Биофизические механизмы внутриклеточной сигнализации (трансдукции) в высших растениях
https://doi.org/10.29235/1029-8940-2023-68-1-75-88
Аннотация
В данном обзоре рассматриваются три фундаментальных процесса, протекающих в растительных организмах под влиянием факторов внешней среды (свет и cила тяжести) и имеющих ключевое значение для функционирования растений. В случае света это фитохромная регуляция и фототропизмы, третий рассматриваемый процесс – гравитропизм. Фитохром – фоторегуляторная реакция, при подавлении которой растение не может нормально развиваться. Фoтотропизмы и гравитропизм растениям крайне нужны, и они выработаны в ходе эволюции. Указанные процессы реализуются по одной и той же логической схеме: рецепция стимула – сигнальные процессы в клетке (трансдукция) – собственно биологический эффект. В соответствии с этой схемой осуществлялось и рассмотрение указанных процессов. В результате приведены данные о том, что рецепторные стадии реакций принципиально различаются из-за природы рецепторов. Сигнальные процeссы протекают с участием большого числа низко- и высокомолекулярных медиаторов биофизических, биохимических и генетических реакций. Обращается внимание на то, что одни те же медиаторы представлены в сигнализации, а также в приципиально различающихся по конечному эффекту процессах, что, как предполагается, свидетельствует о наличии в клетке не отдельных для каждого стимула сигнальных цепочек, а регуляторной сети, сформированной на базе вертикальных и горизонтальных цепей трансдукции.
Ключевые слова
фитохромная регуляция,
фототропизмы,
гравитропизм,
высшие растения,
сигнальные процессы,
трансдукция
Об авторах
И. Д. Волотовский
Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Беларусь
Беларусь
Игорь Дмитриевич Волотовский – академик, д-р биол. наук, профессор, гл. науч. сотрудник
ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск
С. В. Суховеeва
Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Беларусь
Беларусь
Светлана Владимировна Суховеева – науч. сотрудник
ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск
Е. М. Кабачевская
Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Беларусь
Беларусь
Елена Михайловна Кабачевская – канд. биол. наук, заведующий лабораторией
ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск
Список литературы
1. Rockwell, N. C. Phytochrome structure and signaling mechanisms / N. C. Rockwell, Y.-S. Su, J. C. Lagarias // Annu. Rev. Plant Biol. − 2006. − Vol. 57. − P. 837–858. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144208
2. Legris, M. Molecular mechanisms underlying phytochrome-controlled morphogenesis in plants / M. Legris, Y. Ç. Ince, C. Fankhauser // Nat. Commun. − 2019. − Vol. 10, N 1. – P. 5219. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13045-0
3. Molecular mechanisms for mediating light-dependent nucleo/cytoplasmic partitioning of phytochrome photoreceptors / C. Klose [et al.] // New Phytologist. – 2015. − Vol. 206, N 3. − Р. 965–971. https://doi.org/10.1111/nph.13207
4. The role of Ca2+ in pnytochrome-controlling swelling of etiolated weat protoplasts / M. E. Bossen [et al.] // Planta. – 1988. – Vol. 174, N 1. – Р. 94–100. https://doi.org/10.1007/BF00394879
5. Соколовский, С. Г. Об участии универсальных мессенджеров в регуляции фитохромной регуляции накопления Са2+ протопластами / С. Г. Соколовский, О. В. Яцевич, И. Д. Волотовский // Физиология растений. – 1996. – T. 43, № 6. – С. 883–886.
6. Second messenger mediate increases in cytosolic calcium in tobacoo protoplasts / I. D. Volotovski [et al.] // Plant Physiol. − 1998. − Vol. 117, N 3. – Р. 1023–1030. https://doi.org/10.1104/pp.117.3.1023
7. Schäfer, Е. Phytochrome-mediated photoperception and signal transduction in higher plants / E. Schäfer, C. Bowler // EMBO Rep. – 2002. − Vol. 3, N 11. – P. 1042–1048. https://doi.org/10.1093/embo-reports/kvf222
8. Chen, M. Phytochrome signaling mechanisms and the control of plant development / M. Chen, J. Chory // Trends Cell Biol. – 2007. − Vol. 21, N 11. – P. 664–671. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2011.07.002
9. Phototropism: Growing towards an understanding of plant movement / E. Liscum [et al.] // Plant Cell. – 2014. – Vol. 26, N 1. – P. 38–55. https://doi.org/10.1105/tpc.113.119727
10. Suetsugu, N. Evolution of three LOV blue light receptor families in green plants and photosynthetic stramenopiles: phototropin, ZTL/FKF1/LKP2 and aureochrome / N. Suetsugu, M. Wada // Plant Cell Physiol. – 2013. – Vol. 54, N 1. – P. 8–23. https://doi.org/10.1093/pcp/pcs165
11. Holland, J. J. Understanding phototropism: from Darwin to today / J. J. Holland, D. Roberts, E. Liscum // J. Exp. Bot. – 2009. – Vol. 60, N 7. – P. 1969–1978. https://doi.org/10.1093/jxb/erp113
12. Phototropins function in high-intensity blue light-induced hypocotyl phototropism in Arabidopsis by altering cytosolic calcium / Х. Zhao [et al.] // Plant Physiol. – 2013. – Vol. 162, N 3. – P. 1539–1551. https://doi.org/10.1104/pp.113.216556
13. Christie, J. M. Shoot phototropism in higher plants: New light through old concepts / J. M. Christie, A. S. Murphy // Am. J. Bot. − 2013. − Vol. 100, N 1. – P. 35–46. https://doi.org/10.3732/ajb.1200340
14. A combinatorial TIR1/AFB-Aux/IAA co-receptor system for differential sensing of auxin / L. I. Calderón-Villalobos [et al.] // Nat. Chem. Biol. – 2012. − Vol. 8. – P. 477–485 https://doi.org/10.1038/nchembio.926
15. A gradient of auxin and auxin-dependent transcription precedes tropic growth responses / C. A. Esmon [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. − 2006. − Vol. 103, N 1. – P. 236–241. https://doi.org/10.1073/pnas.0507127103
16. Su, S.-H. Gravity Signaling in Flowering Plant Roots / S.-H. Su, M. A. Keith, P. H. Masson // Plants (Basel). – 2020. – Vol. 9, N 10. – Art. 1290 https://doi.org/10.3390/plants9101290
17. Baldwin, K. L. Gravity sensing and signal transduction in vascular plant primary roots / K. L. Baldwin, A. K. Strohm, P. H. Masson // Am. J. Bot. – 2013. – Vol. 100, N 1. – P. 126–142. https://doi.org/10.3732/ajb.1200318
18. New insights into root gravitropic signaling / E. M. Sato [et al.] // J. Exp. Bot. – 2015. – Vol. 66, N 8. – P. 2155–2165. https://doi.org/10.1093/jxb/eru515
19. Gravity sensing, a largely misunderstood trigger of plant orientated growth / D. Lopez [et al.] // Front. Plant Sci. – 2014. – Vol. 5. – Art. 610. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00610
20. Critical consideration on the relationship between auxin transport and calcium transients in gravity perception of Arabidopsis seedlings / M. Toyota [et al.] // Plant Signal Behav. – 2008. – Vol. 3, N 8. – P. 521–524. https://doi.org/10.4161/psb.3.8.6339
21. Molecular mechanisms of gravity perception and signal transduction in plants / Y. S. Kolesnikov [et al.] // Protoplasma. – 2016. – Vol. 253, N 4. − P. 987–1004. https://doi.org/10.1007/s00709-015-0859-5
22. Arabidopsis AUX1 gene: A permease-like regulator of root gravitropism / M. J. Bennett [et al.] // Science. – 1996. – Vol. 273, N 5277. – P. 948–950. https://doi.org/10.1126/science.273.5277.948
23. Molecular mechanisms of root gravitropism / S.-H. Su [et al.] // Curr. Biol. – 2017. – Vol. 27, N 17. – P. R964–R972. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.07.015
24. The ARG1-LIKE2 (ARL2) gene of Arabidopsis thaliana functions in a gravity signal transduction pathway that is genetically distinct from the PGM path-way / C. Guan [et al.] // Plant Рhysiol. – 2003. – Vol. 133, N 1. – P. 100–112. https://doi.org/10.1104/pp.103.023358
25. A role for the TOC complex in Arabidopsis root gravitropism / J. P. Stanga [et al.] // Plant Physiol. – 2009. – Vol. 149, N 4. – P. 1896–1905. https://doi.org/10.1104/pp.109.135301
26. Strohm, A. K. A functional TOC complex contributes to gravitty signal transduction in Arabidopsis / A. K. Strohm, G. A. Barrett-Wilt, P. H. Masson // Front. Plant Sci. – 2014. – Vol. 5 – Art. 148. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00148
27. Polar recruitment of RLD by LAZY1-like protein during gravity signaling in root branch angle control / M. Furutani [et al.] // Nat. Commun. – 2020. – Vol. 11. – Art. 76. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13729-7
28. Brassinosteroid signaling delimits root gravitropism via sorting of the Arabidopsis PIN2 auxin transporter / K. Retzer [et al.] // Nat. Commun. – 2019. – Vol. 10. – Art. 5516. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13543-1
29. Суховеева, С. В. Гравиметрический анализ полисахаридного состава стебля томата на фоне действия гравитационного и фитогормонального сигналов / С. В. Суховеева, Е. М. Кабачевская, И. Д. Волотовский // Докл. НАН Беларуси. – 2022. – T. 66, № 3. – C. 310–320.
30. Сравнительный анализ структурно-функциональных изменений эндодермальных клеток черешков листьев томата после гравистимуляции и действия фитогормонов / С. В. Суховеева [и др.] // Докл. НАН Беларуси. – 2022. − T. 66, N 4. − C. 425–432.
Рецензия
Просмотров: 303
Послать статью по эл. почте 
