ИСТИНА

Растения реагируют на механические повреждения, вызванные градом, ветром, антропогенным воздействием или атакой растительноядных насекомых, испусканием (эмиссией) в воздух летучих органических соединений (ЛОС), которые участвуют в сигнализации и коммуникации растений. Передача сигнала тревоги с помощью ЛОС может осуществляться в пределах различных ярусов одного и того же растения или между отдельными растениями. Химические соединения, такие как этилен, салициловая и жасмоновая кислота и их летучие производные (метилсалициловая и метилжасмоновая кислоты), способны индуцировать устойчивость растения ко многим патогенам. Пектин и пектинметилэстераза (ПMЭ) образуют многофункциональный ферментный комплекс в стенке растительной клетки, генерирующий в результате реакции деметилирования пектина другое ЛОС – метанол, функция которого в жизни растений до недавнего времени была неясна. В течение долгого времени газообразный метанол считался биохимических "мусором", т.е. побочным продуктом жизнедеятельности растения. В нашей лаборатории было показано участие ПМЭ и метанола в контроле межклеточного транспорта вирусной РНК. В настоящем проекте мы ставим цель изучение роли метанола в коммуникации растений, как на уровне индивидуального растения, так и сообщества растений. Для достижения поставленной цели решаются три задачи: 1. Изучения контроля растительной клеткой синтеза метанола и ПМЭ. 2. Изучение роли метанола во внутрирастительной коммуникации между тканями акцепторами (sink) и донорами (source) фотоассимилята. 3. Изучение роли метанола в межрастительной коммуникации, опосредуемой устьицами листа, и антибактериальном иммунитете растений.

В растениях рода Nicotiana эффективная стратегия устойчивости к стрессам включает слаженный синтез и накопление белка не-клеточно-автономного пути (non-cell-autonomous pathway protein, NCAPP), синтез мРНК пектинметилэстеразы (ПМЭ) и эмиссию метанола. В 2015 году мы исследовали структурную организацию и внутриклеточный биогенез NCAPP. Мы показали существование в структуре NCAPP лидерной сигнальной последовательности длиной 24 аминокислоты, которая направляет белок в клеточную стенку. Кроме того мы получили экспериментальное доказательство механизма обратной связи между синтезом метанола и накоплением в клетке мРНК ПМЭ. В этой работе с помощью метода транзиентной экспрессии, а также стабильной трансформации растений, нами было показано, что NCAPP играет важную роль в осуществлении обратной связи с ПМЭ. NCAPP действует как конкурентный ингибитор ПМЭ. Повышенный уровень белка NCAPP в клетке уменьшает количество зрелой ПМЭ в клеточной стенке и, наоборот, понижение синтеза NCAPP приводит к накоплению ПМЭ и повышенной эмиссии растением метанола. В основе этого механизма лежит способность NCAPP конкурировать с предшественником ПМЭ в процессе их движения в апопласт. Также NCAPP способен влиять на транскрипционную активность гена ПМЭ, осуществляя тем самым регуляцию уровня эмиссии метанола травмированным растением. В 2015 году мы выделили транскрипционный промотор гена ПМЭ (PrPME) табака длиной 1500 пар оснований и исследовали его способность направлять синтез GUS в сравнении с proNCAPP и 35S-промотором вируса мозаики цветной капусты. Оказалось, что хотя PrPME и менее активен, чем известный 35S-промотор вируса мозаики цветной капусты, он обеспечивает детектируемый синтез GUS. Введение в клетку с помощью агроинфекции генетической конструкции PrPME:GUS в присутствии гена, кодирующего NCAPP, позволило оценить способность NCAPP влиять на транскрипционную активность промотора PrPME. Оказалось, что NCAPP может подавлять транскрипцию гена GUS, находящегося под контролем PrPME. Кроме того, в этом году нам удалось получить трансгенные, стабильно трансформированные растения табака, содержащие генетическую вставку PrPME:GUS. В настоящее время проводится анализ трансгенов на способность синтезировать GUS. Нами создана модель обратной связи в процессе стрессовой реакции растения на повреждение: эмиссия метанола – синтез NCAPP – репрессия активности ПМЭ – подавление эмиссии метанола. NCAPP имеет высокую гомологию с альдоза-1-эпимеразой (мутаротазой), белком, являющимся ключевым ферментом углеводного обмена, катализирующим взаимопревращение альфа- и бета-аномеров таких сахаров, как глюкоза и галактоза. Нами показано, что нокдаун гена альдоза 1-эпимеразы подавляет транспорт сахаров, но повышает эффективность межклеточного транспорта вируса табачной мозаики (ВТМ). Супрессия накопления в клетке мРНК NCAPP также сопровождается снижением (а) содержания фотосинтетической глюкозы в листе, что указывает на возможность участия NCAPP в межклеточном транспорте фотоассимилятов и (б) межклеточного транспорта ВТМ, что подтверждает тесную связь между транспортом вируса и фотоассимилятов. При изучении роли метанола в межклеточном транспорте ВТМ мы оценили способность индуцируемого метанолом NCAPP взаимодействовать с транспортным белком (ТБ) ВТМ. Нами показано взаимодействие NCAPP-ТБ ВТМ в тесте лиганд-блоттинга в ренатурирующих условиях с использованием реципрокной схемы эксперимента, когда первый белок находится в растворе, а второй – на мембране, и наоборот. Таким образом, подтверждена гипотеза о прямом физическом контакте между NCAPP и ТБ ВТМ в реализации механизма участия NCAPP в иммунитете растений.