Выделение гена - рецептора этилена

Генетические опыты показали, что у арабидоп­сиса за рецепторным белком ETR1 в системе пере­носа этиленового сигнала должен быть расположен белок CTR1, блокирующий в норме прохождение сигнала. Мутация по его гену ctr 1 приводит к морфо­логическим изменениям у арабидопсиса, которые могли бы возникнуть при постоянном включении этиленовой программы. Этот белок репрессирует этиленовые программы у дикого типа. Изучение первичной структуры (аминокислотной последо­вательности) белка CTR1 показало его принад­лежность к семейству широко распространенных у эукариот серин/треониновых протеинкиназ, уча­ствующих в так называемом МАР-киназном каска­де (МАР от англ. mitogen activated protein), в кото­ром последовательно одна киназа фосфорилирует другую и тем самым активирует ее для фосфорили­рования следующей протеинкиназы в цепи переда­чи сигнала на белки хроматина.

Таким образом установлено, что в передаче эти­ленового сигнала в клетках арабидопсиса принима­ют участие сигнальные системы как бактериального (гистидиновая протеинкиназа - ETR1 - рецептор этилена), так и эукариотического типа (репрессор передачи сигнала CTR1, серин\треониновая проте­инкиназа, относящаяся к МАР-киназному каскаду. Необходимы исследования для выяснения конкрет­ного взаимодействия в клетках этих регуляторных систем. Цепочка последующих этапов передачи этиленового сигнала еще не изучена. Она может быть достаточно сложной и включать в себя, напри­мер, так называемые G-белки, что показано в лабо­ратории М. Холла. Эти белки при соединяют к себе GTP (гуанозинтрифосфат) и в результате приобре­тают способность к передаче сигналов от одного белка к другому.

Известно, что в конечном счете этилен включает определенные генетические программы, обеспечи­вающие специфический ответ на него растения. Например, индукция этиленом защитных реакций растений на патоген включает в себя активацию ге­нов 1,3-глюканазы, щелочной хитиназы, PR-­белков, халкон-синтазы и богатых оксипролином гликопротеинов. Этого не происходит у нечувстви­тельных к этилену мутантов. В настоящее время не­сколько этилениндуцируемых генов хорошо изуче­ны и найдены регуляторные элементы (РЭ) в ДНК их промоторов, которые ответственны за включение генов этиленом. Эти РЭ имеют общие нуклеотид­ные последовательности у разных этилензависимых генов. Обнаружены белки, способные узнавать РЭ этилениндуцируемых генов, представляющие со­бой, по-видимому, трансфакторы, взаимодействие которых с РЭ включает гены. В этих белках имеется общая аминокислотная последовательность (59 ами­нокислотных остатков), обеспечивающая их связы­вание с ДНк. Допускают, что эти белки могут быть мишенью для рассмотренного выше сигнального каскада, хотя это еще необходимо доказать. Поэто­му на схеме, суммирующей все приведенные све­дения о возможном механизме действия этилена, стрелки, идущие к трансфакторам, показаны пунк­тиром (рис. 4). В основу представленной схемы по­ложена одна из гипотез. Бликера [4]. Исследования механизма действия этилена развиваются настолько быстро, что нет сомнения в том, что в ближайшее время будет выяснена вся цепь событий от взаимо­действия этилена с его рецептором до включения этилениндуцируемых генетических программ.

Рис. 4.

Гипотетическая схема передачи этилено­вого сигнала у растений. ЕТА1 - димерный белок рецептора этилена; СТА - блокатор этиленовой программы, который инактивируется сигналом с ЕТА 1. Пунктиром показана предполагаемая пере­дача сигнала на трансфакторы, которые в резуль­тате этого приобретают способность взаимодей­ствовать с регуляторными элементами этиленза­висимых генов и вследствие этого включать их активность.

Достигнутый на Arabldopsis thaliaпa прогресс в изучении этиленового рецептора и его гена позво­лил выделить соответствующий ген из генома тома­тов и синтезировать в дрожжевой системе закоди­рованный в нем белок со свойствами рецептора этилена (Х. Клей). Этот белок ТАЕ1 организован по тому же принципу, что и ETR1 у арабидопсиса. Кро­ме того, у томатов выделены другие гены, гомологичные etr 1 арабидопсиса, но имеющие определен­ные отличия от него (Х. Клей). Исследования на арабидопсисе и томатах показали, что, по-видимо­му, рецепторы этилена кодируются мультигенным семейством, отдельные гены которого по-разному экспрессируются в ходе роста и развития растений.

Цель работы:

изучить воздействие этилена на растение.

Для своей работы я выбрал растение под названием Эхмея полосатая Aechmea fasciata, так как на примере этого растения легко и просто можно доказать действие газа этилена на жизнь растения.