез мембран do novo и особенно формирование гранулярного эндоплазматического ретикулума, и этот этап является необходимым условием синтеза гидролитических ферментов.
Сейчас, вероятно, уместно напомнить, что алейроновый слой, по крайней мере иа первый взгляд, является одной из самых простых систем, использованных для изучения механизма действия гормонов в растении. Одиако и здесь ответные реакции на гормон оказались такими сложными и многообразными, что пока невозможно определенно сказать, какая из них представляет собой истинный механизм действия гиббереллина.
4.6.2. Влияние фитогормонов на транскрипцию и трансляцию in vitro (в бесклеточных системах)
Как мы уже знаем, стимуляция роста или синтеза ферментов в таких системах, как алейроновый слой, связана с активацией синтеза белка (и обычно РНК)- С целью выяснения, влияют ли фитогормоны на экспрессию или активность генов, ¦были проведены многочисленные исследования с использованием бесклеточных (in vitro) систем транскрипции (в изолированном хроматине и ядрах) и трансляции продуктов транскрипции. В такого рода системах изолированный материал инкубируют с мечеными предшественниками РНК (АТФ, ЦТФ, ГТФ и УТФ). О синтезе РНК в таком случае можно судить по включению в нее радиоактивности. Трансляцию синтезированной РНК можно оценить in vitro, используя бесклеточиыс системы синтеза белка.
Совершенно очевидно, что обработка ауксинами увеличивает ¦способность изолированных ядер и препаратов хроматина к синтезу общей РНК- Однако эти эффекты наблюдаются только при воздействии ауксина на клетки до выделения ядер или хроматина. Это означает, что первичное место действия ауксина находится вне ядра и что ауксин не оказывает прямого влияния на уровне транскрипции. Также отсутствуют данные об избирательной дерепрессии генов ауксинами in vitro. Имеются указания на то, что посредником ауксина в его влиянии на транскрипцию может служить некий «фактор транскрипции», высвобождающийся из' плазмалеммы при действии этого гормона.
Механизмы действия фитогормонов
155,
А у к с и..;
Аф(выделение протонов}
¦ Клеточная стен ха ¦—Плаэтлемма - Цитоплазма
Рис. 4,20. Гипотетическая схема, объясняющая быструю и долгосрочную стимуляцию роста клеток ауксином. (J. W. Hardin, J, Н. Cherry, D. J. More, С. A. Lembi, Ргос. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 3146—3150, 1972.) Согласно модели, ауксии связывается с рецептором, расположенным в плазма-лемме, что приводит к быстрому выделению протонов (Н+) в. клеточную стейку. Следствием этого является «разрыхление» стенки и немедленное ее растяжение под влиянием тургора. Кроме того, связывание ауксина с рецептором иа плазмалемме (тем же, который приводит в действие выделение Н+, или другим) приводит к высвобождению фактора, движущегося в ядро и изменяющего там активность РНК-полпмераэы.
Инкубация фрагментов плазмалеммы с ауксином приводит к быстрому высвобождению этого фактора, который стимулирует РНК-полимеразу in vitro. Это наблюдение можно использовать при создании гипотетической модели действия ауксина, охватывающей как быстрые, так и медленные ростовые реакции на гормон (см. рис. 4.20 и разд. 4.8).
Опыты по влиянию ауксина па трансляцию in vitro привели к гораздо менее определенным результатам. Обработка ауксином эпикотилей гороха повышала содержание связанных с мембранами полисом, способных синтезировать целлюлазу in vitro, и этому сопутствовало накопление мРНК. Эпикотили, не обработанные ауксином, не содержали транслируемой мРНК для целлюлазы, тогда как ее содержание в обработанных тканях
356
Глава 4
¦быстро увеличивалось без заметного лаг-периода. Это означает, •что содержание мРНК не коррелирует со скоростью синтеза щеллюлазы, поскольку этот синтез начинался с 24-часовым лаг-.периодом. В связи с этим было высказано предположение, что влияние ауксина на трансляцию вторично, хотя можно предложить и альтернативные объяснения (например, что хотя мРНК транскрибирована, она не прошла все стадии посттранскрипци-онного процессинга и поэтому не может использоваться в трансляции). Таким образом, требуются дополнительные исследования, чтобы выяснить, могут ли ауксины регулировать трансляцию РНК, полностью прошедшей все этапы процессинга.
Р1зучение влияния гиббереллииов на ядра и хроматин in vitro привели к результатам, очень близким к только что описанным для ауксинов. Так, обработка гиббереллином интакт-ных тканей изменяла трансляционную активность выделенных затем из этих тканей ядер или хроматина. Однако добавление гиббереллииа к изолированным хроматину или ядрам ие вызывало такого эффекта. Влияние гиббереллииов на трансляционную способность хроматина может включать транскрипцию дополнительных матриц или изменение активности полимеразы, хотя для этого нет строгих доказательств. Одни из лучших данных, показывающих связь между стимуляцией гиббереллином ¦de novo синтеза фермента и образованием соответствующей мРНК, получены в работе с экстрактами из тканей алейронового слоя ячменя. Обработка алейронового слоя ГА?, приводила к увеличению содержания транслируемой in vitro мРНК для ¦«-амилазы с такой же скоростью, с которой происходила активация синтеза фермента. Некоторые исследователи рассматривают это наблюдение как пример избирательной индукции .мРНК гиббереллином, но, как мы уже говорили ранее в этой главе, состав мРНК и ферментов, синтезируемых клетками .алейронового слоя, определяется пока еще невыясненными механизмами запрограммированного развития, а гиббереллии только вызывает эти предварительно запрограммированные ответные реакции. Другими словами, это действие гиббереллииа нельзя рассматривать как пример избирательной дерепрессии генов гормоном. К тому же очевидно, что и в этих опытах влияние гиббереллииа не было в действительности его действием in vitro, так как гормоном; обрабатывали интактные клетки алейронового слоя, a in vitro определяли только последствия этого действия. Поэтому нет оснований считать, что даже неиз-'бирательное влияние гиббереллииа на транскрипцию является первичным действием гормона. Кроме того, пока нельзя не принимать в расчет, что гиббереллины могут влиять и на пост-транскрипционном уровне.
