Хитиназы и глюканазы

Известно большое число растительных белков, способных в условиях in vitro подавлять рост грибов. Неизвестно, однако, какая часть из этих белков реально включена в защитные процессы, возникающие в растении в ответ на грибную инфекцию.

Тем не менее, появившаяся возможность изучения экспрессии отдельных генов в растении позволяет с одной стороны исследовать роль этих белков в иммунитете растений, а с другой стороны использовать антигрибные белки в создании трансгенных растений с повышенной устойчивостью к грибным болезням.
Наиболее известными антигрибными белками являются хитиназы и Р-1,3-глюканазы. Эти ферменты катализируют гидролиз соответственно хитина и Р-1,3-глюкана — основных компонентов клеточной стенки большинства грибов. Известно 4 класса (I—IV) растительных эндохитиназ. Из них, по крайней мере, 3 найдены в тканях табака. Из различных видов растений выделено три основных класса Р-1,3-эндоглюканаз. Ферменты, относящиеся к классу гидролаз, локализованы в растительных вакуолях и являются потенциальными ингибиторами роста многих грибов. Отмечен ярко выраженный синергизм хитиназ и Р-1,3-глюканаз I класса, т. е. при смешивании разбавленных растворов гидролаз, каждый из которых не обладал фунгитоксич- ностью, получается смесь, активно блокирующая рост грибов. Гидролазы класса локализованы на внешней стороне клеточной мембраны и не обладают антигрибными свойствами.
Перенос гена вакуолярной хитиназы фасоли был осуществлен в геном табака и рапса. Экспрессия этого гена контролировалась конститутивным 35S — промотором ВМЦК. Результатом экспрессии гена хитиназы была частичная устойчивость трансгенных растений к возбудителю ризоктонио- за Rhizoctonia solani. В этом случае с помощью цитохимических методов было показано, что механизм защиты обусловлен лизисом грибных гиф, внедренных в ткани растения-хозяина. В аналогичных экспериментах конститутивная экспрессия гена Р-1,3-глюканазы из сои в клетках табака также

индуцировала частичную устойчивость трансгена к R. solani. Анализ механизмов устойчивости в данном случае показал способность трансгенных растений более энергично высвобождать глюкановые фрагменты клеточных мембран, обладающих элиситорной активностью.
Таким образом, экспрессия генов хитиназы и глюканазы повышает устойчивость трансгенных растений к грибным патогенам, но механизм защиты в том и в другом случае различен. Учитывая обнаруженный в опытах in vitro синергизм действия этих ферментов, была разработана экспериментальная схема совмещения двух целевых генов в одном трансгене.
В качестве целевых генов использовались: ген RCH10 риса, кодирующий щелочную хитиназу и ген AGLU1 люцерны, кодирующий кислую Р-1,3-глюканазу (рис.

14.6). Экспрессия обоих генов активно индуцируется в ответ на механические повреждения растительной ткани, либо под действием микробных элиситоров или в ответ на внедрение инфекции. Для корректного сравнения защитного эффекта экспрессии отдельных генов и совместной экспрессии обоих целевых генов была использована схема, согласно которой каждая из генно-инженерных конструкций вводилась в отдельные растения табака. Определялась степень устойчивости монотрансгенов к одному и тому же патогену. Затем были получены половые гибриды между монотрансгенами и определялась устойчивость гибридов, несущих оба целевых гена.
При тестировании монотрансгенов на устойчивость к С. nicotianae в обоих случаях отмечалось повышение устойчивости трансгенов по сравнению с исходными нетрансгенными линиями табака. Устойчивость гибридов, полученных от скрещивания монотрансгенов, оказалась значительно выше устойчивости родительских монотрансгенов. Механизм защиты у гибридов носил сложный характер и выражался в задержке появления пер-

494 вых видимых симптомов и последующем снижении как количества инфекционных пятен, так и среднего размера этих пятен.
При искусственной инокуляции конидиями С. nicotianae степень развития болезни у гетерозиготных Т2-гибридов была достоверно ниже по сравнению с гомозиготными линиями табака, несущими по одному из целевых генов. Комбинация In хитиназы и In Р-1,3-глюканазы оказалась более эффективной по сравнению с монотрансгенами, несущими двойные дозы целевых генов (соответственно, 2п хитиназы или 2п 1,3-глюканазы).
Высокая степень защиты при комбинировании генов RCH10 хитиназы и AGLU1 глюканазы была также обнаружена при инокуляции гибридных трансгенных Табаков возбудителем листовой пятнистости Thanatephorus си- cumeris (базидиальная стадия Rhizoctonia solani). Комбинация этих двух генов, по-видимому, придает трансгенному растению устойчивость к широкому спектру грибных болезней. Это подтвердилось на модели трансгенных томатов, в геном которых были интродуцированы по два тандемно расположенных генов хитиназы и глюканазы. Экспрессия такой комбинации генов приводила к устойчивости трансгенных томатов к Fusarium oxysporum.
Синергизм действия конститутивно экспрессируемых генов хитиназы и глюканазы обусловлен, по-видимому, двойным действием этих ферментов: разрушением клеточной стенки грибного патогена и высвобождением из клеточных мембран фрагментов хитиновой и глюкановой природы, обладающих элиситорной активностью.

<< | >>

Источник: Под ред. Ю. Т. Дьякова. Фундаментальная фитопатология. 2011

Еще по теме Хитиназы и глюканазы:

- Агрохимия и агропочвоведение - Животноводство и промыслы - Защита растений - Земледелие - Овощеводство - Плодоводство - Пчеловодство - Растениеводство - Сад и огород - Селекция и семеноводство с/х культур - Сельскохозяйственные мелиорации -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -