Жасмоновая кислота и ее метиловый эфир
После СК жасмоновая кислота (ЖАК) и ее метиловый эфир (Ме-ЖАК) являются наиболее реальными претендентами на участие в SAR. Однако до сих пор не установлено, являются ли они системными сигнальными молекулами либо внутриклеточными мессенджерами, а возможно, сочетают в себе обе функции.
стии жасмонатов в явлении SAR. Схема биогенеза жасмонатов представ- 325 лена в разделе «Трансдукция сигнала».
Интенсивные исследования последних лет существенно продвинули наши представления о физиологической роли и механизмах действия жасмонатов. Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что жасмонаты могут опосредовать протекание химических реакций, связанных со стрессоустойчивостью растений. Значительно меньше известно об их роли в индуцировании устойчивости растений к фитопатогенам.
Содержание ЖАК и Ме-ЖАК увеличивается после механического поранения растительных тканей, а также после обработки элиситорами суспензионной культуры клеток различных видов растений. Экзогенный жасмонат приводит к синтезу целого набора, так называемых «жасмонат-индуцируе- мых белков», обладающих видовой специфичностью. Среди них имеются ингибиторы протеиназ I и II, ингибитор трипсина, тионин, напин, круцефе- рин, некоторые запасные белки, фенилаланин-аммонийлиаза, халкон синтаза, липоксигеназа. Предшественники жасмонатов (например, 12-оксофито- диеновая кислота) проявляют даже большую активность в индуцировании белков, чем сами жасмонаты.
Для многих растений продемонстрировано индуцирование специфических полипептидов и белков под действием ЖАК, но лишь для некоторых из них выявлена функциональная активность. К настоящему времени определились две функции ЖАК-индуцируемых белков: это запасные белки, а также белки, участвующие в защите растительных тканей от болезней и стрессов (ингибиторы протеиназ и тионины).
Тионины являются функциональными аналогами ингибиторов протеиназ. Это низкомолекулярные полипептиды, имеющие около 45 аминокислотных остатков, обогащенные SH-группами. Тионины локализованы в клеточных стенках растений. Они токсичны для грибов и бактерий и, по- видимому, участвуют в защитных реакциях растений против фитопатогенов, поэтому некоторые сведения о них даны в главе 5 при описании фи- тоантципинов.
Высказано предположение, что жасмонаты являются интегральной частью системы передачи сигнала, регулирующего в растениях индукцию защитных генов (Gudlach et al., 1992). Считается, что жасмонаты могут действовать на этапе между элиситорно-рецепторным комплексом и экспрессий генов, кодирующих образование ферментов и белков, необходимых для защитных ответов.
Можно представить две возможности участия жасмонатов в индуцировании защитных генов: ЖАК и Ме-ЖАК могут сами являться элиситорами, индуцирующим
образование в растениях защитных соединений; жасмонаты, не индуцируя или слабо индуцируя реакции устойчивости, способны усиливать действие элиситоров.
Экзогенный Ме-ЖАК в концентрации КГ6-!О"5 М даже в отсутствии элиситоров индуцирует в суспензионной культуре клеток различных рас-
326 тений синтез вторичных метаболитов. Жасмонат и его предшественник 12-оксофитодиеновая кислота индуцировали различные ФА в культурах клеток более 30 видов растений. Вместе с тем у других видов растений экзогенно добавленный жасмонат не вызывал синтеза вторичных защитных метаболитов. Так, в суспензионной культуре петрушки Ме-ЖАК индуцировал лишь следы кумарина. Однако прединкубация суспензионной культуры с Ме-ЖАК повышала ее чувствительность к низким концентрациям биогенных элиситоров, приводя к усилению секреции кумарина, отложению фенолов в клеточных стенках и продукции активированного кислорода. Хотя Ме-ЖАК самостоятельно не индуцировал образование ришитина в картофеле, его присутствие усиливало ришитинобразующую активность низких концентраций арахидоновой кислоты и увеличивало некрозообра- зование клубней картофеля (Ильинская и др., 1997).
Недавно в листьях картофеля было обнаружено производное ЖАК — 12-(5-Р-Д-глюкопиранозил)-жасмонат. Это соединение является эндогенным
фактором клубнеобразования картофеля. Агликоновая часть гликозида получила название тубероновой кислоты (рис. 9.12).
Уровень эндогенного жасмоната быстро возрастает в пораненных тканях растений. А поскольку ЖАК способен транс- Рис. 9.12. Глюкозид портироваться по флоэме, предполагают,
тубероновой кислоты что именно жасмонаты могут быть меж
клеточными посыльными, осуществляющими передачу информации к неповрежденным клеткам. Для индуцирования высокого уровня ингибиторов протеиназ достаточно менее 1 нл Ме- ЖАК. Обработка листьев томатов предшественниками ЖАК (линоленовой и гидрооксипероксилиноленовой кислотами) индуцировали ингибиторы протеиназ. Структурно близкие соединения, которые тем не менее не являются предшественниками ЖАК, не индуцировали накопление ингибиторов протеиназ. Эти результаты, наряду с присутствием ЖАК во флоэме, подтверждают, что производные липидов могут выступать в качестве системным сигналов в растениях.
Ме-ЖАК участвует в передаче раневого сигнала через атмосферу, поскольку является летучим соединением при комнатной температуре. Неповрежденные растения томатов при выращивании в камере, содержащей летучую фракцию Ме-ЖАК, накапливали ингибиторы протеиназ в таких же количествах, как это имело место при поранении. Газообразный Ме-ЖАК, который конституционно выделяется растением полыни, индуцировал накопление ингибиторов протеиназ в листьях томатов, находящихся в той же камере. Ме-ЖАК оказывал системный эффект и на взаимодействие картофеля и возбудителя фитофтороза. Так, если диски клубней картофеля ин-
кубировали в камере, атмосфера которой была насыщена Ме-ЖАК, в них 327 индуцировались такие же защитные ответы, как и при локальном применении жасмонатов (Ильинская и др., 1997).
Летучесть Ме-ЖАК наряду с ее биологической активностью позволяет предположить, что он, подобно этилену, может осуществлять аллелопа- тическое взаимодействие между растениями или их органами.
Наряду с ингибиторами протеиназ жасмонаты способны активировать ряд ферментов: фенилаланин-аммиаклиазу, халконсинтазу, оксиметилглюта- рил-СоА-редуктазу и др. Жасмонаты являются активными элиситорами ли- поксигеназы в растительных тканях. Так, быструю экспрессию липоксигена- зы наблюдали в сое в результате поранения или обработки жасмонатами.
В дисках клубней картофеля, обработанных Ме-ЖАК, возрастала как сама липоксигеназа, так и ее мРНК. Более того, Ме-ЖАК приводил к возрастанию транскриптов липоксигеназы даже в анаэробных условиях, при которых механическое поранение не индуцировало активности этого фермента.
Одной из предполагаемых функций липоксигеназ в растениях является их участие в защитном ответе растительных тканей на атаку патогенов. Ингибиторы липоксигеназ подавляют фитофтороустойчивость клубней картофеля, способствуя тем самым распространению инфекции. Интересно, что Ме-ЖАК полностью снимал отрицательное действие ингибитора липоксигеназы, при этом развитие фитофтороза в тканях клубня картофеля оказалось даже ниже, чем в контрольном варианте.