Ипритка растение: ядовитое растение на Курилах. ПоискПути

Содержание

ядовитое растение на Курилах. ПоискПути

Опасные растения Сахалина Курильских островов: как распознать, что делать, если произошел контакт. В какое время года Ипритка наиболее опасна. Первая помощь пострадавшему.

Походы на Сахалине таят в себе много чудесного и незабываемого. Этот край славится горячими ключами, минеральными источниками, озерами, водопадами, горными вершинами и другими достопримечательностями. Природа острова преподносит немало сюрпризов. К сожалению, не все они приятные.

Одним из таких моментов, способных испортить впечатление от путешествия, являются ядовитые растения Сахалина. В их числе бешеница, багульник, дымянка. Также опасность представляет Ипритка. На нее следует любоваться издалека, не прикасаясь руками. В определенные периоды лучше вообще не подходить. Иначе последствия могут быть плачевными.

Перед тем, как отправиться на остров, нужно хотя бы минимально изучить его флору. Зачастую во время прохождения маршрута туристы увлекаются яркостью и необычностью некоторых кустарников и трав. Ипритка, безусловно, обращает на себя внимание. Его крупные красно-зеленые листья выглядят вполне безобидно. Как нетрудно догадаться, впечатление обманчиво. Ипритка восточная получила распространение в Японии и Китае. По всей вероятности, оттуда ее завезли в нашу страну. В России растение встречается на Сахалине и Курильских островах, в частности, на Кунашире. Там ядовитая флора имеет две формы – лиан и стелющегося кустарника. На Шикотане ипритка имеет вид зарослей кустарника.

Официальное название растения — «токсикодендрон». В переводе с греческого это значит ядовитое дерево. Жители тех мест, где оно встречается, чаще применяют наименование ипритка. Также его окрестили ядовитым плющом. Это связано с внешним сходством. Отличие составляют размеры «вредного собрата». Листья имеют в длину до 45 сантиметров. Сами они имеют характерное строение – тройчатосложное. В высоту ипритка достигает 8 метров.

Эксперты не рекомендуют касаться никаких растений, похожих на плющ. Особенно это касается токсикодендрона. В противном случае кожа краснеет, появляются ожоги вплоть до волдырей. Пузыри, наполненные желтоватой жидкостью. Со временем они не проходят, а становятся язвами. Такие раны заживают очень долго. При этом они постоянно зудят и чешутся. Эффективное лекарство против этого медицина еще не знает.

Растение ипритка прекрасно защитилось от нападок представителей животного мира. В древесине побегов множество танинов. Из-за них звери не употребляют ядовитый плющ в пищу.

Летом идет цветение. В этот период категорически не рекомендуется подходить близко. В противном случае ветер может занести пыльцу в глаза или легкие. Осенью находиться рядом с иприткой тоже не желательно. Листья выделяют ядовитые вещества, которые разносят воздушные потоки. Их действие для каждого человека индивидуально. Бывает, что даже короткое взаимодействие приводит к дерматозам и аллергическим удушьям. Хотя некоторым везет, и они обходятся без негативных последствий.

Жители Сахалина и Курил выявили определенную закономерность. Чем дольше контакт с иприткой, тем сильнее она влияет на организм. Даже если поначалу у людей не наблюдалось реакции на ядовитый плющ, после постоянных походов в лес появляются болезненные проявления. Чаще всего они выражаются в раздражениях кожи и слизистых оболочек, сильном зуде. Получается, что постепенно развивается уязвимость от токсикодендрона.

Как избежать неприятных последствий

Основное правило в походе – не трогать руками незнакомые растения. Особенно это касается местности, куда путешественники приезжают впервые. Разумеется, в такой ситуации сложно выучить всех представителей флоры. Достаточно иметь представление, как выглядят ядовитые виды.

Если контакт все же произошел, есть несколько способов уменьшить неприятные ощущения. Полностью от них избавиться невозможно, так как лекарства от отравления иприткой не существует. На время снизить негативные последствия поможет разбавленный уксус, бензин или разведенный водой спирт. Этими жидкостями нужно протирать поврежденное место, тем самым удаляя яд с поверхности.

Еще одним способом называют промывание кожи морской водой. Это следует делать сразу же после контакта с растением. В полевых условиях указанные вещества не всегда под рукой. В таком случае выручит белая зубная паста. Ее необходимо нанести на рану. Средство позволит временно уменьшить зуд и жжение.

Даже самое вредное растение может быть полезным. Например, ипритка содержит химические вещества, которые извлекают и применяют при дублении. Кроме того, токсикодендрон используют в гомеопатии и народной медицине. Если же путешественник не преследует какую-либо из указанных целей, лучше просто держаться от ядовитого плюща подальше.

Ядовитый плющ в самом центре Южно-Курильска угрожает здоровью людей

Одно из самых ядовитых растений Курил — ипритка восточная (Toxicodendron orietale – Rhus orientalis) вьется по стене жилого дома в центре Южно-Курильска.  Оно опасно для людей, вызывает ожоги и болезненные язвы разной степени, сильный зуд и жжение, сообщиает ИА SakhalinMedia со ссылкой на информацию государственного природного заповедника «Курильский». 

Вряд ли на Кунашире есть человек, который не слышал об ипритке (она же Сумах восточный или Токсикодендрон восточный). Большинство с ней встречались, и многие не без печальных последствий. К сожалению, не все жители и гости острова знают, чем опасно это красивое растение и что у нашей медицины нет эффективного средства против кожных раздражений, вызванных им. Возможно, жильцы дома №7 на улице Мира не в курсе, что их сосед — ипритка, или просто не осознают всей степени риска. Возможно, некоторые из них регулярно страдают от аллергических реакций, вызванных сумахом, но даже не подозревают, что виновник беды под боком – его побеги тянутся прямо к форточке одного из окон. Очевидно, что  в общественных местах поселка должны висеть плакаты с фотографией сумаха и предупреждением о том, что в местной флоре встречаются ядовитые растения. 

Ядовитый плющ. Фото: заповедник «Курильский»

Ипритка восточная распространена в Японии и Китае. В нашей стране ее можно встретить на Сахалине, Курильских островах. На острове Кунашир ипритку восточную можно встретить в двух формах — стелющийся кустарник и лиана. На Шикотане сумах широко распространен в виде высоких кустарниковых зарослей. Листья у сумаха характерные, тройчатосложные. 

Древесина побегов сумаха содержит большое количество танинов, которые препятствуют поеданию животными этих растений. Но этим ипритка не ограничилась. 

Листья и кора содержат ядовитое вещество токсикодендрол. Летом, когда сумах зацветает, опасно близко подходить к растению, так как пыльца, рассеиваясь с ветром и попадая на кожу, в глаза, легкие, вызывает дерматиты, аллергические реакции. Летом и осенью долго находиться возле растения не желательно, так как листья его могут выделять летучие ядовитые вещества.

Примечательно, что действие этих веществ весьма индивидуально: на некоторых людей они не оказывают никакого действия, на других — даже при кратком контакте действие весьма негативно — от дерматозов до аллергического удушья. Причем по наблюдениям местных жителей, чем более длительное время человек находится в контакте с растением, тем он становиться уязвимее. По прошествии нескольких лет при постоянном выходе в лес ранее не подверженный реакции на ипритку человек вдруг начинает замечать у себя болезненные проявления. Одна из наиболее частых неприятностей — кожные раздражения, сопровождаемые сильным зудом, жжение слизистых и кожи. 

Панацеи от этого нет. Выручают кислые воды курильских ванночек, да разбавленный уксус, рекомендуется также удалять яд с кожи, протирая водно-спиртовой смесью или бензином. Однако лучше сразу после контакта с иприткой хорошо промыть кожу морской водой. Из подручных средств может пригодиться белая зубная паста, которую в полевых условиях можно наносить на поврежденное место, чтобы на время уменьшить зуд.

Справедливости ради надо отметить, что это растение помимо вреда приносит и пользу. Химические вещества, извлекаемые из ипритки, используются при дублении, в народной медицине и гомеопатии. 

ИА SakhalinMedia напоминает читателям, что свои фото и видео с места события вы можете присылать в редакцию на электронный ящик [email protected] или на номер +7924-253-2288 в viber и What’s App. Теперь вы сами решаете, что достойно стать новостью! Автора укажем обязательно!

Ипритка, белоножка и медведи. Что нужно знать, если вы собрались на Курилы | Vasilina_travel

Курильские острова прекрасны и манят своей красотой многих путешественников. Но, если вы собрались на Курилы, важно знать и о том, что может доставить вам неприятности. На островах я живу 4 года, поэтому делюсь с вами полезными советами.

Остров Итуруп, Курилы

Остров Итуруп, Курилы

Собрались на Курилы — не забудьте солнцезащитный крем.

У нас очень активное солнце, сопоставимо с солнечной активностью в Австралии. До другого континента по градусам нам конечно далеко. Средняя температура летом около 17 градусов, но в если день солнечный и ясный, то по ощущениям около 30 градусов. Ко всему прочему рядом море и океан, все это усиливает возможность поджариться на солнце. Ну, а если вы собрались на морскую прогулку или решили совершить восхождение на вулкан, то крем необходим.

Лето на Итурупе

Лето на Итурупе

Здесь растет очень опасное растение — ипритка или токсикодендрон.

Так называют его люди, по аналогии с ядовитым газом иприт. Листья этого растения тоже выделяют яд. Чем-то ипритка похоже на плющ, поэтому я бы вам рекомендовала обходить похожие растения стороной. В период цветения может распылять ядовитую пыльцу. Вьется, как лиана и растет, как кустарник. На туристических маршрутах ее нет, тем более если вы путешествуете с гидом, он всегда подскажет. А вот если вы самостоятельно путешествуете по острову в нехоженых местах, будьте аккуратны.

Фото из интернета

Фото из интернета

На Курилах обитает белоножка.

Это такая кусачая мошка. Место укуса очень чешется и зудит. У некоторых людей бывают сильные аллергические реакции. Мы не пользуемся средствами защиты и аллергии у нас нет. Но, если вы соберетесь в пеший поход по островам, позаботьтесь об этом. Не забудьте средства защиты и крем после укусов.

Планируете восхождение на вулкан — берите перчатки.

Так легче хвататься за камни при подъеме и спуске.

Вулкан Баранского

Вулкан Баранского

Не забудьте сменную одежду.

Желательно не промокаемую и не продуваемую. Дожди и сильные ветра здесь довольно часто.

Ну и конечно, не забываем про медведей.

Они есть и будут на островах. Кроме Шикотана, там их нет. Не пугайте медведя, обходите его стороной, громко разговаривайте и шумите, чтоб избежать встречи с ним. А в идеале берите гида с ружьем.

Медведь на Итурупе

Медведь на Итурупе

Приятного вам путешествия по Сахалину и Курильским островам, надеюсь было полезно.

Ставьте лайк и подписывайтесь на мой канал в дзене и блог в инстаграме @vasilina_travel. Я расскажу про жизнь на краю света на о. Итуруп и интересные места из путешествий по России. А еще организую для вас незабываемый тур на остров. Будет интересно, обещаю.
Спасибо!
  • Сколько стоит путешествие мечты. Бюджет поездки на о. Итуруп
  • Самое красивое место в России. Итуруп — остров на краю земли

Руками не трогать: ядовитые растения Дальнего Востока

Фото: wikipedia.org/Kristian Peters

Отправляясь отдыхать в любое место, максимально изучите его природу. Нет, на предмет медведей можно не переживать, опасность нужно искать ближе — в растениях. Дети и взрослые очень любят хватать руками то, что привлекает своей яркостью, красотой и необычностью. TVR рассказал, чем это грозит. Показываем те растения, которые трогать не стоит.

Ипритка

Учеными зовется «токсикодендрон», в быту же прижились названия «ипритка» или «ядовитый плющ». Внешне — самое обычное растение, но отличить его от простого плюща нетрудно. Листья у ипритки достигают длины 45 сантиметров, высота может достигать восьми метров. В принципе любое растение, напоминающее плющ, хватать руками не стоит. Особенно если вы не знаете тот район, в котором отдыхаете.

Коснувшись ипритки, вы можете заработать себе серьезные проблемы: покраснения, ожоги с волдырями, пузыри с желтой жидкостью, которые со временем превращаются в долго заживающие язвы.

Бешеница

Она же — вёх ядовитый. Вы наверняка видели это растение, так как встречается оно повсеместно. Но если вы в отпуске с детьми, то следите внимательно, чтобы они не сорвали цветок растения и не съели его. Вёх чем-то напоминает цветущий укроп, только другого цвета, так что будьте внимательны! Последствия опасны — 50 граммов корневища вёха убивают овцу. У человека же начинаются тошнота, рвота, боль в животе, паралич. Летальный исход возможен.

Само растение содержит яд цикутол, он же — цикута. Помните историю про Сократа?

Багульник болотный

Это растение не так опасно, как предыдущие, но также может принести немало неприятных минут. Вообще багульник используют в медицине и парфюмерии, но там это делается под присмотром специалистов. Тут стоит помнить старый как мир закон: яд в малых дозах может быть лекарством, но лекарство в больших дозах — ядом. Обладаем инсектицидными свойствами. Вспомните, почему вы боитесь есть обработанные «химией» растения? Вот-вот. Смерти от растения не будет, но приятного, как мы уже говорили, мало.

Дымянка лекарственная

Тут действует все тот же принцип о ядовитости. Дымянка имеет огромное количество названий, так что не удивляйтесь, если, показав цветок местному жителю, услышите слова «ковыльник», «грудянка», «аломатник» или «рутка». Как ты опасное растение ни назови, свойств от этого оно не изменит. Лечат дымянкой некоторые болезни сердца, желудка и кожные заболевания. Но вы ведь понимаете, что этим лечением занимаются люди, получившие образование в этой теме? Если вы не фармацевт — не трогайте, не ешьте и другим не советуйте. Чревато.

Помните: хороший отдых — безопасный отдых.

Токсикодендрон восточный — PROSAKHALIN

Цветущие растения Сахалина и Курил Владимир Чуйко

Токсикодендрон восточный

Токсикодендрон восточный, или Ипритка восточная, о. Итуруп. Фото Ольга Куликова

Токсикодендрон восточный, или Ипритка восточная – листопадный стелящийся кустарник со слабо приподнимающимися или лазящими стволиками семейства Анакардиевые. Общее распространение Сахалин, Южные Курилы (Кунашир, Итуруп. Шикотан), Японо-Китайский район. Побеги тонкие, светло-коричневые, рассеяно-рыжеволосистые.

Листья тройчатосложные черешки 4-6 см длиной. Боковые листочки 8-12 см длиной и 5-9 см шириной, яйцевидно-эллиптические, неравнобокие, острые, приострённые, реже тупые, в основании ширококлиновидные, цельнокрайные, сверху ярко-зелёные, голые, с низу сизовато-зелёные, по жилкам волосистые, или голые. Соцветия пазушные сложные кисти 7-12 см длиной (вместе с цветоносом). Цветоножки 1-2 мм длиной, слабоволосистые, или почти голые. Цветки пятичленные зеленовато-белые. Чашелистики 1-1,5 мм длиной треугольно-ланцетные, голые. Лепестки 2-4 мм длиной, продолговатые.

Плоды 4-5, мм длиной, сплюснутые, яйцевидные, или шаровидные, почти белые, с 10 продольными чёрными жилками, часто остаются на побегах до следующего года.

P.S. На заметку путешественнику.

Испортить впечатление от путешествия, могут ядовитые растения наших островов. В их числе бешеница, багульник, дымянка. Также опасность представляет Ипритка. На нее следует любоваться издалека, не прикасаясь руками. В определенные периоды лучше вообще не подходить. Иначе последствия могут быть плачевными.

Перед тем, как отправиться на остров, нужно хотя бы минимально изучить его флору. Зачастую во время прохождения маршрута туристы увлекаются яркостью и необычностью некоторых кустарников и трав. Ипритка, безусловно, обращает на себя внимание. Его крупные красно-зеленые листья выглядят вполне безобидно. Как нетрудно догадаться, впечатление обманчиво. Ипритка восточная получила распространение в Японии и Китае. По всей вероятности, оттуда ее завезли в нашу страну. В России растение встречается на Сахалине и Курильских островах, в частности, на Кунашире. Там ядовитая флора имеет две формы – лиан и стелющегося кустарника. На Шикотане ипритка имеет вид зарослей кустарника.

Официальное название растения — «токсикодендрон». В переводе с греческого это значит ядовитое дерево. Жители тех мест, где оно встречается, чаще применяют наименование ипритка. Также его окрестили ядовитым плющом. Это связано с внешним сходством. Отличие составляют размеры «вредного собрата». Листья имеют в длину до 45 сантиметров. Сами они имеют характерное строение – тройчатосложное. В высоту ипритка достигает 8 метров.

Эксперты не рекомендуют касаться никаких растений, похожих на плющ. Особенно это касается токсикодендрона. В противном случае кожа краснеет, появляются ожоги вплоть до волдырей. Пузыри, наполненные желтоватой жидкостью. Со временем они не проходят, а становятся язвами. Такие раны заживают очень долго. При этом они постоянно зудят и чешутся. Эффективное лекарство против этого медицина еще не знает.

Растение ипритка прекрасно защитилось от нападок представителей животного мира. В древесине побегов множество танинов. Из-за них звери не употребляют ядовитый плющ в пищу.

Летом идет цветение. В этот период категорически не рекомендуется подходить близко. В противном случае ветер может занести пыльцу в глаза или легкие. Осенью находиться рядом с иприткой тоже не желательно. Листья выделяют ядовитые вещества, которые разносят воздушные потоки. Их действие для каждого человека индивидуально. Бывает, что даже короткое взаимодействие приводит к дерматозам и аллергическим удушьям. Хотя некоторым везет, и они обходятся без негативных последствий.

Жители Сахалина и Курил выявили определенную закономерность. Чем дольше контакт с иприткой, тем сильнее она влияет на организм. Даже если поначалу у людей не наблюдалось реакции на ядовитый плющ, после постоянных походов в лес появляются болезненные проявления. Чаще всего они выражаются в раздражениях кожи и слизистых оболочек, сильном зуде. Получается, что постепенно развивается уязвимость от токсикодендрона.

Основное правило в походе – не трогать руками незнакомые растения. Особенно это касается местности, куда путешественники приезжают впервые. Разумеется, в такой ситуации сложно выучить всех представителей флоры. Достаточно иметь представление, как выглядят ядовитые виды.

Если контакт все же произошел, есть несколько способов уменьшить неприятные ощущения. Полностью от них избавиться невозможно, так как лекарства от отравления иприткой не существует. На время снизить негативные последствия поможет разбавленный уксус, бензин или разведенный водой спирт. Этими жидкостями нужно протирать поврежденное место, тем самым удаляя яд с поверхности.

Еще одним способом называют промывание кожи морской водой. Это следует делать сразу же после контакта с растением. В полевых условиях указанные вещества не всегда под рукой. В таком случае выручит белая зубная паста. Ее необходимо нанести на рану. Средство позволит временно уменьшить зуд и жжение.

ЯДОВИТЫЕ РАСТЕНИЯ ШИКОТАНА | План-конспект урока (младшая группа):

ЯДОВИТЫЕ РАСТЕНИЯ ШИКОТАНА

(младшая группа)

Цель: учить детей не трогать незнакомые растения в лесу, дать знания о том, что некоторые растения опасны для человека.

Предварительная работа: беседа о растениях в лесу, рассматривание иллюстраций.

Словарная работа: ядовитые растения.

Материалы и оборудование: презентация «Ядовитые растения Шикотана»

Ход занятия

Педагог загадывает детям загадку и показывает иллюстрации.

Воспитатель: Высится трава как лес, Мощный, словно Геркулес. Трогать, нам его не стоит — Он коварно козни строит. Сок его совсем не жгучий. С ним контакт – несчастный случай. Сильный солнечный ожог — Обеспечит как итог. С ним ни каши, ни борща, Не наваришь сообща. Вынесен ему вердикт – Ядовитый.

     (Борьщевик).

Воспитатель (рассказывает детям): Наш остров богат разнообразной флорой. В лесах Шикотана очень много разных красивых растений. Не все они полезны человеку. Отправляясь в лес с родителями, нужно знать о некоторых ядовитых растениях. Что бы получить неприятные последствия.

Вот одно из распространенных растений на Шикотане – ипритка. Или по научному  Токсикодендрон, или Сумах.  (Слайд 1)

Ипритка вызывает сильные ожоги на коже. При попадании на кожу иприта (боевого отравляющего вещества) вначале ничего не происходит. Только через несколько часов появляется покраснение, затем мелкие пузыри, наполненные желтой прозрачной жидкостью. Через 2 — 3 дня они сливаются и лопаются, образуется язва, которая заживет в лучшем случае через месяц. Человек, переболевший иприткой, подтвердит: картина, что называется, один к одному. Иприт действует в виде капель и пара, Сумах – точно так же, иногда достаточно пройти недалеко от его зарослей, чтобы появился ожог. При прямом контакте с ветками и листьями болезнь развивается очень быстро. Конечно, раны от иприта намного страшнее, чем от его коварной сестрицы, но, если срочно не принять меры, они тоже могут надолго испортить нашу жизнь.(Слайд 3).

Итак, теперь мы знаем как выглядит ядовитое растение – Ипритка, и почему его стоит избегать!

Давайте познакомимся с вами с еще одним ядовитым растением, которое растет не только в лесу, ну и в поселке и городах. Это борьщевик. (Слайд 4)

Вы наверное видели красивые большие растения, с огромными зонтиками и большими листьями? Так вот, это борьщевик. Он тоже вызывает ожоги на коже у человека. Его сок очень ядовитый.

Борщевик является многолетним, ядовитым растением. У него полый и ребристый стебель, способный вырастать до 3 метров. Сам ствол полностью покрыт волосками, а все ветви расположены в верхней части растения. Борщевик имеет слабый запах с пряными оттенками, мощную развитую корневую систему и крупные листья иногда превышающие 50 см в длину.

Во время цветения борщевик особенно опасен. Сок растения, попадая на открытые участки кожи, повышает её восприимчивость к солнечным лучам, под их воздействием появляются ожоги, а затем и волдыри. Огромную угрозу борщевик представляет для людей, подверженных аллергическим заболеваниям, реакция может быть самой непредсказуемой.

Вот  приерно как выглядят ожоги от борьщевика (Слайд 6)

Запомните правила поведение в лесу:

Если увидишь незнакомое растение с яркими плодами или листьми, не спеши его срывать: оно может быть ядовито.

Нельзя жевать первую попавшуюся травинку.

Придя с прогулки из леса, обязательно вымой руки.

Оригинальные растения Сахалинa и Курил

Оригинальные растения Сахалинa и Курил  

Бамбучник курильский Sasa kurilensis (Rupr.) Makino et Schibata

Кедровый стланик, «обезьянья тропа» Pinus pumila (Pall.) Rgl.

Наиболее выделяются мощные кур. тины белокопытника, медвежьей дудки, гречихи и крестовника.Белокопытник японский Petasites japonicus (Siebold et Zucc.) Maxim.

Медвежья дудка, дудник медвежий Angelica ursina (Rupr.) Maxim.

Горец, гречиха сахалинская Polygonum sachalinense Fr. Schmidt

Горец, гречиха Вейриха Polygonum weyrichii Fr. Schmidt

Крестовник коноплеволистный (с белокопытником) Senecio cannabifolius Less.

Bесной одними из первых появляются представители семейства ароидных белокрыльника камчатского на фоне прошлогодней пожухлой листвы.

Симплокарпус почколистный Symplocarpus renifolius Schott

Ветреница Радде Anemone raddeana Regel

Калужница дудчатая Caltha fistulosa Schipcz.

Двулистник Грея Diphylleia grayi Fr.Schmidt — редкое реликтовое растение с красивыми цветками, ягодовидными тёмно-синими плодами, необычными по очертанию листьями и необыкновенным цепочковидным корневищем, состоящим из крупных округлых звеньев — следов годичных побегов. Тип ареала — островной

Двулистник Грея Diphylleia grayi Fr.Schmidt

Trillium camtschatcense Ker-Gawl.Сплошные ковры образует оригинальный триллиум камчатский с большим тройчатым цветком и тремя широкоовальными листьями, собранными в мутовку. Многочисленные представители этого рода произрастают в Северной Америке и называются «лесными лилиями».

Лилия Глена Lilium glehnii Fr. Schmidt- гигантская лилия Глена достигаeт двухметровой высоты. Сильный аромат крупных цветков чувствуется на расстоянии. Островной тип распространения. Довольно редко попадается кандык японский с грациозным нежным цветком, напоминающим цикламен. Островной ареал.

Кандык японский Erythronium japonicum Decne

Итуруп, лиственницы

Клинтония удская Clintonia udensis Trautv. et Mey. B тёмнохвойном лесу нельзя не заметить красивую клинтонию удскую с великолепными кистями «фарфоровых» цветков. Декоративны также её тёмно-синие ягодообразные плоды.

Красника, «клоповка», вакциниум выдающийся Vaccinium praestans Lamb.B массе растeт на лесных гарях. Oна является «изюминкой» сахалинских ягодных «плантаций», отличается замечательным, ни на что не похожим вкусом.

Страусник восточный Matteuccia orientalis (Hook.) Trev.Пышно разрастается по склонам ручьев высокий страусник восточный (островного ареала).

Плагиогирия Матсумуры Plagiogyria matsumurana Makino.Pедка плагиогирия Матсумуры (Итуруп, Уруп, Япония) с блестящими кожистыми листьями. Она прячется от непогоды под покровом бамбучника, занимая его окраины.

Чистоус японский Osmunda japonica ThunbPедкий чистоус японский островного ареала. .

Чистоус азиатский Osmunda asiatica (Fern.) Ohwi -чистоус азиатский обычен на Сахалине.

Адиантум стоповидный Adianthum pedatum L.(справа) вместе с чистоусом японским и страусником восточным.Выделяется своей декоративностью адиантум стоповидный — ажурный изящный папоротник с нежными вееровидными листьями.

Листовик японский Phyllitis japonica Kom.Необычнeн по облику папоротник листовик японский, с совсем не рассеченными линейными листьями.

Кониограмма средняя Coniogramme intermedia Hieron — папоротник кониограмма средняя.

Рододендрон короткоплодный Rhododendron brachicarpum D. Don Поражает своим размером очень редкий рододендрон короткоплодный, достигающий трехметровой высоты, с эффектными крупными цветками на Итурупе близ вулкана Атсонупури в совершенно уникальном месте — пихтовом лесу — среди заросших потоков лавы, создавших причудливые глыбы, гроты и каньoны. Там же много редких орхидей.

Рододендрон камчатский Rhododendron camtschaticum Pall. Oбычeн в высокогорьях

Рододендрон золотистый Rhododendron aureum Georgi Oбычeн в высокогорьях

Гортензия метельчатая Hydrangea paniculata Siebold -до 5 м кустарник с множеством крупных белых соцветий.

Гортензия черешчатая Hydrangea petiolaris Siebold et Zucc.— одна из самых декоративных лиан умеренного пояса. Эта деревянистая лазящая лиана прикрепляется тонкими воздушными корешками-присосками к деревьям — гортензии — островного типа распространения

Рус, сумах сомнительный, «ипритка» Rhus ambigua Lav. ex Dipp

Рус, сумах сомнительный, «ипритка» Rhus ambigua Lav. ex Dipp. Cумах сомнительный — деревянистая лиана или прямостоящий кустарник до 2-х метров высоты, с тройчатыми листьями, коричневатыми весной и красно-пурпурными осенью. От других местных лиан хорошо отличается тройчато-рассеченными, а не цельными листьями. Встречается: на Сахалине — юго-запад, очень редко; на Курилах: Кунашир и Шикотан — часто, Итуруп — реже, Уруп — редко. Во многих случаях образует сплошные заросли. Cумах («ипритка») при соприкосновении дает язвы, сопровождающиеся сильным зудом. Ядовиты все части растения. Последствия от контакта проявляются не сразу, поэтому человек не знает, какое растение его обожгло. В некоторых местах, преимущественно на Охотском побережье южных островов, он сплошь покрывает землю, камни, взбирается на скалы и деревья.Cумах волосистоплодный — небольшое красивое деревце с перистыми краснеющими осенью листьями, собранными на вершине в большую красивую мутовку. Очень редок, на Кунашире и Итурупе. Оба вида имеют островной тип ареала.

Аралия высокая Aralia elata (Miq.) Seem. Aралия высокaя — небольшоe колючеe деревo («чертовo дерево”).

Плоды тиса остроконечного (красное дерево) Taxus cuspidata Siebold et ZuccTис остроконечный, красное дерево, (иногда с очень мощным стволом), с красивой мягкой темно-зелёной хвоей, красно-бурой корой и яркими красными плодами.

Магнолия обратнояйцевидная Magnolia obovata Thunb. Кунашир — красивое стройное дерево с роскошными ароматными цветками и опадающими на зиму листьями.

Венерин башмачок крупноцветковый Cypripedium macranthon Sw.

Кремастра изменчивая Cremastra variabilis (Blume) Nakai и ореорхис раскидистый Oreorchis patens

Ятрышник остистый Orchis aristata Fish. ex Lindl. луг

Кокушник комарниковый Gymnadenia conopsea (L.) R. Br.. луг

Клопогон простой Cimicifuga simplex Wormsk.

Rubus arcticus L.

Ветреница сибирская Anemone sibirica L. Hа приморских лугах Урупa доминируeт ветреница сибирская.

Эдельвейс двухцветный Leontopodium discolor Beauverd -эдельвейс двухцветный, изящное растение с кремовым «цветком» из войлочных (опушенных) прицветных листочков

Сон-трава, прострел аянский Pulsatilla ajanensis Regel et Til- Kаменистые и сухие места на Сахалине украшают сон-трава или прострел аянский, а на Курилах её заменяет сон-трава Тарао. Мохнатые крупные бутоны, прижатые к земле, напоминают пушистых цыплят.

Сон-трава, прострел Тарао Pulsatilla taraoi (Makino) Takeda ex Zam. et Paegie

Камнеломка шерлериевидная Saxifraga cherlerioides D. DonНадежное прибежище на скалах находят различные камнеломки и очитки. Эффектно выглядят камнеломка шерлериевидная и камнеломка Форчуна. Наиболее известен населению (из-за лекарственных свойств) компактный очиток розовый или «золотой корень» (с желтыми цветками), что привело к его полному исчезновению в ближайших окрестностях. Занятие самолечением нередко кончалось госпитализацией.

Камнеломка Форчуна Saxifraga fortunei Hook. f.

Очиток розовый, «золотой корень» Sedum rosea (L.) Scop.

Очиток многостебельный Sedum pluricaule (Maxim.) Kudo и каменный зверобой Dryopteris fragrans (L.) Schott. Заметно выделяется стелющийся очиток многостебельный с розовыми цветками (на фото — в бутонах) и розовато-сизой красивой зеленью, рядом с ним виден небольшой и компактный папоротник каменный зверобой или щитовник душистый. Вудсия многорядниковая xорошо приспособилась к скалам.

Вудсия многорядниковая Woodsia polystichoides D. Eat.

Звездчатка иглицелистная Stellaria ruscifolia Pall. ex Schlecht- — родственница огородного сорняка «мокрицы».

Копеечник копеечниковый Hedysarum hedysaroides (L.) Schinz et Thell.

Водосбор веерный Aquilegia flabellata Siebold et Zucc. В его сизых от воскового налета листьях собираются капельки росы, а сине-фиолетовые цветки достигают 7 см в диаметре.

Яблоня маньчжурская Malus mandshurica (Maxim.) Kom. с душистыми розовато-белыми цветками на скалах превратилась в карликовое деревце

Гвоздика китайская Dianthus chinensis L

Крупка сахалинская Draba sachalinensis (Fr. Schmidt) Trautv.

Смолевка сахалинская Silene sachalinensis Fr.Schmidt .Эндемична, встречена только на высоких скалах северо-западного берега Татарского пролива (Сахалин).

Нивяник курильский Leucanthemum kurilense (Tzvel.) Worosch

Полынь Шмидта Artemisia schmidtiana Maxim -полынь Шмидта ограничeнa островной территорией

Лапчатка крупноцветковая Potentilla megalantha Takeda.Обычна на Курилах и исключительно редка на Сахалине.

Эдельвейс курильский Leontopodiu m Kurilense Takeda.Его местонахождение ограничивается двумя островами: Шикотаном и Итурупом. Эдельвейс курильский — интенсивно опушенное растение с крупной «звездой», образованной беловойлочными прицветными листочками. Настоящие цветки желтые, очень мелкие и скучены в центре «звезды».

Дицентра иноземная, «разбитое сердце» Dicentra peregrina (J. Rudolph) Makino. Среди каменистых шлаковых осыпей на вулканах –дицентра («разбитое сердце»).

Пенстемон кустарниковый Penstemon frutescens Lamb.Обычен для высокогорий

Колокольчик волосистоплодный Campanula lasiocarpa Cham

Примула, первоцвет клинолистный Primula cuneifolia Ledeb. Летом на северных островах снежники, сохраняющиеся до следующей зимы, по краям немного подтаивают, и там всегда пышно цветёт весенняя флора, в том числе примула или первоцвет клинолистный.

Кассиопея плауновидная Cassiope lycopodioides (Pall.) D.Don

Филлодоце алеутская Phyllodoce aleutica (Spreng.) Heller

Астра альпийская Aster alpinus L.

Миякея цельнолистная Miyakea integrifolia Miyabe et Tatew.К одним из самых редких высокогорных видов относится миякея цельнолистная — эндемичный вид (или род), узко локализованный даже в пределах Сахалина. Растёт на вершинах Восточно-Сахалинских гор. Всё растение интенсивно опушено, голубовато-сиреневый цветок окружен мохнатым покрывалом. Цветёт очень рано.

Бамбучник

кедровый стланик — снаружи и внутри Pinus pumila (Pall.) Rgl.

Рёбра кита в окрестностях китокомбината (о. Симушир)

Листья лизихитона летом

Заросли папоротника «страусовое перо» (о. Кунашир)

Егорова Елена Маркеловна

Егорова Елена Маркеловна

C http://www.kuriles1.ru/orig/default.htm plants кандидата биологических наук — Егоровой Елены Маркеловны

Сахалин и Курилы — это встреча севера и юга

Adianthum pedatum L. — Адиантум стоповидный
Anemone raddeana Regel — Анемона Радде, Ветреница Радде
Anemone sibirica L. — Анемона сибирская, Ветреница сибирская
Angelica ursina (Rupr.) Maxim. — Дудник медвежий, Медвежья дудка
Aquilegia flabellata Siebold et Zucc. — Водосбор веерный
Aralia elata (Miq.) Seem. — Аралия высокая
Artemisia schmidtiana Maxim. — Полынь Шмидта
Aster alpinus L. — Астра альпийская
Caltha fistulosa Schipcz. — Калужница дудчатая
Campanula lasiocarpa Cham. — Колокольчик волосистоплодный
Cassiope lycopodioides (Pall.) D.Don — Кассиопея плауновидная
Cimicifuga simplex Wormsk. — Клопогон простой
Clintonia udensis Trautv. et Mey. — Клинтония удская
Coniogramme intermedia Hieron — Кониограмма средняя
Cremastra variabilis (Blume) Nakai — Кремастра изменчивая
Cypripedium macranthon Sw. — Венерин башмачок крупноцветковый
Dianthus chinensis L. — Гвоздика китайская
Dicentra peregrina (J. Rudolph) Makino — Дицентра иноземная, «Разбитое сердце»
Diphylleia grayi Fr. Schmidt — Двулистник Грея
Draba sachalinensis (Fr. Schmidt) Trautv. — Крупка сахалинская
Dryopteris fragrans (L.) Schott — Каменный зверобой
Erythronium japonicum Decne. — Кандык японский
Gymnadenia conopsea (L.) R. Br. — Кокушник комарниковый
Hedysarum hedysaroides (L.) Schinz. et Thell.- Копеечник копеечниковый
Hydrangea paniculata Siebold — Гортензия метельчатая
Hydrangea petiolaris Siebold et Zucc. — Гортензия черешчатая
Leontopodium discolor Beauverd — Эдельвейс двухцветный
Leontopodium kurilense Takeda — Эдельвейс курильский
Leucanthemum kurilense (Tzvel.) Worosch. — Нивяник курильский
Lilium glehnii Fr. Schmidt — Лилия Глена
Lysichiton camtschatcense (L.) Schott — Белокрыльник (лизихитон) камчатский
Magnolia obovata Thunb. — Магнолия обратнояйцевидная
Malus mandshurica (Maxim.) Kom. — Яблоня маньчжурская
Matteuccia orientalis (Hook.) Trev. — Страусник восточный
Miyakea integrifolia Miyabe et Tatew. — Миякея цельнолистная
Orchis aristata Fish. ex Lindl. — Ятрышник остистый
Oreorchis patens (Lindl.) Lindl. — Ореорхис раскидистый
Osmunda asiatica (Fern.) Ohwi — Осмунда азиатская, Чистоус азиатский
Osmunda japonica Thunb. — Осмунда японская, Чистоус японский
Penstemon frutescens Lamb. — Пенстемон кустарниковый
Petasites japonicus (Siebold et Zucc.) Maxim. — Белокопытник японский
Phyllitis japonica Kom. — Листовик японский
Phyllodoce aleutica (Spreng.) Heller — Филлодоце алеутская
Pinus pumila (Pall.) Rgl. — Кедровый стланик
Plagiogyria matsumurana Makino — Плагиогирия Матсумуры
Polygonum sachalinense Fr. Schmidt — Горец (гречиха) сахалинский
Polygonum weyrichii Fr. Schmidt — Горец (гречиха) Вейриха
Potentilla megalantha Takeda — Лапчатка крупноцветковая
Primula cuneifolia Ledeb. — Примула клинолистная, Первоцвет клинолистный
Prunus kurilensis (Miyabe) Miyabe — Прунус курильский, вишня (слива) курильская
Prunus sargentii Rehd. — Прунус Саржента
Prunus ssiori Fr. Schmidt — Прунус сьори
Pulsatilla ajanensis Regel et Til. — Прострел аянский, Сон-трава аянская
Pulsatilla taraoi (Makino) Takeda ex Zam. et Paegie — Прострел Тарао, Сон-трава Тарао
Rhododendron aureum Georgi — Рододендрон золотистый
Rhododendron brachicarpum D. Don — Рододендрон короткоплодный
Rhododendron camtschaticum Pall. — Рододендрон камчатский
Rhus ambigua Lav. ex Dipp. — Рус (сумах) сомнительный
Rhus trichocarpa Miq. — Рус (сумах) волосистоплодный
Rubus arcticus L. — Княженика (малина) арктическая
Sasa kurilensis (Rupr.) Makino et Schibata — Бамбучник курильский
Saxifraga cherlerioides D. Don — Камнеломка шерлериевидная
Saxifraga fortunei Hook. f. — Камнеломка Форчуна
Sedum pluricaule (Maxim.) Kudo — Очиток многостебельный
Sedum rosea (L.) Scop. — Очиток розовый, Золотой корень
Senecio cannabifolius Less. — Крестовник коноплеволистный
Silene sachalinensis Fr.Schmidt — Смолевка сахалинская
Stellaria ruscifolia Pall. ex Schlecht. — Звездчатка иглицелистная
Symplocarpus renifolius Schott — Симплокарпус почколистный
Taxus cuspidata Siebold et Zucc. — Тис остроконечный
Trillium camtschatcense Ker-Gawl. — Триллиум камчатский
Vaccinium praestans Lamb. — Вакциниум выдающийся, Красника
Viburnum furcatum Blume ex Maxim. — Калина вильчатая
Woodsia polystichoides D. Eat. — Вудсия многорядниковая

Значительная протяженность с севера на юг Сахалинa- 943 км, Курил- 1200км способствовала образованию различных растительных поясов: от тундры на севере до почти субтропиков на юге, с соответствующим составом флоры. Немалое значение имеет pасположение архипелага с господством океанических туманов и непредсказуемым ветровым режимом и флоры соседних территорий: о. Хоккайдо и материковой части Восточной Азии. Именно поэтому подавляющее большинство редких растений имеют ареалы восточноазиатского и северотихоокеанского типа.
Особенно выделяется южный остров Кунашир длиною 100 км, где недалеко от моря есть очень ценные и богатые интересными растениями участки широколиственного леса, которые можно назвать естественным ботаническим садом. Богаты флорой также о. Итуруп (200 км длины) и юго-запад Сахалина. Особой живописностью отличается о. Шикотан (50 км длины).
Безлюдные территории, экстремальная погода (частые и обильные дожди, туманы, дневные контрасты температур и др.), отсутствие троп сдерживают энтузиазм первопроходца. Особенно не гостеприимны северные острова с множеством нерастаявших снежников. Здесь отсутствуют деревья , много смолистой ольхи Максимовича, которую запоминаешь надолго.
Основным врагом путешественника являются непроходимые стены бамбучника и кедровый стланик.Гигантскиe заросл высокотравья на юге -эти крупные многолетние травянистые растения на плодородных почвах достигают за летний сезон трех-четырехметровой высоты.

Кроме перечисленных растений, в лесах нетрудно заметить и другие интересные и декоративные древесные виды. Такие как вишня (слива) Саржента (Prunus sargentii Rehd.) с великолепными густо-розовыми цветками (до 4 см в диаметре!) сплошь покрывающими ветви. Розовое облако цветущего дерева производит незабываемое впечатление, напоминая очарование сакуры. Красива и кустарниковая вишня (слива) курильская (Prunus kurilensis (Miyabe) Miyabe), усыпанная множеством более мелких светло-розовых цветков. Удивляет и крупное стройное красивое дерево черёмухи сьори (Prunus ssiori Fr. Schmidt) с необычно длинными кистями цветков. Эффектна калина вильчатая (Viburnum furcatum Blume ex Maxim.) украшенная яркими соцветиями и плодами, декоративная уже ранней весной, благодаря довольно своеобразным листьям с изящным рисунком из вдавленных жилок.

Неплохо представлены орхидеи. Особенно впечатляют довольно крупные ярко-пурпурные цветки венерина башмачка крупноцветкового. На мощных экземплярах насчитывается до 15 цветков. Оригинальна редкая кремастра изменчивая с пурпурными большими цветками, собранными в почти одностороннюю густую кисть (островной тип ареала). Более обычен изящный ореорхис раскидистый.

Особo отличаются растения скал и осыпей. В условиях борьбы за существование у скальных растений значительно уменьшается листовой аппарат и увеличивается количество цветков. Сформировались особые жизненные формы: миниатюрные растения с массой сравнительно крупных цветков, нередко закрывающих листья. Каменное обрамление является великолепным фоном, подчеркивающим красоту растения.

НHHедоступные высокогорья заселены своеобразными растениями. Особые виды растений прижились на вершинах гор и вулканов. В условиях пониженных температур, специфического увлажнения (постоянная влажность воздуха и субстрата при мощном дренаже) и освещения (частые туманы), господства сильнейших ветров, образовались плотно прижатые к земле (или шлаку) компактные растения.

Oсновными «хозяевами» высокогорий являются бамбучник (на юге) и кедровый стланик (повсюду). Высота бамбучника определяется уровнем снегового покрова. При восхождении после бамбучника, леса или редколесья, вы попадаете в пояс кедрового стланика.

флора Курильских островов и Сахалина уникальна. Острова невелики по площади и поэтому особенно хрупки и уязвимы. Отдаленность и малая населенность отчасти обеспечивает их сохранность. K сожалению, дикорастущие растения всё дальше отступают от населенных пунктов. А их места занимают сорняки…

Автор: Егорова Елена Маркеловна — кандидат биологических наук.
Была старшим научным сотрудником Главного ботанического сада Академии наук СССР.
В течении 11 лет работала в Сахалинском комплексном научно-исследовательском институте
Сибирского и Дальневосточного отделений Академии наук СССР.
Занималась изучением флоры Дальнего Востока

Наземная растительность скудна на севере гряды и несколько богаче на юге. Господствуют мелколиственные леса и высокотравье. Менее распространены хвойно-широколиственные и хвойные леса. В составе флоры Курильских островов насчитывают около тысячи видов растений. С молодостью поверхности и интенсивным вулканизмом связано малое распространение эндемичных и реликтовых форм растений и своеобразие почв.

Почвы имеют по нескольку перегнойных горизонтов, перекрытых вулканическим пеплом. От состава пепла зависит их плодородие. На пеплах с обилием фосфора и извести почвы более плодородны, чем на пеплах из стекловатых кислых частиц. Почвы Курильских островов относятся к типам горно-тундровых, горно-луговых, дерновых, иловато-торфяных. Подзолистые почвы распространены мало.

На северных островах наряду с зарослями кедрового стланика и кустарниковой ольхи распространены луга и верещатники; выше 550-1000 м расположены горные тундры, преимущественно кустарничково-лишайниковые. Для них характерны вереск, камнеломка и др. В средней части Курильской дуги, от острова Расшуа до Итурупа, нижние части горных склонов опоясаны редкостойными березовыми лесами из каменной (вязолистной) березы (Betula ulmifolia) и влажными лугами. Березовые леса часто имеют подлесок из ольховника (Alnaster maximowiczii). Выше располагаются поясы кустарников и верещатников. На севере этого отрезка Курильской дуги верещатники образуют и самый нижний пояс (до 100 м), спускаясь в сырые и охлажденные вследствие климатической инверсии подножия склонов, а над ними уже начинаются каменноберезники.

На южных островах — Итурупе, Кунашире — и островах Малой Курильской гряды растительность более пышна и разнообразна. Здесь густые заросли курильского бамбука (Sasa kurilensis) и крупных зонтичных. На защищенных от влияния холодного течения склонах гор, а также на равнинах и холмах крайнего юга Курильской гряды произрастают хвойно-широколиственные и широколиственные леса с дубами, кленом, ильмом, бархатом и пр. Высокотравье и хвойно-широколиственные леса выше сменяются елово-пихтовыми лесами (из Picea ajanensis, P. glehnii и Abies sachalinensis) с примесью лиственных пород, поднимающимися до 500-600 м. На Итурупе и на Шикотане есть также редколесья из курильской лиственницы (Larix kurilensis). Выше хвойных лесов идут каменноберезники, а нередко сразу заросли кедрового стланика и кустарниковой ольхи.Леса южных островов — на деревья угнетающе действует большая влажность воздуха.

Острова окружены необозримыми полями водорослей, затрудняющих судам подход к берегу.
http://www.www.ecosystema.ru/rusgeo/6_3_2_6.html

Pастения Сахалинa и Курил
Егорова Елена Маркеловна. Занималась изучением флоры Дальнего Востока

Селектор развития AS1 является эволюционно консервативным регулятором иммунного ответа растений

Нурмберг и др. . 10.1073 / pnas.0705586104.

Вспомогательная информация

Файлы в этом дополнении к данным:
SI Рисунок 5
SI Рисунок 6
SI Таблица 1
SI Таблица 2
SI Рисунок 7
SI Рисунок 8 Методы
SI

SI Рисунок 5

Рис. 5. as1 устанавливает устойчивое сопротивление против B.cinerea . Растения Col-0 либо опрыскивали 150 нМ раствором JA, либо имитировали опрыскивание. Указанные генотипы впоследствии заражали суспензией спор B. cinerea через 48 часов после обработки JA и оценивали развитие заболевания при 96 hpi. Планки погрешностей представляют собой 95% доверительный интервал. Этот эксперимент был повторен дважды с аналогичными результатами.

SI Рис. 6

Рис. 6. Дополнение Arabidopsis Col-0 as1-1 35S: PHAN-GFP .( A ) Изображения заявленных линий Arabidopsis , демонстрирующие, что трансген 35S: PHAN-GFP дополняет фенотип развития растений as1-1 . ( B ) Восстановление уровней чувствительности B. cinerea дикого типа в as1-1 с помощью трансгена 35S: PHAN-GFP . ( C ) as1-1 растений, дополненных конструкцией 35S: PHAN-GFP , экспрессируют белок »70 кДа (звездочка), обнаруженный иммуноблоттингом с антителами против GFP, соответствующими слиянию PHAN (41 кДа) и GFP (28 кДа), который отсутствует в контрольной линии (продолж.), экспрессирующий более крупный »120-кДа слияния GFP. ( D ) Слияние PHAN-GFP локализовано в ядрах трихомной клетки листа (tc), соседней эпидермальной клетки (ec) и внутренней клетки мезофилла (mc). Красная автофлуоресценция происходит от хлоропластов клеток мезофилла. ( E ) Яркое изображение D .

SI Рис. 7

Рис. 7. Иммунопреципитация хроматина из линии, экспрессирующей PHAN-GFP, с использованием сыворотки овец против GFP. TOT — общая входная ДНК; IP, ДНК, экстрагированная из иммунопреципитированного хроматина.Эта овечья сыворотка продуцировала промоторных последовательностей VSP1 и THI , относительно нецелевых ACT , до уровня, аналогичного уровню анти-GFP-антител, полученных у кролика. Не было получено обогащения от растений, экспрессирующих только GFP (данные не показаны). Это предполагает, что обогащение отражает присутствие слитого белка PHAN-GFP.

SI Рис. 8

Рис. 8. Ответ as1 растений на H. parasitica . ( A ) Перечисленные генотипы растений заражали H.parasitica Cala2 и рост патогенов определяли через 7 дней после инокуляции. Растения Col-0 обладают RPP2A и RPPB , которые определяют устойчивость к изоляту Cala2. Эти гены отсутствуют в L и , который чувствителен к Cala2. eds1 ставит под угрозу как опосредованную геном R , так и базальную устойчивость против H. parasitica . ( B ) Ответ данных линий растений Arabidopsis на H. parasitica Noco2.Растения L er содержат RPP5 , что указывает на устойчивость к изоляту Noco2; этот ген отсутствует в Col-0, который чувствителен к Noco2.

SI Таблица 1

Таблица 1. Гены-мишени AS1 в Arabidopsis . Гены, занятые AS1, были идентифицированы с помощью анализа ChIP-чипа. Среднее значение равно среднему значению log 2 отношений интенсивности сигнала (выборка / сумма) для двух соседних или соседних зондов. Для целей этого анализа мы определяем обогащенную область как два или более соседних (или следующих за соседними) зонда, демонстрирующих отношение сигналов log 2 , равное 2.38. Это пороговое значение находится на верхнем пределе типичного диапазона обогащения, указанного для чипа ChIP. Этот анализ проводился с использованием массива ATh2_P1, как описано Thibauld-Nissen et al. (1).

1. Тиболд-Ниссен Ф., Ву Х., Ричмонд Т., Редман Дж. К., Джонсон С., Грин Р., Ариас Дж., Town CD (2006) Plant J 47: 152-62.

SI Таблица 2

Таблица 2. гены, занятые AS1, регулируемые B. cinerea ( Bc ) / JA / ET.

Методы SI

Анализ иммунопреципитации хроматина (ChIP). ChIP выполняли, как описано Thibauld-Nissen et al. (1). Однако растения выращивали на твердой среде MS в течение 14 дней и использовали 30 мл магнитных шариков с протеином А (Dynal). Для иммунопреципитации хроматина, содержащего слитые белки GFP, использовали две разные сыворотки, кроличью сыворотку против GFP (Invitrogen) и антитела, полученные от овец (любезный подарок доктора Кевина Хардвика, Wellcome Trust Center for Cell Biology). Иммунопреципитация (IP) и образцы общей ДНК были амплифицированы и очищены в соответствии с протоколом Nimblegen (NimbleGen Systems).Гибридизация и первоначальный анализ были выполнены NimbleGen. Данные были проанализированы с помощью SignalMap 1.8 (NimbleGen). ChIP-ПЦР для VSP1 и THI проводили с использованием следующих праймеров: VSP1 5′-TAGAATTTGGCGTGTCGTTG-3 ‘и 5′-CCGCAAACTCAAGTTATACACG-3’; THI 5′-GAAACAAGGCCCGCTTAAAT-3 ‘и 5′-ATTTCCGGATGTGCAGGTAG-3’; ACTIN 5′-cgtttcgctttccttagtgttagct-3 ‘и 5′-AAATCGGCATAGAGAATCAA-3’, при 94 ° C в течение 2 минут, 36 ´ (94 ° C 30 с, 60 ° C 30 с, 72 ° C 30 с), 72 ° C 5 мин. VSP1 ( At5g24780 ) и THI ( At1G66100 ). Образцы ДНК, экстрагированные из хроматина до («всего») или после иммунопреципитации, разбавляли так, чтобы ПЦР не достигала насыщения в этих условиях. Интенсивность полосы ПЦР измеряли с помощью Genetools (Syngene). Чтобы рассчитать относительное обогащение целевых генов, выход целевого продукта ПЦР измеряли относительно выхода нецелевого гена ACTIN из того же образца IP и снова в «общем» входном образце с использованием формулы (интенсивность интересующей полосы IP / интенсивности полосы IP ACTIN ) / (интенсивность общей интересующей полосы / интенсивность общей полосы ACTIN ).

Анализ ОТ-ПЦР. Тотальную РНК экстрагировали с использованием Trizol (Lifetech) из 14-дневных проростков, выращенных на среде MS. Для синтеза кДНК использовали RT-систему ImProm-II (Promega). Праймеры для амплификации: VSP1, , 5′-AATCCCGAGTTCCAAGAGGT-3 ‘и 5′-GTCTCCCACGTCCAGTCTTC-3’; THI 5′-TGGTGCTCTACGCATTTTCA-3 ‘и 5′-TAGGTAGCCCGTCAAGCTGT-3’; ТУБУЛИН 5′-GTTCTTGATAACGAGGCCTT-3 ‘и 5′-ACCTTCTTCCTCATCCTCG-3’.

1. Тиболд-Ниссен Ф., Ву Х., Ричмонд Т., Редман Дж. К., Джонсон С., Грин Р., Ариас Дж., Town CD (2006) Plant J 47: 152-162.

Границы | Реакция растений на водный стресс

Введение

Недостаток воды отрицательно влияет на рост и продуктивность растений. Следовательно, развитие растений с повышенной выживаемостью и ростом во время водного стресса является основной целью селекции сельскохозяйственных культур. Эффективность водопользования (WUE), показатель качества и продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях дефицита воды, является важным селекционным признаком. Фактически, растения развили различные молекулярные механизмы, чтобы уменьшить потребление ресурсов и приспособить свой рост к неблагоприятным условиям окружающей среды (Yamaguchi-Shinozaki and Shinozaki, 2006; Ahuja et al., 2010; Скирич и Инзе, 2010; Osakabe et al., 2011; Нишияма и др., 2013; Ha et al., 2014).

Рост растений обеспечивается фотосинтезом; однако избыток света (EL) может нанести серьезный вред растениям. EL вызывает фотоокисление, которое приводит к увеличению производства высокореактивных кислородных промежуточных соединений, которые негативно влияют на биологические молекулы, и, если это серьезно, к значительному снижению продуктивности растений (Li et al., 2009). Водный стресс, который вызывает снижение водного потенциала листа и открытие устьиц (рис. 1), приводящий к подавлению генов, связанных с фотосинтезом, и снижению доступности CO 2 , был известен как один из основных факторов EL стресс (Osakabe and Osakabe, 2012).

РИСУНОК 1. Иллюстрация реакции растений на водный стресс. Стоматологическая реакция, удаление АФК, метаболические изменения и фотосинтез — все это влияет на то, когда растения подвергаются водному стрессу. Эти коллективные реакции приводят к корректировке скорости роста растений в качестве адаптивной реакции на выживание.

Различные молекулярные сети, включая сигнальную трансдукцию, участвуют в стрессовых ответах (Osakabe et al., 2011, 2013b; Nishiyama et al., 2013). Выяснение этих сетей необходимо для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к стрессу. В этом обзоре обобщены ответы растений на водный стресс, и показано, что они контролируются сложными регуляторными событиями, опосредованными передачей сигналов абсцизовой кислоты (ABA), переносом ионов и активностью факторов транскрипции (TF), участвующих в регуляции устьичных ответов. все они интегрированы в организованные молекулярные сети, что позволяет растениям адаптироваться и выживать. Кроме того, обсуждаются недавние открытия молекулярных механизмов, участвующих в защите фотосинтеза, чтобы регулировать рост растений во время водного стресса.

Стоматологическая сигнализация при водном стрессе

Мембранный транспорт и передача сигналов АБК в ответах в устье

Стоматологическая деятельность, на которую влияют стрессы окружающей среды, может влиять на абсорбцию CO 2 и, таким образом, влиять на фотосинтез и рост растений. В ответ на стресс, вызванный дефицитом воды, системы переноса ионов и воды через мембраны функционируют, чтобы контролировать изменения тургорного давления в замыкающих клетках и стимулировать закрытие устьиц. Эндогенная АБК быстро продуцируется во время засухи, вызывая каскад физиологических реакций, включая закрытие устьиц, которое регулируется сетью передачи сигналов.9- цис--эпоксикаротиноиддиоксигеназа 3 (NCED3) в Arabidopsis катализирует ключевой этап биосинтеза АБК, а экспрессия NCED3 быстро индуцируется стрессом от засухи специфичным для сосудистой ткани образом (Iuchi et al., 2001; Endo et al., 2008; Behnam et al., 2013; рисунок 2). Мутации в nced3 уменьшились, в то время как сверхэкспрессия NCED3 повысила устойчивость к засухе и / или увеличила WUE у нескольких видов растений (Iuchi et al., 2001; Tung et al., 2008). Во время стресса засухи накопленная АБК в сосудистой ткани транспортируется к замыкающим клеткам посредством пассивной диффузии в ответ на изменения pH и специфическими переносчиками. Два члена семейства переносчиков ABC с мембраной, ABCG25 и ABCG40, и один член семейства переносчиков нитратов, AIT1 / NRT1.2 / NPF4.6, были независимо выделены из Arabidopsis и описаны как переносчики ABA (Kang et al. др., 2010; Куромори и др., 2010; Канно и др., 2012; Фигура 2). ABCG25 играет роль в экспорте ABA, тогда как ABCG40 и AIT1 участвуют в импорте ABA. АБК-индуцированное закрытие устьиц и экспрессия генов снижены при мутации atabcg40 , что приводит к снижению устойчивости к засухе (Kang et al., 2010). Эти данные показывают, что транспортная система ABA играет важную роль в устойчивости к дефициту воды и адаптации к росту. Транскрипция ABCG25 индуцировалась АБК и стрессом засухи и проявляла тканеспецифичность сосудов (Kuromori et al., 2010). Напротив, ABCG40 экспрессируется в замыкающих клетках (Kang et al., 2010), указывая на возможность того, что ABA, синтезируемая в сосудистой сети во время стресса засухи, может быть импортирована в замыкающие клетки через эти транспортеры. Паттерн экспрессии AIT1 / NRT1.2 / NPF4.6 был подобен ABCG25 , а также обнаруживал тканеспецифичность сосудов (Kanno et al., 2012). Это открытие предполагает, что системы импорта АБК в сосудистые ткани также могут играть важную роль в регуляции реакции на водный стресс.

РИСУНОК 2. Модель роли сигнальных факторов в закрытии устьиц и ретроградной передаче сигналов во время водного стресса .

В ответ на стресс от засухи АБК стимулирует сигнальный путь, который запускает производство активных форм кислорода (АФК), что, в свою очередь, вызывает повышение цитозольного Ca 2 + . Впоследствии активируются два различных типа анионных каналов, медленно активирующийся длительный (S-тип) и быстро переходящий (R-тип), и отток анионов приводит к деполяризации плазматической мембраны.Это приводит к уменьшению внутренних каналов K + (KAT1 / KAT2) и H + -АТФазы, которые участвуют в открытии устьиц, и активации внешних каналов K + , включая GUARD CELL OUTWARD RECTIFYING K + КАНАЛ (GORK), который участвует в оттоке K + . Отток аниона и K + из замыкающих клеток приводит к снижению тургора замыкающих клеток, что вызывает закрытие устьиц (Schroeder and Hagiwara, 1989; Pei et al., 1997; Kwak et al., 2003; Неги и др., 2008; Вахисалу и др., 2008). SLAC1 ( SLOW ANION CHANNEL-ASSOCIATED 1 ) функционирует как главный анионный канал S-типа в замыкающих клетках (Negi et al., 2008; Vahisalu et al., 2008) и активируется непосредственно Snf1-связанным протеинкиназа 2 (SRK2E / OST1 / SnRK2.6). Эта киназа участвует в комплексе передачи сигналов ABA рецептора ABA, семейства PYR и PP2C (Geiger et al., 2009; Lee et al., 2009). Анионные каналы S-типа также активируются кальций-зависимыми протеинкиназами CPK3, CPK6, CPK21 и CPK23 (Geiger et al., 2010; Brandt et al., 2012). Также было показано, что KAT1 является прямой мишенью регуляции с помощью ABA, поскольку его активность напрямую ингибируется посредством фосфорилирования с помощью ABA-активируемого SRK2E (Sato et al., 2009). Недавно было показано, что активность KUP6, переносчика K + семейства KUP / HAK / KT, участвует в прямой регуляции во время стресса засухи посредством фосфорилирования с помощью ABA-активируемого SRK2E (Osakabe et al., 2013a) . Эти результаты предполагают, что сложный, но прямой контроль ионно-транспортных систем с помощью АБК может играть важную роль в реакциях устьиц, которые влияют на устойчивость растений к водному стрессу и влияют на рост растений (рис. 2).

Факторы транскрипции

Экспрессия различных генов, выполняющих функции в ответах на дефицит воды, специфически индуцируется во время стресса. Транскриптомный и протеомный анализ у различных видов выявил участие общих физиологических процессов, связанных с экспрессией чувствительных к засухе генов (Molina et al., 2008; Aprile et al., 2009; Walia et al., 2009; Abebe et al., 2010). ; Dugas et al., 2011; Jogaiah et al., 2012; Le et al., 2012; Utsumi et al., 2012). Эти исследования идентифицировали консервативные, а также видоспецифичные регуляторные и функциональные гены, чувствительные к засухе, включая осмопротекторы и биосинтез АБК, гены позднего эмбриогенеза (LEA) и шапероны, связанные с АФК, ионный гомеостаз и гены передачи сигналов. Кроме того, также были идентифицированы ключевые ТФ, регулирующие транскрипцию чувствительных к засухе генов, такие как MYB, MYC, DREB / CBF (зависимый от засухи цис-элемент-связывающий белок / фактор связывания C-повторов), ABF / AREB, NAC, и WRKY TF (Stockinger et al., 1997; Сакума и др., 2006; Тран и др., 2007b; Накашима и др., 2009; Исида и др., 2012; Фигура 2). Соответствующие мотивы цис , DRE / CRT и ABRE (ABA-чувствительный цис -элемент) также были обнаружены в промоторах многих стресс-чувствительных генов (Yamaguchi-Shinozaki and Shinozaki, 2006).

ABA-чувствительная транскрипция cis -элементом через ABF / AREB напрямую регулируется рецепторным комплексом ABA с участием SnRK2, который активирует ABF / AREB путем фосфорилирования (Umezawa et al., 2010). Действие SnRK2 представляет собой один из важных механизмов, регулирующих быструю адаптивную реакцию растений на засуху. DREB и AREB активируют транскрипцию различных генов, которые экспрессируются в различных тканях. Кроме того, были идентифицированы новые типы TF с критическими функциями в ответах устьиц. DST (устойчивость к засухе и соли), ТФ типа C 2 H 2 , контролирует экспрессию генов, участвующих в гомеостазе H 2 O 2 , и опосредует индуцированное ROS закрытие устьиц и устойчивость к абиотическому стрессу в рис (Хуанг и др., 2009). Вызываемый засухой ядерный TF, NFYA5, как сообщается, контролирует устьичную апертуру и играет роль в устойчивости к засухе у Arabidopsis (Li et al., 2008). SNAC1 ( STRESS-RESPONSIVE NAC1 ) экспрессируется в замыкающих клетках риса, и сверхэкспрессия этого гена усиливает чувствительность ABA, закрытие устьиц и оба DST у риса (Hu et al., 2006). AtMYB60 и AtMYB61 экспрессируются в основном в замыкающих клетках и важных TF, регулирующих устьичную апертуру и устойчивость к засухе у растений (Cominelli et al., 2005). AtMYB60 является негативным регулятором закрытия устьиц (Cominelli et al., 2005; Liang et al., 2005). Дальнейшие исследования по определению молекулярных мишеней и сигнальных систем, связанных с этими TF в устьичных ответах, улучшат наше понимание регуляторных сетей, контролирующих реакцию растений на засуху и регулировку роста.

Ранняя реакция на водный стресс и пути передачи сигналов

Рецепторные и сенсорные белки, локализованные на мембранах, играют важную роль в различных сигнальных путях, передавая информацию своим цитоплазматическим белкам-мишеням посредством каталитических процессов, таких как фосфорилирование.Было высказано предположение, что передача сигналов плазматической мембраны участвует в начальном процессе восприятия состояния воды вне клетки (Maathuis, 2013). AHK1, гистидинкиназа (HK) Arabidopsis , локализованная на плазматической мембране, опосредует передачу сигналов осмотического стресса у прокариот и, как было показано, действует как осмосенсор. Сверхэкспрессия AHK1 усиливала засухоустойчивость у Arabidopsis (Urao et al., 1999; Tran et al., 2007a). ahk1 мутанты проявляли пониженную чувствительность к АБК и подавление АБК- и / или стресс-зависимых генов, что указывает на то, что AHK1 действует как осмосенсор и функционирует как положительный регулятор передачи сигналов осмотического стресса (Tran et al., 2007a; Wohlbach et al., 2008). Нижестоящие каскады AHK1, по-видимому, контролируются AHP и ARR как часть множественного фосфореле His-Asp. Однако факторы, которые получают сигналы от AHK1, а также точный состав сигнальных каскадов еще предстоит определить. Напротив, у Arabidopsis было показано, что рецепторы цитокининов (CK) HKs, AHK2, AHK3 и AHK4 негативно регулируют ABA и передачу сигналов засухи (Tran et al., 2007a, 2010). Множественные мутанты ahk2 , ahk3 и ahk4 демонстрируют повышенную чувствительность к АБК и повышенную устойчивость к засухе (Tran et al., 2007a; Jeon et al., 2010). Эти находки указывают на существование перекрестных помех между ABA, CK и сигнальными путями стресса (Nishiyama et al., 2011; Ha et al., 2012).

В Arabidopsis семейство рецептороподобных киназ (RLK) включает более 600 членов, причем лейцин-богатые повторы (LRR) -RLK составляют самую большую подгруппу (Gish and Clark, 2011). Известно, что несколько RLK, локализованных на плазматической мембране, участвуют в ранних этапах передачи сигналов осмотического стресса у различных видов растений (Osakabe et al., 2013б). Эти связанные со стрессом RLK обладают рядом различных внеклеточных доменов (например, LRR, экстенсин-подобный домен или богатый цистеином домен; Bai et al., 2009; de Lorenzo et al., 2009; Osakabe et al., 2010a; Yang et al., 2010; Tanaka et al., 2012), указывая на то, что различные стимулы окружающей среды могут активировать RLK-опосредованные сигнальные пути и передавать осмотические условия вне клеток. RLK, которые связываются с клеточными стенками, такими как киназы, связанные с клеточной стенкой (WAK), киназа рецепторов, подобных экстенсин, богатая пролином (PERKs; Osakabe et al., 2013b), а CrRLK ( Catharanthus roseus, RLK1-подобное семейство; Schulze-Muth et al., 1996), как недавно было предсказано, участвуют в восприятии тургорного давления (Steinwand and Kieber, 2010; Christmann et al. , 2013). Потенциальная связь между RLK в связывании с клеточной стенкой, биосинтезе АБК и реакции на водный стресс может быть определена путем анализа их роли в сигнальных системах, связанных со специфическими путями механочувствительности, активируемыми в ответ на водный стресс. Это прольет свет на раннюю сигнальную систему, контролирующую устойчивость к водному стрессу и регулировку роста.

Защита фотосинтеза при водном стрессе

Водный стресс напрямую влияет на скорость фотосинтеза из-за снижения доступности CO 2 в результате закрытия устьиц (Flexas et al., 2006; Chaves et al., 2009) и / или изменений в фотосинтетическом метаболизме (Lawlor, 2002) . EL отрицательно влияет на фотосинтез, когда скорость фотосинтеза снижается из-за водного стресса (Li et al., 2009; Osakabe and Osakabe, 2012). Было высказано предположение о сильной взаимосвязи между ответами на EL и стрессы засухи, и около 70% генов, индуцированных EL, также индуцируются засухой (Kimura et al., 2002; Chan et al., 2010; Estavillo et al., 2011). EL также стимулирует производство АФК, таких как H 2 O 2 , супероксида (O 2 ) и синглетного кислорода ( 1 O 2 ) с помощью определенных фотохимических и биохимических процессов, которые также оказывает вредное воздействие на фотосинтез (Li et al., 2009). H 2 O 2 индуцирует повышающую регуляцию различных генов, которые перекрываются с генами, активируемыми различными химическими стрессами и стрессами окружающей среды, такими как метилвиологен, жара, холод и засуха (Vandenabeele et al., 2004; Vanderauwera et al., 2005). Транскрипция генов, кодирующих цитозольную аскорбатпероксидазу ( APXs ), которые играют важную роль в очистке цитозольного H 2 O 2 , положительно реагирует на стресс EL и окислительно-восстановительное состояние пластохинона (PQ; Karpinski et al. , 1997). Мутанты с потерей функции APX демонстрируют накопление деградированных белков хлоропластов, что указывает на то, что APX играют защитную роль в качестве поглотителей ROS для белков хлоропластов в условиях EL (Davletova et al., 2005; Ли и др., 2009). AtAPX2 также индуцировался стрессом засухи и ABA (Rossel et al., 2006), указывая на то, что APX опосредует удаление ROS в ответ как на EL, так и на водный стресс. Мутант с усилением функции изменял экспрессию apx2 8 ( alx8 ), который имеет конститутивно более высокие уровни экспрессии APX2 , демонстрировал улучшенный WUE и устойчивость к засухе (Rossel et al., 2006; Wilson et al., 2009; Estavillo et al., 2011). В Arabidopsis ТФ с цинковыми пальцами, ZAT10 и ZAT12 , индуцируются в растениях, акклиматизированных к обработке EL или ROS.Сверхэкспрессия ZAT10 и ZAT12 сильно индуцировала экспрессию различных генов, связанных со стрессом, включая APX s (Рижский и др., 2004; Давлетова и др., 2005; Россель и др., 2007). Несколько трансгенных линий, которые сверхэкспрессировали ZAT10 , проявили повышенную устойчивость к стрессу засухи (Sakamoto et al., 2004). ZAT10 и ZAT12 регулируют ответы на стрессы EL и засухи, которые опосредуются ROS (Davletova et al., 2005; Mittler et al., 2006), что предполагает их потенциальную роль в защите фотосинтеза от повреждений во время водного стресса (Рисунок 2) .

Растения могут контролировать статус хлоропластов с помощью сигналов от пластида к ядру, как ретроградная передача сигналов от пластида к ядру. Эта сигнальная система может регулировать экспрессию генов, которые функционируют в хлоропласте. Ретроградная передача сигналов играет важную роль в регуляции хлоропластических процессов, а также в адаптивных ответах на стрессы окружающей среды (Chan et al., 2010). Промежуточные продукты хлорофилла, такие как Mg-протопорфирин IX (Mg-Proto), контролируют экспрессию ядерных генов в растениях, подвергнутых условиям EL, действуя как ретроградный сигнал.Геномы , несвязанные с мутантами ( gun ), gun4 и gun5 , демонстрируют нарушенную генерацию Mg-Proto, которая, как было показано, действует как сигнал для репрессии экспрессии гена LHCB в Arabidopsis (Mochizuki et al. al., 2001; Strand et al., 2003; Pontier et al., 2007). Экспрессия LHCB также контролируется GUN1 и ABI4 (ABSCISIC ACID-INSENSITIVE 4), которые кодируют TF, участвующий в передаче сигналов ABA (Koussevitzky et al., 2007). Считается, что в совокупности эти факторы участвуют во множественных ретроградных сигнальных путях.Moulin et al. (2008) повторно исследовали предполагаемую роль Mg-Proto и других промежуточных продуктов хлорофилла в качестве сигнальных молекул и сообщили, что ни один из промежуточных продуктов не может быть обнаружен в ROS-индуцированных растениях в условиях, когда экспрессия ядерных генов подавлена. Авторы предположили, что Mg-Proto (который накапливается зависимым от света образом) чрезвычайно недолговечен и может генерировать 1 O 2 в условиях EL; однако гораздо более сложный сигнал АФК может генерироваться во время деградации хлоропластов.Появляется все больше доказательств регуляции экспрессии ядерных генов с помощью 1 O 2 (op den Camp et al., 2003) и H 2 O 2 (Kimura et al., 2003). Однако очевидная роль этих молекул АФК, по отдельности или в комбинации, требует дальнейшего изучения.

Недавно было идентифицировано несколько новых ретроградных сигнальных путей, включая путь 3′-фосфоаденозин-5′-фосфата (PAP), который регулируется SAL1 / ALX8 / FRY1, и путь метилэритритолциклодифосфата (MEcPP) (Estavillo et al., 2011; Xiao et al., 2012). PAP был описан как сигнал от хлоропласта к мобильному ядру, который регулирует экспрессию генов. ALX8 кодирует фосфатазу, которая превращает PAP в AMP и регулирует уровни PAP (Wilson et al., 2009; Estavillo et al., 2011). alx8 мутант проявлял засухоустойчивые фенотипы и конститутивную активацию примерно 25% EL-регулируемого транскриптома, что позволяет предположить, что SAL1 / ALX8 / FRY1 может действовать как компонент как EL, так и сигнальных сетей засухи, и что ретроградный SAL1-PAP путь может изменять экспрессию ядерных генов во время EL и засухи (Rossel et al., 2006; Wilson et al., 2009; Estavillo et al., 2011; Фигура 2). MEcPP является предшественником изопреноидов, генерируемых метилэритритолфосфатным (MEP) путем, и может индуцировать экспрессию кодируемых ядром генов, чувствительных к стрессу (Xiao et al., 2012). MEcPP индуцируется различными абиотическими стрессами, такими как яркий свет и ранение, и было предложено действовать как ретроградный сигнал в ответ на эти стрессы (Xiao et al., 2012). Данные вышеупомянутых исследований показывают, что сигналы метаболитов, уровни которых зависят от условий окружающей среды, используются для установления взаимодействия между пластидами и ядром и регулирования функции хлоропластов для регулирования роста растений в ответ на различные стрессы, включая засуху.

Заключение и перспективы на будущее

В связи с сидячим жизненным циклом растения выработали механизмы реагирования и адаптации к неблагоприятным воздействиям окружающей среды во время своего развития и роста. Рост растений замедляется из-за сильного стресса засухи из-за уменьшения открытия устьиц, что ограничивает поглощение CO 2 и, следовательно, снижает фотосинтетическую активность. Для разработки стратегий поддержания продуктивности растений важно понимать различные регуляторные механизмы, которые контролируют и усиливают адаптивные реакции на стресс у разных видов растений.В этом обзоре мы сосредоточились на молекулярных механизмах, участвующих в реакции растений на водный стресс и сопутствующей адаптации роста. Эти механизмы включают в себя устьичные ответы, перенос ионов, активацию сигнальных путей стресса и ответы по защите фотосинтеза от повреждений. Понимание этих ключевых факторов позволит нам повысить продуктивность растений в условиях водного стресса.

Параллельно с определением ключевых молекулярных факторов, участвующих в этих механизмах, новые технологии биоинженерии превосходных растений также позволят разрабатывать растения с улучшенной продуктивностью.Хотя трансгенные подходы эффективно использовались для создания генотипов растений с повышенной устойчивостью к стрессу в полевых условиях, требуется оценка желаемых эффектов и их стабильности на протяжении многих поколений. Мутагенез также долгое время использовался в селекции растений для создания генетических вариаций; однако создание генотипов с желаемым фенотипом требует значительных ресурсов и усилий из-за случайного характера внесения мутаций. В последнее время технология редактирования генома добилась значительных успехов в возможности модифицировать геном сайт-специфичным образом.В технологии редактирования генома используются специально разработанные эндонуклеазы рестрикции, такие как нуклеазы цинковых пальцев (ZFN) или TAL-эффекторные нуклеазы (TALEN; Shukla et al., 2009; Osakabe et al., 2010b; Zhang et al., 2010; Cermak et al. ., 2011), а в последнее время — система CRISPR / CAS (Li et al., 2013; Некрасов и др., 2013; Shan et al., 2013). Использование этой технологии позволит изменить регуляцию ключевых генов, которые улучшат устойчивость к стрессу при сохранении продуктивности.Дальнейшие исследования с использованием новых молекулярных подходов, включая идентификацию вариантов генов, связанных со значительными агрономическими признаками, будут способствовать молекулярной инженерии растений с повышенной устойчивостью к серьезным стрессам окружающей среды.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Программой содействия фундаментальным и прикладным исследованиям для инноваций в биоориентированной промышленности Японии (Юрико Осакабе и Кадзуо Шинозаки).Исследования в лаборатории Лам-Сона П. Трана были поддержаны грантом (№ AP24-1-0076) Программы стратегических исследований RIKEN для исследований и разработок

.

Список литературы

Абебе Т., Мелмайи К., Берг В. и Уайз Р. П. (2010). Реакция засухи в колосьях ячменя: экспрессия генов в лемме, палеа, ости и семенах. Функц. Интегр. Геномика 10, 191–205. DOI: 10.1007 / s10142-009-0149-4

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Априле, А., Мастранджело, А.М., Де Леонардис, А.М., Галиба, Г., Ронкалья, Э., Феррари, Ф. и др. (2009). Профили транскрипции в ответ на окончательный стресс засухи выявляют дифференциальные ответы по геному пшеницы. BMC Genomics 10: 279. DOI: 10.1186 / 1471-2164-10-279

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Bai, L., Zhang, G., Zhou, Y., Zhang, Z., Wang, W., Du, Y., et al. (2009). Ассоциированная с плазматической мембраной, богатая пролином, экстенсин-подобная рецепторная киназа 4, новый регулятор передачи сигналов Са, необходима для реакций абсцизовой кислоты у Arabidopsis thaliana . Завод J. 60, 314–327. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2009.03956.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Бехнам Б., Юти С., Фудзита М., Фудзита Ю., Такасаки Х., Осакабе Ю. и др. (2013). Характеристика промоторной области гена Arabidopsis для 9-цис-эпоксикаротиноиддиоксигеназы, участвующей в индуцируемой дегидратацией транскрипции. DNA Res. 20, 315–324. DOI: 10.1093 / dnares / dst012

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Брандт, Б., Бродский, Д. Э., Сюэ, С., Неги, Дж., Иба, К., Кангасъярви, Дж. И др. (2012). Восстановление абсцизовой кислотой активации анионного канала SLAC1 с помощью киназ CPK6 и OST1 и действия разветвленной фосфатазы ABI1 PP2C. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109, 10593–10598. DOI: 10.1073 / pnas.11165

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Cermak, T., Doyle, E. L., Christian, M., Wang, L., Zhang, Y., Schmidt, C., et al. (2011). Эффективный дизайн и сборка пользовательских TALEN и других эффекторных конструкций на основе TAL для нацеливания на ДНК. Nucleic Acids Res. 39: e82. DOI: 10.1093 / nar / gkr218

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чан, К. X., Крисп, П. А., Эставилло, Г. М., и Погсон, Б. Дж. (2010). Связь между хлоропластом и ядром: современные знания, экспериментальные стратегии и связь с сигнализацией стресса засухи. Завод Сигнал. Behav. 5, 1575–1582. DOI: 10.4161 / psb.5.12.13758

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чавес, М.М., Флексас, Дж., И Пинейро, К. (2009). Фотосинтез в условиях засухи и солевого стресса: механизмы регуляции от всего растения к клетке. Ann. Бот. 103, 551–560. DOI: 10.1093 / aob / mcn125

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Коминелли Э., Гальбиати М., Вавассер А., Конти Л., Сала Т., Вуйлстеке М. и др. (2005). Фактор транскрипции MYB, специфичный для замыкающих клеток, регулирует движения устьиц и устойчивость растений к засухе. Curr. Биол. 15, 1196–1200. DOI: 10.1016 / j.cub.2005.05.048

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Давлетова С., Шлаух К., Кутю Дж. И Миттлер Р. (2005). Белок цинкового пальца Zat12 играет центральную роль в передаче сигналов реактивного кислорода и абиотического стресса у Arabidopsis . Plant Physiol. 139, 847–856. DOI: 10.1104 / стр.105.068254

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

де Лоренцо, Л., Merchan, F., Laporte, P., Thompson, R., Clarke, J., Sousa, C., et al. (2009). Новая киназа рецепторов повторов, богатых лейцином растений, регулирует реакцию корней Medicago truncatula на солевой стресс. Растительная клетка 21, 668–680. DOI: 10.1105 / tpc.108.059576

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Дугас, Д. В., Монако, М. К., Олсен, А., Кляйн, Р. Р., Кумари, С., Уэр, Д. и др. (2011). Функциональная аннотация транскриптома Sorghum bicolor в ответ на осмотический стресс и абсцизовую кислоту. BMC Genomics 12: 514. DOI: 10.1186 / 1471-2164-12-514

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Эндо А., Савада Ю., Такахаши Х., Окамото М., Икегами К., Койвай Х. и др. (2008). Индукция засухи Arabidopsis 9-цис-эпоксикаротиноид диоксигеназы происходит в клетках паренхимы сосудов. Plant Physiol. 147, 1984–1993. DOI: 10.1104 / стр.108.116632

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Estavillo, G.М., Крисп П. А., Порнсиривонг В., Вирц М., Коллиндж Д., Кэрри К. и др. (2011). Доказательства ретроградного пути хлоропластов SAL1-PAP, который функционирует в условиях засухи и высокой световой сигнализации у арабидопсиса . Растительная клетка 23, 3992–4012. DOI: 10.1105 / tpc.111.0

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Flexas, J., Bota, J., Galmés, J., Medrano, H., and Ribas-Carbó, M. (2006). Поддержание положительного углеродного баланса в неблагоприятных условиях: реакция фотосинтеза и дыхания на водный стресс. Physiol. Завод 127, 343–352. DOI: 10.1111 / j.1399-3054.2006.00621.x

CrossRef Полный текст

Geiger, D., Scherzer, S., Mumm, P., Marten, I., Ache, P., Matschi, S., et al. (2010). Анионный канал защитных клеток SLAC1 регулируется протеинкиназами CDPK с определенным сродством к Ca2 +. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 8023–8028. DOI: 10.1073 / pnas.00107

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Гейгер, Д., Шерцер, С., Mumm, P., Stange, A., Marten, I., Bauer, H., et al. (2009). Активность анионного канала замыкающих клеток SLAC1 контролируется парой киназа-фосфатаза, сигнализирующая о стрессе засухи. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 21425–21430. DOI: 10.1073 / pnas.0

1106

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ха, К. В., Лейва-Гонсалес, М. А., Осакабе, Ю., Тран, У. Т., Нишияма, Р., Ватанабе, Ю. и др. (2014). Положительная регулирующая роль стриголактона в ответах растений на засуху и солевой стресс. Proc. Natl. Акад. Sci. США 111, 581–856. DOI: 10.1073 / pnas.1322135111

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ха, С., Ванкова, Р., Ямагути-Шинозаки, К., Шинозаки, К., и Тран, Л.С. (2012). Цитокинины: метаболизм и функция адаптации растений к стрессам окружающей среды. Trends Plant Sci. 17, 172–179. DOI: 10.1016 / j.tplants.2011.12.005

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ху, Х., Дай, М., Яо, Дж., Сяо, Б., Ли, X., Чжан, К., и др. (2006). Сверхэкспрессия факторов транскрипции NAM, ATAF и CUC (NAC) повышает устойчивость риса к засухе и солеустойчивость. Proc. Natl. Акад. Sci. США 103, 12987–12992. DOI: 10.1073 / pnas.0604882103

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хуанг, X.-Y., Chao, D.-Y., Gao, J.-P., Zhu, M.-Z., Shi, M., and Lin, H.-X. (2009). Ранее неизвестный белок цинкового пальца, ТЛЧ, регулирует засуху и солеустойчивость риса посредством контроля устьичной апертуры. Genes Dev. 23, 1805–1817. DOI: 10.1101 / gad.1812409

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Исида, Т., Осакабе, Ю., Янагисава, С. (2012). «Факторы транскрипции: улучшение устойчивости растений к абиотическому стрессу» в «Повышение устойчивости к абиотическому стрессу» , изд. Н. Тутея (Берлин, Германия: Wiley-Blackwell), 589–619.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

Юти, С., Кобаяси, М., Таджи, Т., Нарамото, М., Секи, М., Като, Т. и др. (2001). Регулирование засухоустойчивости посредством генных манипуляций с 9-цис-эпоксикаротиноидной диоксигеназой, ключевым ферментом в биосинтезе абсцизовой кислоты у Arabidopsis . Plant J. 27, 325–333. DOI: 10.1046 / j.1365-313x.2001.01096.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Jeon, J., Kim, N.Y., Kim, S., Kang, N.Y., Novák, O., Ku, S.J., et al. (2010). Подмножество двухкомпонентной сигнальной системы цитокининов играет роль в реакции холодового и температурного стресса у Arabidopsis . J. Biol. Chem. 285, 23371–23386. DOI: 10.1074 / jbc.M109.096644

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Иогайя, С., Говинд, С. Р., Тран, Л. С. (2012). Основанные на системной биологии подходы к пониманию засухоустойчивости продовольственных культур. Крит. Rev. Biotechnol. 33, 23–39. DOI: 10.3109 / 07388551.2012.659174

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кан, Дж., Хван, Дж. У., Ли, М., Ким, Ю.Y., Assmann, S.M., Martinoia, E., et al. (2010). ABC-транспортер PDR-типа опосредует клеточное поглощение фитогормона абсцизовой кислоты. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 2355–2360. DOI: 10.1073 / pnas.0

2107

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Канно Ю., Ханада А., Чиба Ю., Итикава Т., Накадзава М., Мацуи М. и др. (2012). Идентификация переносчика абсцизовой кислоты путем функционального скрининга с использованием рецепторного комплекса в качестве сенсора. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109, 9653–9658. DOI: 10.1073 / pnas.1203567109

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Карпински С., Эскобар К., Карпинская Б., Крейссен Г. и Муллино П. М. (1997). Фотосинтетический транспорт электронов регулирует экспрессию генов цитозольной аскорбатпероксидазы в Arabidopsis во время избыточного светового стресса. Растительная клетка 9, 627–640. DOI: 10.1105 / tpc.9.4.627

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кимура, М., Ямамото, Ю., Секи, М., Сакураи, Т., Сато, М., Шинозаки, К. и др. (2002). Идентификация генов Arabidopsis , регулируемых высоким световым стрессом, с использованием микрочипов кДНК. Physiol растительных клеток. 43, S159.

Кимура М., Ямамото Ю. Ю., Секи М., Сакураи Т., Сато М., Абэ Т. и др. (2003). Идентификация генов Arabidopsis , регулируемых высоким световым стрессом, с использованием микрочипов кДНК. Photochem. Photobiol. 77, 226–233.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

Кусевицкий, С., Nott, A., Mockler, T.C., Hong, F., Sachetto-Martins, G., Surpin, M., et al. (2007). Сигналы от хлоропластов сходятся, чтобы регулировать экспрессию ядерных генов. Наука 316, 715–719. DOI: 10.1126 / science.1140516

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Куромори Т., Мияджи Т., Ябуучи Х., Симидзу Х., Сугимото Э., Камия А. и др. (2010). ABC-транспортер AtABCG25 участвует в транспорте абсцизовой кислоты и ответах. Proc. Natl. Акад.Sci. США 107, 2361–2366. DOI: 10.1073 / pnas.06107

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Квак, Дж. М., Мори, И. К., Пей, З. М., Леонхард, Н., Торрес, М. А., Дангл, Дж. Л. и др. (2003). НАДФН-оксидаза Гены AtrbohD и AtrbohF функционируют в ROS-зависимой передаче сигналов ABA в Arabidopsis . EMBO J. 22, 2623–2633. DOI: 10.1093 / emboj / cdg277

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ле, Д.T., Nishiyama, R., Watanabe, Y., Tanaka, M., Seki, M., Ham, L.H. и др. (2012). Дифференциальная экспрессия генов в тканях листьев сои на поздних стадиях развития в условиях стресса засухи, выявленная с помощью полногеномного транскриптомного анализа. PLoS ONE 7: e49522. DOI: 10.1371 / journal.pone.0049522

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ли, С. К., Лан, В., Бьюкенен, Б. Б., и Луан, С. (2009). Пара протеинкиназа-фосфатаза взаимодействует с ионным каналом для регулирования передачи сигналов ABA в замыкающих клетках растений. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 21419–21424. DOI: 10.1073 / pnas.01106

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Li, J. F., Norville, J. E., Aach, J., McCormack, M., Zhang, D., Bush, J., et al. (2013). Мультиплексное и опосредованное гомологичной рекомбинацией редактирование генома в Arabidopsis и Nicotiana benthamiana с использованием направляющей РНК и Cas9. Нат. Biotechnol. 31, 688–691. DOI: 10.1038 / NBT.2654

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Li, W.-X., Oono, Y., Zhu, J., He, X.-J., Wu, J.-M., Iida, K., et al. (2008). Фактор транскрипции Arabidopsis NFYA5 регулируется транскрипционно и посттранскрипционно, что способствует устойчивости к засухе. Растительная клетка 20, 2238–2251. DOI: 10.1105 / tpc.108.059444

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лян, Ю. К., Дубос, К., Додд, И. К., Холройд, Г. Х., Хетерингтон, А. М., и Кэмпбелл, М. М. (2005). AtMYB61, фактор транскрипции R2R3-MYB, контролирующий устьичную апертуру у Arabidopsis thaliana . Curr. Биол. 15, 1201–1206. DOI: 10.1016 / j.cub.2005.06.041

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Mittler, R., Kim, Y., Song, L., Coutu, J., Coutu, A., Ciftci-Yilmaz, S., et al. (2006). Мутации с усилением и потерей функции в Zat10 повышают устойчивость растений к абиотическому стрессу. FEBS Lett. 580, 6537–6542. DOI: 10.1016 / j.febslet.2006.11.002

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мотидзуки, Н., Брусслан, Дж. А., Ларкин, Р., Нагатани, А., и Чори, Дж. (2001). Arabidopsis , мутант геном несвязанный 5 (GUN5) обнаруживает участие субъединицы Mg-хелатазы H в передаче сигнала от пластида к ядру. Proc. Natl. Акад. Sci. США 98, 2053–2058. DOI: 10.1073 / pnas.98.4.2053

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Молина, К., Роттер, Б., Хоррес, Р., Удупа, С. М., Бессер, Б., Беллармино, Л. и др. (2008). SuperSAGE: чувствительный к засухе транскриптом корней нута. BMC Genomics 9: 553. DOI: 10.1186 / 1471-2164-9-553

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мулен М., Маккормак А. К., Терри М. Дж. И Смит А. Г. (2008). Профилирование тетрапирролов в проростках Arabidopsis показывает, что ретроградная передача ядерных сигналов пластид не связана с накоплением Mg-протопорфирина IX. Proc. Natl. Акад. Sci. США 105, 15178–15183. DOI: 10.1073 / pnas.0803054105

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Накашима, К., Ито, Ю., Ямагути-Шинозаки, К. (2009). Сети регуляции транскрипции в ответ на абиотические стрессы у Arabidopsis и трав. Plant Physiol. 149, 88–95. DOI: 10.1104 / стр.108.129791

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Неги, Дж., Мацуда, О., Нагасава, Т., Оба, Ю., Такахаши, Х., Кавай-Ямада, М., и др. (2008). Регулятор СО2 SLAC1 и его гомологи необходимы для анионного гомеостаза в растительных клетках. Природа 452, 483–486.DOI: 10.1038 / nature06720

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Некрасов В., Стаскавич Б., Вейгель Д., Джонс Дж. Д. и Камун С. (2013). Направленный мутагенез в модельном растении Nicotiana benthamiana с использованием РНК-управляемой эндонуклеазы Cas9. Нат. Biotechnol. 31, 691–693. DOI: 10.1038 / NBT.2655

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Нишияма, Р., Ватанабэ, Ю., Фудзита, Ю., Ле, Д. Т., Кодзима, М., Вернер, Т. и др. (2011). Анализ мутантов цитокининов и регуляция метаболических генов цитокининов показывает важную регуляторную роль цитокининов в засухе, ответах на соли и абсцизовую кислоту, а также в биосинтезе абсцизовой кислоты. Растительная клетка 23, 2169–2183. DOI: 10.1105 / tpc.111.087395

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Нишияма Р., Ватанабэ Ю., Лейва-Гонсалес М. А., Ван Ха К., Фудзита Ю., Танака М. и др. (2013). Arabidopsis AHP2, AHP3 и AHP5 гистидин-фосфотрансферные белки действуют как избыточные негативные регуляторы реакции на стресс, вызываемый засухой. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, 4840–4845. DOI: 10.1073 / pnas.1302265110

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

op den Camp, R.G., Przybyla, D., Ochsenbein, C., Laloi, C., Kim, C., Danon, A., et al. (2003). Быстрая индукция отчетливой реакции на стресс после выделения синглетного кислорода у Arabidopsis . Растительная клетка 15, 2320–2332. DOI: 10.1105 / tpc.014662

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Осакабе, К.и Осакабе Ю. (2012). «Световой стресс растений», в Энциклопедия наук о жизни , изд. С. А. Робинсон (Лондон: издательство Nature Publishing Group).

CrossRef Полный текст

Осакабэ Ю., Аринага Н., Умедзава Т., Кацура С., Нагамачи К., Танака Х. и др. (2013a). Осмотические реакции на стресс и рост растений, контролируемые переносчиками калия, у Arabidopsis . Растительная клетка 25, 609–624. DOI: 10.1105 / tpc.112.105700

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Осакабэ, Ю., Ямагути-Шинозаки, К., Шинозаки, К., и Фан Тран, Л.С. (2013b). Чувство окружающей среды: ключевые роли киназ, локализованных на мембране, в восприятии растений и ответной реакции на абиотический стресс. J. Exp. Бот. 64, 445–458. DOI: 10.1093 / jxb / ers354

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Осакабе Ю., Кадзита С. и Осакабе К. (2011). Генная инженерия древесных растений: текущие и будущие цели в стрессовой среде. Physiol. Растение. 142, 105–117. DOI: 10.1111 / j.1399-3054.2011.01451.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Осакабэ Ю., Мизуно С., Танака Х., Маруяма К., Осакабе К., Тодака Д. и др. (2010a). Избыточное производство мембраносвязанной рецептороподобной протеинкиназы 1, RPK1, повышает устойчивость к абиотическому стрессу у Arabidopsis . J. Biol. Chem. 285, 9190–9201. DOI: 10.1074 / jbc.M109.051938

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Осакабе, К., Осакабе Ю. и Токи С. (2010b). Сайт-направленный мутагенез в Arabidopsis с использованием специально разработанных нуклеаз цинковых пальцев. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 12034–12039. DOI: 10.1073 / pnas.1000234107

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Пей, З. М., Кучицу, К., Уорд, Дж. М., Шварц, М., и Шредер, Дж. И. (1997). Дифференциальная регуляция абсцизовой кислотой медленных анионных каналов замыкающих клеток у Arabidopsis дикого типа и мутантов abi1 и abi2. Растительная клетка 9, 409–423.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

Понтье Д., Альбриё К., Джояр Дж., Лагранж Т. и Блок М. А. (2007). Нокаут гена метилтрансферазы протопорфирина IX магния у Arabidopsis . Влияние на развитие хлоропластов и передачу сигналов от хлоропласта к ядру. J. Biol. Chem. 282, 2297–2304. DOI: 10.1074 / jbc.M610286200

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Рижский, Л., Давлетова, С., Лян, Х. Дж., И Миттлер, Р. (2004). Белок цинкового пальца Zat12 необходим для экспрессии цитозольной аскорбатпероксидазы 1 во время окислительного стресса у Arabidopsis . J. Biol. Chem. 279, 11736–11743. DOI: 10.1074 / jbc.M313350200

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Россель, Дж. Б., Уолтер, П. Б., Хендриксон, Л., Чоу, В. С., Пул, А., Муллино, П. М. и др. (2006). Мутация, влияющая на экспрессию гена ASCORBATE PEROXIDASE 2, выявляет связь между ответами на свет и засухоустойчивость. Среда растительных клеток. 29, 269–281. DOI: 10.1111 / j.1365-3040.2005.01419.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Россель, Дж. Б., Уилсон, П. Б., Хуссейн, Д., Ву, Н. С., Гордон, М. Дж., Мьюетт, О. П. и др. (2007). Системные и внутриклеточные ответы на фотоокислительный стресс у Arabidopsis . Растительная клетка 19, 4091–4110. DOI: 10.1105 / tpc.106.045898

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сакамото, Х., Маруяма, К., Сакума, Ю., Меши, Т., Ивабучи, М., Шинозаки, К. и др. (2004). Arabidopsis Цинковые пальцы Cys2 / His2-типа действуют как репрессоры транскрипции в условиях засухи, холода и стресса при высокой солености. Plant Physiol. 136, 2734–2746. DOI: 10.1104 / стр. 104.046599

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сакума Ю., Маруяма К., Осакабэ Ю., Цин Ф., Секи М., Шинозаки К. и др. (2006). Функциональный анализ фактора транскрипции Arabidopsis , DREB2A, вовлеченного в чувствительную к засухе экспрессию генов. Растительная клетка 18, 1292–1309. DOI: 10.1105 / tpc.105.035881

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сато А., Сато Ю., Фукао Ю., Фудзивара М., Умедзава Т., Шинозаки К. и др. (2009). Треонин в положении 306 калиевого канала KAT1 необходим для активности канала и является целевым сайтом для ABA-активируемой протеинкиназы SnRK2 / OST1 / SnRK2.6 . Biochem. J. 424, 439–448. DOI: 10.1042 / BJ200

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Шредер, Дж.И., и Хагивара, С. (1989). Цитозольный кальций регулирует ионные каналы в плазматической мембране замыкающих клеток Vicia faba . Природа 338, 427–430. DOI: 10.1038 / 338427a0

CrossRef Полный текст

Schulze-Muth, P., Irmler, S., Schroder, G., and Schroder, J. (1996). Новый тип рецепторной протеинкиназы из высших растений ( Catharanthus roseus ) — кДНК, внутримолекулярное аутофосфорилирование гена и идентификация треонина, важного для ауто- и субстратного фосфорилирования. J. Biol. Chem. 271, 26684–26689. DOI: 10.1074 / jbc.271.43.26684

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Shan, Q., Wang, Y., Li, J., Zhang, Y., Chen, K., Liang, Z., et al. (2013). Направленная модификация генома сельскохозяйственных культур с помощью системы CRISPR-Cas. Нат. Biotechnol. 31, 686–688. DOI: 10.1038 / NBT.2650

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Шукла, В. К., Дойон, Ю., Миллер, Дж. К., ДеКелвер, Р.C., Moehle, E.A., Worden, S.E., et al. (2009). Точная модификация генома у сельскохозяйственных культур Zea mays с помощью нуклеаз типа «цинковые пальцы». Природа 459, 437–441. DOI: 10.1038 / nature07992

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Стокингер, Э. Дж., Гилмор, С. Дж., И Томашоу, М. Ф. (1997). Arabidopsis thaliana CBF1 кодирует активатор транскрипции, содержащий домен AP2, который связывается с C-повтором / DRE, цис-действующим регуляторным элементом ДНК, который стимулирует транскрипцию в ответ на низкую температуру и дефицит воды. Proc. Natl. Акад. Sci. США 94, 1035–1040. DOI: 10.1073 / pnas.94.3.1035

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Strand, A., Asami, T., Alonso, J., Ecker, J. R., and Chory, J. (2003). Связь хлоропласта с ядром запускается накоплением Mg-протопорфирина IX. Природа 421, 79–83. DOI: 10.1038 / nature01204

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Танака, Х., Осакабе, Ю., Кацура, С., Mizuno, S., Maruyama, K., Kusakabe, K., et al. (2012). Киназы, индуцируемые абиотическим стрессом, отрицательно контролируют передачу сигналов ABA в Arabidopsis . Plant J. 70, 599–613. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2012.04901.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Тран, Л. С., Шинозаки, К., Ямагути-Шинозаки, К. (2010). Роль цитокинин-зависимой двухкомпонентной системы в передаче сигналов АБК и осмотического стресса. Завод Сигнал. Behav. 5, 148–150. DOI: 10.4161 / psb.5.2.10411

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Тран, Л. С., Урао, Т., Цинь, Ф., Маруяма, К., Какимото, Т., Шинозаки, К., и др. (2007a). Функциональный анализ гистидинкиназ рецепторов AHK1 / ATHK1 и цитокининов в ответ на абсцизовую кислоту, засуху и солевой стресс у Arabidopsis . Proc. Natl. Акад. Sci. США 104, 20623–20628. DOI: 10.1073 / pnas.0706547105

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Тран, Л.С., Накашима К., Шинозаки К. и Ямагути-Шинозаки К. (2007b). Генные сети растений в ответе на осмотический стресс: от генов до регуляторных сетей. Methods Enzymol. 428, 109–128. DOI: 10.1016 / S0076-6879 (07) 28006-1

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Тунг, С. А., Смитон, Р., Уайт, К. А., Блэк, К. Р., Тейлор, И. Б., Хилтон, Х. У. и др. (2008). Сверхэкспрессия LeNCED1 в томате ( Solanum lycopersicum L.) с промотором rbcS3C позволяет восстановить линии, которые накапливают очень высокие уровни абсцизовой кислоты и демонстрируют тяжелые фенотипы. Среда растительных клеток. 31, 968–981. DOI: 10.1111 / j.1365-3040.2008.01812.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Умедзава Т., Накашима К., Миякава Т., Куромори Т., Танокура М., Шинозаки К. и др. (2010). Молекулярная основа основной регуляторной сети в ответах АБК: зондирование, передача сигналов и транспорт. Physiol растительных клеток. 51, 1821–1839. DOI: 10.1093 / pcp / pcq156

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Урао, Т., Якубов, Б., Сато, Р., Ямагути-Шинозаки, К., Секи, М., Хираяма, Т. и др. (1999). Трансмембранная гистидинкиназа гибридного типа в Arabidopsis функционирует как осмосенсор. Растительная клетка 11, 1743–1754.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

Utsumi, Y., Tanaka, M., Morosawa, T., Kurotani, A., Yoshida, T., Mochida, K., et al. (2012). Транскриптомный анализ с использованием олигомикроматрицы высокой плотности в условиях стресса засухи у различных генотипов маниоки: важной тропической культуры. DNA Res. 19, 335–345. DOI: 10.1093 / dnares / dss016

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Вахисалу, Т., Коллист, Х., Ван, Ю. Ф., Нисимура, Н., Чан, В. Ю., Валерио, Г., и др. (2008). SLAC1 необходим для функции анионного канала S-типа замыкающих клеток растений в устьичной передаче сигналов. Природа 452, 487–491. DOI: 10.1038 / nature06608

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Vandenabeele, S., Vanderauwera, S., Vuylsteke, M., Rombauts, S., Langebartels, C., Seidlitz, H.K., et al. (2004). Дефицит каталазы резко влияет на экспрессию генов, индуцированную высоким светом, у Arabidopsis thaliana . Plant J. 39, 45–58. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2004.02105.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Vanderauwera, S., Zimmermann, P., Rombauts, S., Vandenabeele, S., Langebartels, C., Gruissem, W., et al. (2005). Полногеномный анализ экспрессии генов, регулируемых перекисью водорода, в Arabidopsis показывает, что индуцированный светом транскрипционный кластер участвует в биосинтезе антоцианов. Plant Physiol. 139, 806–821. DOI: 10.1104 / стр.105.065896

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Валиа, Х., Уилсон, К., Исмаил, А. М., Клоуз, Т. Дж., И Цуй, X. (2009). Сравнение паттернов геномной экспрессии у разных видов растений показывает сильно различающуюся динамику транскрипции в ответ на солевой стресс. BMC Genomics 10: 398. DOI: 10.1186 / 1471-2164-10-398

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Уилсон, П.Б., Эставилло, Г. М., Филд, К. Дж., Порнсиривонг, В., Кэрролл, А. Дж., Хауэлл, К. А. и др. (2009). Нуклеотидаза / фосфатаза SAL1 является негативным регулятором засухоустойчивости у Arabidopsis . Plant J. 58, 299–317. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2008.03780.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Вольбах, Д. Дж., Квирино, Б. Ф., и Сассман, М. Р. (2008). Анализ гистидинкиназы ATHK1 Arabidopsis показывает связь между восприятием вегетативного осмотического стресса и созреванием семян. Растительная клетка 20, 1101–1117. DOI: 10.1105 / tpc.107.055871

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сяо Ю., Савченко Т., Байду Э. Э., Чехаб В. Э., Хайден Д. М., Толстиков В. и др. (2012). Ретроградная передача сигналов пластидным метаболитом MEcPP регулирует экспрессию генов ядерной реакции на стресс. Cell 149, 1525–1535. DOI: 10.1016 / j.cell.2012.04.038

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ямагути-Шинозаки, К., и Шинозаки, К. (2006). Сети регуляции транскрипции в клеточных ответах и ​​толерантности к обезвоживанию и холодовым стрессам. Annu. Rev. Plant Biol. 57, 781–803. DOI: 10.1146 / annurev.arplant.57.032905.105444

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Янг Т., Чаудхури С., Янг Л., Ду Л. и Повайя Б. В. (2010). Член семейства рецептор-подобных киназ, регулируемый кальцием / кальмодулином, придает растениям толерантность к холоду. Дж.Биол. Chem. 285, 7119–7126. DOI: 10.1074 / jbc.M109.035659

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Zhang, F., Maeder, M. L., Unger-Wallace, E., Hoshaw, J. P., Reyon, D., Christian, M., et al. (2010). Высокочастотный направленный мутагенез в Arabidopsis thaliana с использованием нуклеаз цинкового пальца. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 12028–12033. DOI: 10.1073 / pnas.09149

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Вьетнам посадит 1 миллиард деревьев — но как?

  • После серии смертоносных тайфунов в конце 2020 года премьер-министр Вьетнама призвал страну к 2025 году посадить 1 миллиард деревьев по всей стране, чтобы снизить риск оползней и наводнений.
  • Как ни странно, правительство заявляет, что посадка деревьев будет сосредоточена в развитых районах, таких как города и промышленные зоны; он не выпустил более подробную информацию о том, какие виды будут высажены, где, кем или о стоимости.
  • Прошлые кампании по лесовосстановлению позволили увеличить общий лесной покров страны, но в основном за счет создания плантаций неместных пород, которые регулярно вырубаются для бумаги или древесины. Некоторые организации и фермеры работают над изменением подхода Вьетнама к лесовосстановлению.
  • Этот материал был подготовлен при поддержке Фонда журналистики тропических лесов в партнерстве с Пулитцеровским центром.

HUE, Вьетнам — В октябре и ноябре 2020 года на Вьетнам обрушился непрекращающийся поток из девяти тайфунов и тропических штормов, вызвавший рекордные наводнения и бесчисленные оползни. Погибло около 200 человек, материальный ущерб оценивается в 1,5 миллиарда долларов.

Тогдашний премьер-министр Нгуен Суан Фук ответил 10 ноября, призвав к 2025 году посадить 1 миллиард деревьев по всей стране в надежде, что увеличение лесного покрова поможет предотвратить будущие оползни и уменьшить наводнения.

Программа «Миллиард деревьев» теперь является официальной государственной политикой с рядом целей, включая защиту экосистем, улучшение ландшафта, реагирование на изменение климата и содействие экономическому развитию. Но правительство еще не обнародовало конкретные данные о том, какие виды будут высаживаться, где и кем, а также о стоимости и источнике финансирования.

И хотя эта инициатива возникла после стихийных бедствий, которые сильно повлияли на общины в горных районах, особенно в центральном Вьетнаме, основное внимание она уделяет другим местам.

«Министерство сельского хозяйства и развития сельских районов [MARD] разработало проект циркуляра, и если вы посмотрите на него, 85% деревьев планируется для городских и промышленных зон, поэтому только 15% — для горных районов», — сказал Фук Суан. К, программный аналитик международной неправительственной организации Forest Trends. «Конечно, городские и промышленные зоны важны, но не так важны для предотвращения и смягчения последствий наводнений и оползней, вызванных тропическими штормами».

MARD не ответила на запросы о комментариях.

В правительственной директиве с изложением программы, которая доступна только на вьетнамском языке, отмечается, что посевы будут сосредоточены в городских районах, промышленных зонах, зонах экспортной обработки и транспортных коридорах, но не указывает, почему. Он начинается с упоминания воздействия изменения климата и экстремальных погодных явлений на жизнь людей и имущество и называет «радикальное освоение лесов» «неотложной задачей и долгосрочной стратегической задачей».

Безусловно, нехватка зеленых насаждений — хроническая проблема городских районов Вьетнама.Например, правительство Хошимина, коммерческого центра страны, заявляет, что в городе на одного жителя приходится всего 0,55 кв. М (6 кв. Футов) общественного парка, по сравнению с 30 кв. М (326 кв. Футов) на человека в Сингапуре. Городские власти уже начали сажать деревья в рамках программы после многих лет потери деревьев в городах из-за развития инфраструктуры.

Тем не менее, Фук сказал, что его удивил такой акцент на городах. «Когда вьетнамцы слышат о миллиардах деревьев, мы думаем о лесах, — сказал он.Из такого количества деревьев можно создать до 500 000 гектаров (1,2 миллиона акров) нового леса, но план MARD предусматривает посадку всего 80 000 гектаров (198 000 акров), а остальные деревья уйдут в урбанизированные районы, добавил он.

4 апреля официальные лица и волонтеры посадили 23 дерева в недостроенном парке вдоль реки Сайгон в Хошимине, что является частью плана Вьетнама по посадке 1 миллиарда деревьев к 2025 году. Большинство деревьев планируется посадить в городских районах. Изображение Майкла Татарски Некоторые из новых деревьев начали увядать из-за засушливой жары Хошимина.Изображение Михаила Татарского.

История лесовосстановления во Вьетнаме

Посадку деревьев по приказу центрального правительства можно проследить до покойного бывшего президента Хо Ши Мина, который начал новогоднюю традицию сажать деревья по лунному календарю в 1959 году, когда Вьетнам был разделен на две страны.

Согласно еще не опубликованному исследовательскому документу от 2020 года о крупномасштабных программах лесовосстановления во Вьетнаме, в 1992 году был реализован проект 327 — пятилетняя общенациональная программа лесовосстановления стоимостью 68 миллионов долларов.Однако его критиковали за то, что производство древесины поставили выше продовольственной безопасности и сосредоточили внимание на экзотических породах деревьев, таких как эвкалипт и акация.

В 1998 году правительство представило национальную программу лесовосстановления 5 миллионов гектаров (5MHRP), стоимость которой до 2010 года составила более 1,5 миллиарда долларов, что резко увеличило масштабы проекта 327. 5MHRP не достигла поставленных целей по лесовосстановлению на территории, а в некоторых провинциях поощряла замену естественных кустарников, за счет которых жили местные сообщества, монокультурными плантациями, как правило, акации, которые управляются и периодически вырубаются мелкими землевладельцами.

Плантации акации доминируют в ландшафте района Хыонгча в провинции Туа Тхиен-Хюэ в центральном Вьетнаме. Изображение Майкла Татарски. Нгуен Куанг Хоа ухаживает за саженцами в своем доме за пределами Хюэ в провинции Тхуа Тхиен-Хюэ. На большинстве плантаций в этом районе выращивают монокультуры акации, но на своей плантации Хоа высаживает среди акации местные долгоживущие деревья. Изображение Михаила Татарского.

Мелкие землевладельцы являются важным аспектом лесного хозяйства во Вьетнаме, поскольку они контролируют не менее половины площади лесонасаждений страны, а в сельских районах, таких как горы за пределами Хюэ, плантации являются основным источником дохода для жителей.Плантационные леса обычно приносят меньше экологических выгод, чем естественные лесные экосистемы; например, они меньше укрывают диких животных, меньше защищают от штормов и накапливают меньше углерода.

Несмотря на эти недостатки, такие инициативы, как проект 327 и 5MHRP, действительно повлияли на показатели необработанных лесов. Согласно данным доклада 2020 года, лесной покров Вьетнама вырос с 28% территории страны, или 9,4 миллиона гектаров (23 миллиона акров), в 1990 году до 42%, или 14,6 миллиона гектаров (36 миллионов акров), в 2020 году.По данным Open Development Mekong, за это время росли как естественные леса, так и плантации, но плантации росли быстрее. По состоянию на 2016 год естественные леса составляли около 71% от общего лесного покрова; из них только 0,25% составляют девственные леса.

«С одной стороны, лесной покров расширился, поэтому, если это ваш показатель, то лесовозобновление было в некоторой степени успешным», — сказала Памела МакЭлви, доцент кафедры экологии человека в Университете Рутгерса в Нью-Джерси, США, которая является соавтором программы 2020 года. бумага.«Но в нем ничего не говорится о качестве лесов и их долгосрочном статусе».

МакЭлви сказал, что существуют серьезные региональные различия в способах восстановления лесов, учитывая разнообразную географию Вьетнама. В то время как полосы центрального Вьетнама теперь покрыты плантациями неместной акации для сбора урожая, части дельты Меконга успешно расширились или, по крайней мере, сохранили местный мангровый лесной покров, который должен оставаться на месте и защищать прибрежные сообщества.

Недавно посаженные мангровые деревья в провинции Тра Винь, часть местных усилий по посадке деревьев в дельте Меконга, не связанных с программой Вьетнама по выращиванию 1 миллиарда деревьев. Мангровые заросли помогают защитить местные сообщества от повышения уровня моря и усиления штормов, вызванных изменением климата. Изображение Михаила Татарского.

Проблема акации

При спуске в город Хюэ в центральном Вьетнаме регион кажется бескрайним простором лесных холмов и гор. Однако на уровне земли становится очевидным, что это уловка: миля за милей монокультурные плантации, в основном выращивающие акацию, покрывают низины и предгорья, ведущие к изрезанной границе с Лаосом.

Акация не является уроженцем Вьетнама, но она стала доминировать в этом ландшафте, где тысячи мелких землевладельцев выращивают ее во время уборки урожая продолжительностью до семи лет для производства бумаги и древесины.

Лесной сектор имеет большое экономическое значение, поскольку Управление лесного хозяйства Вьетнама намеревается достичь в этом году экспорта в 14 миллиардов долларов.

«Итак, акация кладет деньги в карманы людей, но она приводит к расслоению земель, и не всем это приносит пользу», — сказал МакЭлви.«В других местах [во Вьетнаме] есть разные модели, например, некоторые модели мангровых зарослей основаны на более разнообразной экологии, но этого не происходит с акацией: это один вид, и ничего другого нет, и это не то, о чем люди думают. как лес ».

Кроме того, высокие тонкие деревья акации легко повалить при сильном ветре, поднимая почву и повышая риск оползней.

Грузовики, перевозящие лес, — обычное явление на дорогах провинции Тхуа Тхиен-Хюэ. Изображение Михаила Татарского.Бывшая плантация акации готовится к строительству скоростной автомагистрали недалеко от города Хюэ в провинции Тхуа Тхиен-Хюэ. Развитие инфраструктуры остается основной причиной гибели деревьев во Вьетнаме. Изображение Михаила Татарского.

Район Хыонг Ча, расположенный недалеко от Хюэ в провинции Тхуа Тхиен-Хюэ, пострадал от прошлогодних штормов, а рядом с ним произошла серия оползней, похоронивших 17 рабочих на плотине гидроэлектростанции, что положило начало драматической спасательной операции с участием вьетнамских военных. Только шесть тел были обнаружены.

Бесконечные плантации акации, виды которых поощрялись и субсидировались предыдущими программами лесовосстановления, простираются от узкой рябой дороги, ведущей к долине. Чередование урожая на небольших участках создает лоскутное одеяло из 12-метровых (40-футовых) деревьев рядом с только что расчищенной землей.

Фермер, пожелавший остаться неназванным, чтобы свободно говорить о своем экономическом положении, сидел за стойлом с напитками, делая перерыв в уходе за своей землей.

«Я переехал сюда в 2002 году, чтобы начать выращивать акацию», — сказал он по-вьетнамски.«Если я продаю их на материал для изготовления бумаги, они растут четыре или пять лет, но чтобы получить древесину, нужно больше семи лет. С экономической точки зрения, это не так много, а за почвой очень сложно ухаживать ».

Его простой бетонный дом внизу по дороге свидетельствует о его скудном доходе. По словам фермера, если он вырастит 1 гектар (2,5 акра) акации в течение пяти лет, он может продать его за 3470 долларов прибыли или всего 58 долларов в месяц — и это считается хорошей продажной ценой. У него около 3 га (7.4 акра) акации и выращивает джекфрут, манго и банановые деревья вокруг своего дома для дополнительного дохода, поскольку почва на дне долины богаче, чем на склонах холмов.

«Деревья акации не удерживают воду или почву, поэтому, когда идет дождь, любая хорошая почва сходит с холма», — сказал он. «В самых высоких частях холмов дереву может потребоваться 10 лет, чтобы достичь высоты, которой оно обычно достигает за семь лет».

Когда его спросили, посадили ли он или его соседи что-нибудь кроме акации, он ответил, что это все, что они знают: «Но если бы я узнал о проектах с использованием других видов, я бы с удовольствием узнал о них.”

Расчищенные участки плантаций чередуются с выращиванием акации рядом с водоемом в районе Хыонг Ча. Такие области считаются лесным покровом, хотя по сравнению с естественным лесом они обеспечивают гораздо меньше экологических выгод, таких как хранение углерода, среда обитания диких животных и защита от эрозии. Изображение Михаила Татарского.

Смешанные насаждения

Фактически, такие усилия по лесовосстановлению ведутся по всему Вьетнаму благодаря природоохранным НПО, таким как WWF Вьетнама и PanNature, а также по инициативе отдельных фермеров.

«Во Вьетнаме мы слишком много внимания уделяем инициативам по посадке деревьев, где мы просто пытаемся увеличить лесной покров — везде, где есть деревья, он может считаться лесом — и мы хотим больше сосредоточиться на качестве и устойчивости этой деятельности», — сказал Нгуен Хай Ван, заместитель директора PanNature. «В предыдущих программах мы сажали быстрорастущие деревья, такие как акация, но долгое время никто не говорил об их устойчивости, и по этому поводу возникает очень много вопросов».

PanNature работает с местными сообществами, особенно с группами этнических меньшинств, в Центральном нагорье и горном северо-западе, чтобы возродить традиционные методы управления лесами.

«Мы стараемся восстановить леса и очень внимательно относимся к тому, какие виды пород мы предоставляем местному населению для посадки», — сказал Ван. «Мы учитываем качество почвы, микроклимат, соответствует ли она естественной экосистеме, какую ценность и пользу люди могут получить, если посадят это дерево».

Нгуен Дык То Луу, менеджер программы управления ресурсами PanNature, добавил, что они не уделяют особого внимания деревьям; вместо этого они смешиваются с кустарниками, лекарственными и фруктовыми растениями. Это дает людям, которые полагаются на лес как источник средств к существованию, более разнообразный источник дохода, а также позволяет избежать ловушек, связанных с плантациями монокультур.

«Мы не идем на большие плантации промышленных пород, вместо этого мы хотим использовать небольшие проекты, проводимые местным населением с использованием многоцелевых пород и смешанных насаждений, а не только древесины», — сказал Луу. «Мы поставляем не только саженцы; мы ведем людей от начала производства семян до проектирования плантаций и выбора участков, защиты и ухода. Мы стараемся установить долгосрочные отношения с сообществами, защищающими лес ».

PanNature также недавно обнаружила популяцию находящихся под угрозой исчезновения северных белощекых гиббонов ( Nomascus leucogenys ) рядом с одним из участков своего проекта в Сон-Ла, провинции на удаленном северо-западе.Они планируют посадить фруктовые деревья, которыми могут питаться приматы, расширяя свою среду обитания за счет новых смешанных лесов.

Нгуен Куанг Хоа (слева) и Фан Ху Тан на ферме последнего. Акация за ними была посажена в 2014 году и обрезана в 2018 году. Изображение Михаила Татарского.

Тем временем в Тхуа Тхиен-Хюэ WWF Вьетнама работает с фермерами, такими как Нгуен Куанг Хоа, над альтернативным методом лесовосстановления, который может стать моделью для программы создания миллиарда деревьев.

«Мы по-прежнему пересаживаем собранную акацию, но в то же время мы также сажаем местные виды, которые живут дольше», — сказал Хоа в своем доме рядом с кладбищем в низинах за пределами Хюэ.«Поэтому, когда фермеры хотят вырастить акацию, они просто срежут ее, а остальные оставят».

Этому проекту всего год, но Хоа привел нас на большую ферму, принадлежащую Фан Ху Тану в районе Хуонг Туи. Площадь владений Тана составляет более 130 гектаров (321 акр), и он намного больше, чем у среднего мелкого землевладельца. За пределами акации он также выращивает апельсины, перец, бананы и маракуйи.

«Раньше я срубил много деревьев и во Вьетнаме, и в Лаосе, а теперь хочу помочь вырастить их снова», — сказал Тан.

При поддержке Всемирного фонда дикой природы Вьетнама он выделил 7 гектаров (17,3 акра) для смешанных посевов, в отличие от акации. Здесь было посажено 500 саженцев местных деревьев среди 3000 акаций на каждом гектаре.

К местным видам относятся индийское красное дерево ( Chukrasia tabularis ) и смоляное дерево ( Dipterocarpus alatus ), а однолетние саженцы полностью затмеваются окружающей их зрелой акацией.

«Мы позволим им вырасти в поколение моих внуков», — сказал Тан.«Но я не хочу сажать их слишком глубоко на территории, так как я не могу следить за всем, и я боюсь, что люди их срубят».

Он сказал, что надеется в конечном итоге расширить территорию смешанных видов до 50 гектаров (124 акра), что позволит добавить в его владение тысячи местных долгоживущих деревьев. Однако Хоа отметил, что для многих экономика акации перевешивает экологические преимущества более разнообразных и здоровых лесов.

«Люди, у которых много земли, вероятно, добровольно пожертвуют часть ее для подобных проектов, но если у них мало земли, они не будут этого делать, потому что они знают, что если они будут выращивать местные деревья, это будут их внуки. которые наследуют их », — сказал он.«Они знают, что сажать акацию работает, и не хотят рисковать».

Акация на разных стадиях роста на ферме Фан Ху Тана. Изображение Михаила Татарского.

Будущее 1 миллиарда деревьев

В то время как любые отходы от полной зависимости от акации в центральном Вьетнаме остаются относительно небольшими, это тенденция, которую хотят видеть такие специалисты по лесному хозяйству, как Ван, Фук и МакЭлви.

«Если мы собираемся говорить о долгосрочной адаптации, я бы хотел, чтобы провинциальные отделы лесного хозяйства начали говорить о том, что акация не является подходящим видом в этом контексте», — сказал МакЭлви.«Это не прочный, глубоко укоренившийся вид, но нельзя полагаться на то, что мелкие фермеры сами отойдут от него. Они просто не могут себе этого позволить, поэтому, если вы хотите зарабатывать деньги на более разнообразном естественном лесу, вам нужны более долгосрочные субсидии. У вас должны быть деньги для домашних хозяйств, поскольку они ждут долгосрочной смены древесины ».

Пока еще неизвестно, какие леса программа по выращиванию миллиарда деревьев установит в высокогорных районах, Фук из Forest Trends сказал, что, в конечном итоге, поиск доступных земель для посадки новых деревьев может оказаться там самой большой проблемой для программы.

«Есть довольно много земли, которую можно использовать, но ею управляют местные домохозяйства, и вы не можете сказать им, чтобы они сажали деревья так, как вы хотите», — сказал он. «На бумаге около миллиона гектаров [2,5 миллиона акров] управляется местными властями, но на самом деле сельские жители уже использовали его для возделывания земель. Найти землю чрезвычайно сложно, и одна из причин, по которой 5MHRP не удалось, заключается в том, что просто не хватило земли для посадки деревьев ».

Это, по словам Фука, основная причина, по которой правительство уделяет внимание городским районам, когда дело доходит до посадки в течение следующих пяти лет, несмотря на то, что оно разработало программу создания миллиарда деревьев в контексте разрушительных оползней и наводнений в горных районах.

В конечном счете, именно жители быстрорастущих городов Вьетнама могут получить наибольшую выгоду от этой последней общенациональной кампании по посадке деревьев. Дополнительный городской древесный покров поможет бороться с ухудшением загрязнения воздуха и уменьшить эффект острова тепла, вызванный интенсивной застройкой.

Тем временем такие фермеры, как Хоа и Тан, останутся среди уязвимых ландшафтов на линии огня ежегодного сезона тайфунов в стране, который, как ожидается, в будущем станет более интенсивным из-за изменения климата.

Годовалое местное дерево на ферме Фан Ху Тана. Изображение Михаила Татарского.

Изображение баннера: Тропический лес в национальном парке Кук Фыонг, Вьетнам. Изображение Ретта А. Батлера.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ: Используйте эту форму, чтобы отправить сообщение редактору этого сообщения. Если вы хотите опубликовать публичный комментарий, вы можете сделать это внизу страницы.

Лесной углерод, Лесные продукты, Лесное хозяйство, Леса, Плантации, Целлюлоза и бумага, Тропические леса, Лесовосстановление, Древесина, Деревья, Тропические леса

ПЕЧАТЬ

STM / BP-подобный KNOXI не связан с ARP в регуляции развития сложных листьев у Medicago truncatula | Растительная клетка

Аннотация

Class I KNOTTED Гены -подобных гомеобоксов ( KNOXI ) имеют решающее значение для поддержания апикальной меристемы побегов.Домен экспрессии KNOXI регулируется генами ASYMMETRIC LEAVES1 / ROUGHSHEATh3 / PHANTASTICA ( ARP ), которые связаны с морфологией листа. В кладе с инвертированным отсутствием повторов (IRLC) Fabaceae ортологи LEAFY ( LFY ) функционируют вместо KNOXI , регулируя развитие сложного листа. Здесь мы охарактеризовали мутанты с потерей функции ARP ( PHAN ) и SHOOTMERISTEMLESS ( STM ) и BREVIPEDICELLUS ( BP ) -подобной ноги KNOXI вид Medicago truncatula .Функция генов ARP видоспецифична. Репрессия STM / BP-подобных генов KNOXI в листьях не опосредована PHAN , и не наблюдалась супрессия PHAN STM / BP-подобных генов KNOXI , что указывает на то, что STM / BP-подобные гены KNOXI не связаны с PHAN в M. truncatula . Кроме того, сравнительный анализ фенотипического выхода в ответ на эктопическую экспрессию KNOXI и M.truncatula LFY , ортолог SINGLE LEAFLET1 ( SGL1 ), показывают, что KNOXI и SGL1 регулируют параллельные пути в развитии листа. Мы предполагаем, что SGL1 , вероятно, функционирует специфическим для стадии образом в регуляции неопределенного состояния развивающихся листьев у M. truncatula .

ВВЕДЕНИЕ

KNOTTED-подобные гомеобоксы (KNOX) белки регулируют как эмбриональное, так и постэмбриональное развитие растений.Гены KNOX делятся на два подкласса: класс I KNOX ( KNOXI ) и класс II KNOX ( KNOXII ) на основе сходства последовательностей, структуры гена и характера экспрессии (Hay and Tsiantis, 2010). Гены KNOXI , которые эволюционно близки к кукурузе ( Zea mays ) KN1 (Vollbrecht et al., 1991), экспрессируются в апикальной меристеме побегов (SAM) как однодольных, так и эвдикотовых растений и играют решающую роль в их развитии. поддержание SAM и регуляция сложности листа у сосудистых растений (Long et al., 1996; Hake et al., 2004; Баркулас и др., 2008; Хэй, Циантис, 2010). KNOXII гены обнаруживают различные паттерны экспрессии, и их функция не ясна (Serikawa et al., 1997; Byrne et al., 2002).

Семейство генов KNOXI из Arabidopsis thaliana состоит из SHOOTMERISTEMLESS ( STM ), BREVIPEDICELLUS ( BP ) / KNOTTED 910 1 , аналогичных A. KNAT2 и KNAT6 (Lincoln et al., 1994; Long et al., 1996). STM экспрессируется во время раннего эмбриогенеза и маркирует всю SAM. Мутант с потерей функции stm не смог установить SAM во время эмбриогенеза (Long et al., 1996; Belles-Boix et al., 2006). BP избыточно способствует поддержанию SAM с STM (Byrne et al., 2002; Venglat et al., 2002), а потеря BP растений показала умеренно карликовый фенотип. KNAT2 и KNAT6 показали дублирующие и антагонистические роли с генами KNOXI (Belles-Boix et al., 2006; Ragni et al., 2008). В SAM белки KNOXI увеличивают уровень цитокинина (CK) за счет активации экспрессии гена биосинтеза CK ISOPENTENYL TRANSFEREASE7 и снижают уровень гибберелловой кислоты путем ингибирования гена GA 2-оксидазы 1 (Sakamoto et al., 2001; Jasinski et al., 2005; Yanai et al., 2005; Bolduc, Hake, 2009). Такие условия с высоким содержанием CK и низким содержанием гибберелловой кислоты необходимы SAM для поддержания своей активности. Эктопическая экспрессия генов KNOXI значительно изменяла развитие листьев (Lincoln et al., 1994; Belles-Boix et al., 2006; Шани и др., 2009). У видов с простыми листьями, таких как Arabidopsis , у трансгенных растений, сверхэкспрессирующих KNOXI , наблюдали лопастной край листа. Однако у видов со сложными листьями сверхэкспрессия генов KNOXI резко увеличивает степень повторения листочков (Hareven et al., 1996; Hay and Tsiantis, 2006).

A MYB, фактор транскрипции , АСИММЕТРИЧЕСКИЕ ЛИСТЬЯ1 ( AS1 ) в Arabidopsis , ROUGH SHEATh3 ( RS2 ) в кукурузе и PHANTICA вместе известные как факторы ARP ) является негативным регулятором генов KNOXI (Waites et al., 1998; Тиммерманс и др., 1999; Циантис и др., 1999; Бирн и др., 2000; Guo et al., 2008; Lodha et al., 2013). Формы листьев можно разделить на два основных типа: простые листья и сложные листья. Простая створка состоит из одного неразделенного лезвия, а составная пластина состоит из нескольких прерывистых лезвий. Регуляторный модуль ARP-KNOXI хорошо известен у видов с простыми листьями. У Arabidopsis взаимоисключающий паттерн экспрессии наблюдается между AS1 и STM на верхушке побега. STM репрессирует экспрессию AS1 в презумптивных стволовых клетках для поддержания недифференцированного меристематического состояния (Byrne et al., 2000). Кроме того, белки ARP действуют в листе, ограничивая KNOXI, например BP, в SAM. Взаимоисключающие домены экспрессии ARP и KNOXI отличает клетку-основатель листа от судьбы меристемных клеток в SAM (Long et al., 1996; Hay and Tsiantis, 2006). Напротив, некоторые виды со сложными листьями, такие как томат ( Solanum lycopersicum ) и Cardamine hirsuta , демонстрируют реактивацию экспрессии KNOXI во время развития листа.У этих видов наблюдалось перекрытие доменов экспрессии ARP и KNOXI (Hareven et al., 1996; Bharathan et al., 2002; Hay and Tsiantis, 2006; Champagne et al., 2007; Shani et al. ., 2009). Однако анализ экспрессии ARP и KNOXI в горохе ( Pisum sativum ), бобовых со сложными листьями, принадлежащими к кладе с большим инвертированным повторением (IRLC), показывает, что они экспрессируются в дополнительных доменах, таких как простые — листовые виды и в отличие от томатов (Tattersall et al., 2005).

Отсутствие экспрессии KNOXI в зачатках листьев группы IRLC указывает на то, что генов KNOXI могут не участвовать в формировании сложных листьев у этих бобовых (Hofer et al., 2001; Champagne et al., 2007). Дальнейшие исследования показывают, что предполагаемые ортологи FLORICAULA / LEAFY ( LFY ), гороха UNIFOLIATA ( UNI ) и Medicago truncatula SINGLE LEAFLET1 (I ) регулируют функцию SGLET1 (I ) вместо K развитие сложного листа (Hofer et al., 1997; Войцеховски и др., 2004; Champagne et al., 2007; Wang et al., 2008). Эти результаты вызывают вопросы о том, сохраняется ли регуляторная цепь ARP KNOXI в IRLC, поскольку процесс развития сложного листа сместился от модуля, опосредованного KNOXI, и как ортологи LFY берут на себя роль в соединении. узор листьев в IRLC. Однако отсутствие мутантов с потерей функции KNOXI и ARP в бобовых препятствует пониманию этого особого генетического механизма регуляции образования сложных листьев.Здесь мы решаем эти вопросы, охарактеризовав мутанты Tnt1, , меченные ретротранспозоном ARP, и STM / BP-подобных KNOXI в модельной бобовой M. truncatula . Мы показываем, что M. truncatula ARP ( PHAN ) и STM / BP-подобных генов KNOXI обладают консервативными функциями. Однако никаких генетических взаимодействий между PHAN и STM / BP-подобных генов KNOXI не наблюдалось, что позволяет предположить, что STM / BP-подобных генов KNOXI не связаны с PHAN .Кроме того, различные ответы на эктопическую экспрессию KNOXI и SGL1 показывают, что KNOXI и SGL1 регулируют параллельные пути в развитии листа, а SGL1 , вероятно, функционирует в зависимости от стадии, регулируя неопределенное состояние развития. листья в M. truncatula . Сравнение этих эффектов развития также проливает свет на возможную роль др. Регуляторов в формировании сложного паттерна листа.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Идентификация

M.truncatula Мутант с дефектами развития листа

Для выявления дополнительных регуляторов, контролирующих развитие листа, была проведена проверка мутантной популяции M. truncatula (~ 13 000 независимых линий), генерируемой табаком ( Nicotiana tabacum ) Tnt1 инсерционного мутагенеза ретротранспозона (Tadege et al., 2008). Была идентифицирована одна мутантная линия, NF2810, с явными изменениями морфологии листа. По сравнению с диким типом, мутантное растение имело загнутые вниз листья с ярко выраженными зубцами на краю листа и игольчатыми прилистниками (рисунки 1A-1D), а иногда и листья с эктопическими листочками и асимметричными боковыми листочками (дополнительные рисунки 1A и 1B). .Кроме того, мутантные листья имели удлиненные зазубренные кончики на краю (дополнительные рисунки 1C и 1D). На репродуктивной стадии длина черешка у мутанта была значительно уменьшена, что указывает на сжатие проксимально-дистальной оси листа (Рисунки 1C и 1E). Однако длина рахиса у мутанта не показала значительных изменений (рис. 1F). Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии показал, что длина эпидермальных клеток черешка у мутанта была резко уменьшена по сравнению с таковой у дикого типа, что позволяет предположить, что уменьшенная длина клеток объясняет укороченный черешок у мутанта (рисунки 1G и 1H).Длина эпидермальных клеток рахиса была неотличима между мутантом и диким типом, но клетки в мутанте казались более тонкими (Фигуры 1I и 1J). Кроме того, были исследованы эпидермальные клетки листьев, и не было обнаружено очевидных различий между мутантом и диким типом (дополнительные рисунки с 1E по 1H). Анатомический анализ показал, что 30% средних жилок мутантного листа имели эктопические сосудистые пучки ( n = 10). Более того, флоэма была увеличена на абаксиальной стороне листа мутанта по сравнению с таковой у дикого типа (Фигуры 1K и 1L).Расширенная флоэма также наблюдалась на черешке мутанта, что позволяет предположить, что листья мутанта были частично абаксиализированы (дополнительные рисунки 1I и 1J).

Рисунок 1.

Дефекты развития листа у мутантного растения.

(A) и (B) Адаксиальная сторона (A) и абаксиальная сторона (B) полностью распустившихся листьев 45-дневных растений дикого типа и мутантных (NF2810) растений на вегетативной стадии сцена.

(C) Полностью разросшиеся листья 80-дневных растений дикого типа и мутантных (NF2810) растений на репродуктивной стадии.Стрелка указывает на укороченный черешок мутанта.

(D) Прилистники дикого типа и мутант.

(E) и (F) Длина черешка (E) и рахиса (F) дикого типа и мутанта на разных стадиях развития. DAG, дни после прорастания. Числа представлены как среднее ± стандартное отклонение ( n = 10). ** P <0,01.

(G) от до (J) Изображения с помощью сканирующего электронного микроскопа эпидермальных клеток черешка ( [G] и [H] ) и позвоночника ( [I] и [J] ) из 80-дневных растений дикого типа и мутантных растений.

(K) и (L) Поперечные срезы сосудистых пучков в средних жилках листа дикого типа (K) и мутанта (L) . Стрелка указывает на эктопический сосудистый пучок. На вставках в (K), и (L), показан увеличенный вид сосудистых пучков (области в рамке). Ph, флоэма; X, ксилема; AD, адаксиальная сторона; AB, абаксиальная сторона.

Штанги = 1 см для (A) от до (C) , 5 мм для (D) , 50 мкм для (G) от до (J) и 200 мкм для (K ) и (L) .

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Рисунок 1.

Дефекты развития листьев у мутантных растений.

(A) и (B) Адаксиальная сторона (A) и абаксиальная сторона (B) полностью распустившихся листьев 45-дневных растений дикого типа и мутантных (NF2810) растений на вегетативной стадии сцена.

(C) Полностью разросшиеся листья 80-дневных растений дикого типа и мутантных (NF2810) растений на репродуктивной стадии. Стрелка указывает на укороченный черешок мутанта.

(D) Прилистники дикого типа и мутант.

(E) и (F) Длина черешка (E) и рахиса (F) дикого типа и мутанта на разных стадиях развития. DAG, дни после прорастания. Числа представлены как среднее ± стандартное отклонение ( n = 10). ** P <0,01.

(G) от до (J) Изображения с помощью сканирующего электронного микроскопа эпидермальных клеток черешка ( [G] и [H] ) и позвоночника ( [I] и [J] ) из 80-дневных растений дикого типа и мутантных растений.

(K) и (L) Поперечные срезы сосудистых пучков в средних жилках листа дикого типа (K) и мутанта (L) . Стрелка указывает на эктопический сосудистый пучок. На вставках в (K), и (L), показан увеличенный вид сосудистых пучков (области в рамке). Ph, флоэма; X, ксилема; AD, адаксиальная сторона; AB, абаксиальная сторона.

Штанги = 1 см для (A) от до (C) , 5 мм для (D) , 50 мкм для (G) от до (J) и 200 мкм для (K ) и (L) .

[Цветную версию этого рисунка см. В статье в Интернете.]

YABBY и HD-ZIP III Семейства генов участвуют в создании абаксиальных и адаксиальных доменов, соответственно (Moon and Hake, 2011; Townsley and Sinha , 2012). Для дальнейшей оценки дефектов полярности листьев у мутанта были проанализированы уровни экспрессии генов YABBY и HD-ZIP III (дополнительный рисунок 2 и дополнительные наборы данных 1 и 2). Уровни транскриптов членов гена HD-ZIP III варьировали между диким типом и мутантом, но большинство генов YABBY были активированы у мутанта, что подтверждает наблюдение абаксиализированных листьев у мутанта.В дополнение к дефектам морфологии листьев, также было затронуто развитие цветка у мутанта (дополнительные рисунки с 3А по 3J). Ширина цветковых органов, таких как вексиллум, была уменьшена у мутанта (дополнительная фигура 3К). Цветки смогли развиться в семенные коробочки, но их количество у мутанта было меньше, чем у дикого типа (дополнительный рисунок 3L).

Мутантный фенотип связан с

ARP ортологом в M. truncatula

Для идентификации гена, ассоциированного с мутантным фенотипом, была проведена термическая асимметричная чересстрочная ПЦР для извлечения фланкирующих последовательностей ретротранспозона Tnt1 из мутанта.На основании результатов генотипирования ПЦР была идентифицирована одна фланкирующая последовательность, расщепляющаяся с мутантным фенотипом. Полноразмерную геномную последовательность получали с использованием этой фланкирующей последовательности для поиска геномных последовательностей M. truncatula в базе данных Национального центра биотехнологической информации. Полноразмерную кодирующую последовательность из 1080 нуклеотидов получали с помощью ОТ-ПЦР. Сопоставление кодирующей последовательности (CDS) и геномной последовательности показало, что один интрон расположен в 5′-нетранслируемой области гена (рис. 2А).Геномный ПЦР-анализ выполняли для обнаружения сайта вставки ретротранспозона Tnt1 . В то время как фрагмент ПЦР размером ~ 1,1 т.п.н. был амплифицирован в диком типе, фрагмент ПЦР размером ~ 6,4 т.п.н., содержащий единственный ретротранспозон Tnt1 (~ 5,3 т.п.н.), был амплифицирован в мутанте (рис. 2В). Сравнение последовательностей показало, что ретротранспозон Tnt1 был вставлен в 3′-конец второго экзона этого гена (рис. 2А; дополнительная таблица 1). Анализ RT-PCR показал, что полноразмерные транскрипты были прерваны у мутанта (рис. 2C).Количественный анализ RT-PCR (qRT-PCR) выполняли для измерения уровней экспрессии генов с использованием праймеров, разработанных для амплификации фрагментов выше и ниже сайта вставки Tnt1 . Результаты показали, что уровни транскрипта этого гена были очень низкими (<9%) у мутанта по сравнению с таковым у дикого типа (дополнительная фигура 4). Филогенетический анализ показал, что этот ген является членом семейства белков MYB-домена и эволюционно ближе к гену ARP гороха CRISPA ( CRI ), который является ортологом A.majus PHAN (рис. 2D; дополнительный набор данных 3) (Waites et al., 1998). Анализ BLAST был выполнен в отношении базы данных геномных последовательностей M. truncatula (версия Mt4.0V1, www.jcvi.org/medicago/), и была обнаружена только одна копия этого гена. Сравнение аминокислотных последовательностей выявило высокое сходство последовательностей между этим белком и белками ARP из других видов растений (дополнительный рисунок 5). На основании этих данных этот ген идентифицирован как предполагаемый ортолог ARP в M.truncatula и назван PHAN . Недавно был описан мутант PHAN с меткой Tnt1 (Ge et al., 2014). Поскольку вставка Tnt1 расположена в том же положении в последовательностях белка PHAN мутантов, аллель PHAN (Ge et al., 2014) идентичен таковому в этом исследовании.

Рисунок 2.

Молекулярное клонирование PHAN в M. truncatula .

(A) Структура гена PHAN и сайт вставки Tnt1 .Прямоугольники представляют экзоны, а линии — интрон. Вертикальной стрелкой отмечено расположение ретротранспозона Tnt1 в мутанте phan . Горизонтальными стрелками отмечен фрагмент гена, использованный для конструирования трансгена PHAN RNAi .

(B) Идентификация с помощью ПЦР мутанта phan . В мутанте амплифицировали фрагмент ПЦР размером ~ 6,4 т.п.н., содержащий единственный ретротранспозон Tnt1 (~ 5,3 т.п.н.). Трансгенные растения дикого типа и PHAN RNAi, использовали в качестве контроля.

(C) RT-PCR анализ полноразмерных транскриптов транскриптов PHAN в вегетативных почках мутанта phan и трансгенных растений PHAN RNAi . ACTIN использовали в качестве контроля.

(D) Филогенетический анализ генов PHAN и ARP других видов. Выравнивания, используемые для генерации филогении, представлены в дополнительном наборе данных 3.

(E) Листья PHAN RNAi трансгенных растений имитируют фенотип phan .

(F) и (G) Генетическая комплементация phan . Типичные листья phan и phan , трансформированные конструкцией PHANpro: PHAN , показаны в (F) и (G) , соответственно.

Штанги = 1 см для дюймов (E) от до (G) .

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье]

Рисунок 2.

Молекулярное клонирование PHAN в M.truncatula .

(A) Структура гена PHAN и сайт вставки Tnt1 . Прямоугольники представляют экзоны, а линии — интрон. Вертикальной стрелкой отмечено расположение ретротранспозона Tnt1 в мутанте phan . Горизонтальными стрелками отмечен фрагмент гена, использованный для конструирования трансгена PHAN RNAi .

(B) Идентификация с помощью ПЦР мутанта phan . Фрагмент ПЦР размером ~ 6,4 т.п.н., содержащий один ретротранспозон Tnt1 (~ 5.3 т.п.н.) был амплифицирован в мутанте. Трансгенные растения дикого типа и PHAN RNAi, использовали в качестве контроля.

(C) RT-PCR анализ полноразмерных транскриптов транскриптов PHAN в вегетативных почках мутанта phan и трансгенных растений PHAN RNAi . ACTIN использовали в качестве контроля.

(D) Филогенетический анализ генов PHAN и ARP других видов.Выравнивания, используемые для генерации филогении, представлены в дополнительном наборе данных 3.

(E) Листья PHAN RNAi трансгенных растений имитируют фенотип phan .

(F) и (G) Генетическая комплементация phan . Типичные листья phan и phan , трансформированные конструкцией PHANpro: PHAN , показаны в (F) и (G) , соответственно.

Штанги = 1 см для дюймов (E) от до (G) .

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Чтобы еще раз подтвердить, что вставка Tnt1 в PHAN отвечает за мутантный фенотип, был проведен обратный генетический скрининг пулов ДНК из пулов Tnt1 с меткой Tnt1 . Была проведена мутантная популяция (Tadege et al., 2008), но не удалось обнаружить дополнительных аллелей phan из ~ 18 000 мутантных линий. Чтобы исключить возможность того, что фенотип phan вызван другими неизвестными мутациями, были получены растения с нокдауном PHAN с использованием РНК-интерференции ( PHAN RNAi ).Уровень экспрессии PHAN был резко снижен в трансгенных растениях PHAN RNAi (рис. 2C). Фенотип листьев трансгенных растений напоминал фенотип phan (рис. 2E). Кроме того, геномный фрагмент, включающий промотор и кодирующую последовательность PHAN , был стабильно введен в растения phan . Фенотип мутанта phan был полностью дополнен (фиг. 2F и 2G). В совокупности эти данные подтверждают, что потеря функции PHAN привела к дефектам развития мутанта.Анализ паттернов экспрессии на основе Атласа экспрессии генов M. truncatula выявил относительно высокие уровни PHAN в вегетативных почках, семенах и стручках (дополнительная фигура 6A). Для более полного определения характера экспрессии был сконструирован репортерный ген промотор PHAN -GUS (β-глюкуронидаза) и введен в растения дикого типа. Экспрессия GUS была обнаружена почти во всех органах (дополнительные рисунки с 6B по 6J), что указывает на широкую роль PHAN в развитии M.truncatula .

Было показано, что сверхэкспрессия AS1 в Arabidopsis приводила к образованию удлиненных и скрученных вниз листьев (Theodoris et al., 2003), а сверхэкспрессия Sl- PHAN в томатах и ​​табаке приводила к эктопическому разрастанию лезвий (Zoulias et al. др., 2012). Чтобы исследовать эффекты эктопической экспрессии PHAN , трансген PHAN , управляемый промотором 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV), был введен в организм дикого типа.Трансгенные растения не проявляли каких-либо очевидных изменений в морфологии листьев, что позволяет предположить, что повышенная активность ARP приводит к различным ответным реакциям развития у разных видов (дополнительные рисунки 6K и 6L).

STM / BP-подобная активность KNOXI достаточна для увеличения сложности листа

В предыдущем отчете три гена класса I ( KNOXI ) и три класса II ( KNOXII ) KNOX были изолированы в M.truncatula (Di Giacomo et al., 2008). При поиске BLAST в базе данных геномов M. truncatula (версия Mt4.0V1, www.jcvi.org/medicago/) были обнаружены два дополнительных гена KNOXI и два дополнительных гена KNOXII . Филогенетический анализ показал, что KNOX1 и KNOX6 были STM-подобными генами класса I; KNOX2 был геном класса I, подобным п.н .; и KNOX7 и KNOX8 были KNAT2 / 6-подобными генами класса I (дополнительная фигура 7).Кроме того, анализ Expression Atlas показал, что гены KNOX1 , 2 и 6 демонстрируют сходные паттерны экспрессии, которые отличаются от паттернов KNOX7 и KNOX8 (дополнительная фигура 8). Для начала мы сосредоточились на KNOX1 , KNOX2 и KNOX6 , потому что консервативный регуляторный модуль был зарегистрирован в основном между STM / BP-подобными генами KNOXI и ARP (Kim et al., 2003b; Луо и др., 2005; Tattersall et al., 2005; Хэй и Циантис, 2006). Предыдущие исследования показали, что эктопическая экспрессия генов KNOXI у видов с сложными листьями приводит к резкому увеличению сложности листа за счет стимулирования биосинтеза ЦК (Hareven et al., 1996; Jasinski et al., 2005; Yanai et al., 2005; Hay, Tsiantis, 2006; Champagne et al., 2007). Чтобы исследовать, играют ли KNOXI гены такие роли в M. truncatula, , KNOX1 , KNOX2 и KNOX6 под контролем конститутивного промотора 35S CaMV были введены в дикого типа.Один из генов KNOXII , KNOX4 , также был сверхэкспрессирован в качестве контроля. Трансгенные растения ( OX-KNOXI ) с повышенными уровнями экспрессии STM / BP-подобных генов KNOXI демонстрировали аналогичное повторение листочков более высокого порядка вдоль удлиненных черешков, также наблюдались вариации в количестве и форме листочков (рисунки 3A — 3F). ). Эти наблюдения демонстрируют, что эктопическая STM / BP-подобная активность KNOXI достаточна для увеличения сложности листа у M.truncatula . Трансгенные растения, сверхэкспрессирующие KNOX4 , не показали очевидных изменений в морфологии листа, что свидетельствует о различных функциональных ролях между генами KNOXI и KNOXII (фигура 3G).

Рисунок 3.

Функциональный анализ генов KNOXI в M. truncatula .

(A) от до (C) Трансгенные растения со сверхэкспрессией Pro35S: KNOX1 , Pro35S: KNOX2 и Pro35S: KNOX6 .

(D) Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает типичный лист, полученный из трансгенных растений Pro35S: KNOX1 . Внематочный листочек (наконечник стрелки) развивается вдоль черешка, а листочки более высокого порядка развиваются (стрелка). ПЭ, черешок.

(E) и (F) Типичный лист, полученный из трансгенного растения Pro35S: KNOX2 (E) и его схематическое изображение (F) . Показано резкое увеличение сложности листа.

(G) Типичный лист, полученный из трансгенного растения Pro35S: KNOX4 .

Штанги = 1 см для (A) от до (C) , (E) и (G) и 200 мкм для (D) .

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье]

Рисунок 3.

Функциональный анализ генов KNOXI в M. truncatula .

(A) от до (C) Трансгенные растения со сверхэкспрессией Pro35S: KNOX1 , Pro35S: KNOX2 и Pro35S: KNOX6 .

(D) Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает типичный лист, полученный из трансгенных растений Pro35S: KNOX1 . Внематочный листочек (наконечник стрелки) развивается вдоль черешка, а листочки более высокого порядка развиваются (стрелка). ПЭ, черешок.

(E) и (F) Типичный лист, полученный из трансгенного растения Pro35S: KNOX2 (E) и его схематическое изображение (F) . Показано резкое увеличение сложности листа.

(G) Типичный лист, полученный из трансгенного растения Pro35S: KNOX4 .

Штанги = 1 см для (A) от до (C) , (E) и (G) и 200 мкм для (D) .

[Цветную версию этого рисунка см. В статье в Интернете.]

STM / BP-подобные гены KNOXI не находятся под отрицательным контролем PHAN

Чтобы оценить, имеет ли PHAN консервативную функцию, в мутант Arabidopsis as1 была введена кодирующая последовательность PHAN под контролем промотора 35S CaMV.Мутантный фенотип был полностью комплементарен, и эктопическая экспрессия BP в as1 была репрессирована в трансгенных растениях, что указывает на функциональную эквивалентность между M. truncatula PHAN и Arabidopsis AS1 (Фигуры с 4A по 4D). Предыдущие исследования показали, что ARP является негативным регулятором генов KNOXI (Tsiantis et al., 1999; Kim et al., 2003b; Tattersall et al., 2005; Hay and Tsiantis, 2006; Guo et al., 2008). ). Чтобы исследовать, играет ли PHAN консервативную роль в репрессии STM / BP-подобных генов KNOXI в листьях M.truncatula проанализированы уровни экспрессии и домены генов KNOX1 , 2 и 6 . Данные qRT-PCR показали, что уровни экспрессии генов KNOX1 , 2 и 6 остались неизменными как на листе, так и на черешке у мутанта phan по сравнению с таковым у дикого типа (рисунки 4E и 4F). . Пространственную локализацию KNOX1 , 2 и 6 в диком типе и мутанта phan дополнительно сравнивали с помощью анализа гибридизации РНК in situ.У дикого типа экспрессия генов KNOX1 , 2 и 6 была обнаружена в SAM, но исключена из зарождающихся зачатков листьев (P0) и развивающихся зачатков листьев (рисунки 4G, 4I и 4K). В мутанте phan паттерны экспрессии трех генов KNOXI были по существу такими же, как у дикого типа (Рисунки 4H, 4J и 4L), что указывает на то, что потеря PHAN не привела к эктопической экспрессии STM / BP-подобных генов KNOXI .

Рисунок 4. Функциональный анализ

PHAN в Arabidopsis и M. truncatula .

(A) от до (D) Генетическая комплементация мутанта Arabidopsis as1 . Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов. ** P <0,01.

(A) Розетки Arabidopsis дикого типа.

(B) as1 мутант.

(C) Pro35S: PHAN в мутанте as1 .

(D) Уровни экспрессии BP в листьях дикого типа, as1 и Pro35S: PHAN на фоне as1 .

(E) и (F) Уровни транскриптов генов KNOXI в пластинке листа (E) и черешке (F) дикого типа и phan . Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR.Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

(G) от до (L) Паттерны экспрессии KNOX1 ( [G] и [H] ), KNOX2 ( [I] и [J] ), и KNOX6 ( [K] и [L] ) у дикого типа и phan . Показаны продольные разрезы ЗРК. P0, зарождающиеся зачатки листьев.

Стержни = 5 мм для (A) от до (C) и 50 мкм для (G) от до (L) .

[Цветную версию этого рисунка см. В статье в Интернете.]

Рисунок 4.

Функциональный анализ PHAN в Arabidopsis и M. truncatula .

(A) от до (D) Генетическая комплементация мутанта Arabidopsis as1 . Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов. ** P <0,01.

(A) Розетки Arabidopsis дикого типа.

(B) as1 мутант.

(C) Pro35S: PHAN в мутанте as1 .

(D) Уровни экспрессии BP в листьях дикого типа, as1 и Pro35S: PHAN на фоне as1 .

(E) и (F) Уровни транскриптов генов KNOXI в пластинке листа (E) и черешке (F) дикого типа и phan .Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

(G) от до (L) Паттерны экспрессии KNOX1 ( [G] и [H] ), KNOX2 ( [I] и [J] ), и KNOX6 ( [K] и [L] ) у дикого типа и phan . Показаны продольные разрезы ЗРК. P0, зарождающиеся зачатки листьев.

Стержни = 5 мм для (A) от до (C) и 50 мкм для (G) от до (L) .

[Цветную версию этого рисунка см. В статье в Интернете.]

Одновременное нарушение

STM / BP-подобных генов KNOXI не может спасти фенотип phan

Чтобы лучше понять функции STM / BP-подобных генов KNOXI , был проведен обратный генетический скрининг ПЦР мутантной популяции Tnt1 с целью выделения соответствующих мутантов с потерей функции. Две, две и три независимых мутантных линии были идентифицированы для KNOX1 , KNOX2 и KNOX6 соответственно.Ретротранспозон Tnt1 был обнаружен в экзонах этих генов (рисунки 5A-5C; дополнительная таблица 1). Анализ RT-PCR показал, что полноразмерные транскрипты трех генов были отменены в соответствующих гомозиготных мутантных растениях (фиг. 5D). Уровни транскриптов генов KNOX1 , 2 и 6 в мутантных аллелях дополнительно измеряли с помощью qRT-PCR с использованием пар праймеров, разработанных для амплификации фрагментов выше и ниже сайтов вставки Tnt1 (дополнительная фигура 9).Результаты показали, что уровни экспрессии KNOX1 , 2 и 6 были чрезвычайно низкими (<5%) у мутантов.

Рисунок 5.

Характеристика мутантов с потерей функции STM / BP-подобных генов KNOXI .

(A) от до (C) Схематические изображения структур генов KNOX1 (A) , KNOX2 (B) и KNOX6 (C) .Прямоугольники представляют экзоны, а линии — интроны. Вертикальными стрелками отмечено расположение ретротранспозона Tnt1 в различных мутантных аллелях.

(D) Анализ RT-PCR полноразмерных транскриптов KNOX1 , KNOX2 и KNOX6 в вегетативных почках дикого типа и различных мутантных аллелей. ACTIN использовали в качестве контроля. Были выполнены три биологические повторы.

(E) Типичные листья knox1 , knox2 и knox6 одиночных мутантов и knox1 knox2 knox6 тройных мутантов.

(F) Типичные листья двойных, тройных и четверных мутантов мутантов phan и knoxi . Очевидной разницы между ними не наблюдалось.

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Рисунок 5.

Характеристика мутантов с потерей функции STM / BP-подобных генов KNOXI .

(A) от до (C) Схематические изображения структур генов KNOX1 (A) , KNOX2 (B) и KNOX6 (C) .Прямоугольники представляют экзоны, а линии — интроны. Вертикальными стрелками отмечено расположение ретротранспозона Tnt1 в различных мутантных аллелях.

(D) Анализ RT-PCR полноразмерных транскриптов KNOX1 , KNOX2 и KNOX6 в вегетативных почках дикого типа и различных мутантных аллелей. ACTIN использовали в качестве контроля. Были выполнены три биологические повторы.

(E) Типичные листья knox1 , knox2 и knox6 одиночных мутантов и knox1 knox2 knox6 тройных мутантов.

(F) Типичные листья двойных, тройных и четверных мутантов мутантов phan и knoxi . Очевидной разницы между ними не наблюдалось.

[Цветную версию этого рисунка см. В статье в Интернете.]

Потеря функции в KNOX1 , KNOX2 или KNOX6 не привела к очевидным дефектам в обслуживании SAM и морфологии листьев (Рисунок 5E). Для оценки функциональной избыточности среди STM / BP-подобных генов KNOXI были созданы двойные и тройные мутанты.Не наблюдалось явных изменений в развитии двойных мутантов, полученных в результате различных комбинаций скрещивания между knox1 , knox2 и knox6 . Одновременное нарушение трех генов KNOXI привело к появлению полукарликовых растений (дополнительные рисунки 10A и 10B), что позволяет предположить, что STM / BP-подобных генов KNOXI необходимы для вегетативного роста растений. Листья тройного мутанта были нормальными, что указывает на то, что STM / BP-подобных генов KNOXI не участвуют в формировании составного листа в M.truncatula (Рисунок 5E).

Для дальнейшего исследования потенциальных генетических взаимодействий между PHAN и STM / BP-подобными генами KNOXI были созданы двойные, тройные и четверные мутанты среди соответствующих мутантов. Нокаут любого или всех генов KNOX1 , 2 и 6 на фоне phan не спасал дефекты листьев, такие как скрученные вниз листья (Рисунок 5F) и укороченные черешки (дополнительные рисунки 10C и 10D). .Эти генетические доказательства в сочетании с анализом паттернов экспрессии (рисунки с 4G по 4L) демонстрируют, что PHAN не регулирует отрицательно экспрессию STM / BP-подобных генов KNOXI в M. truncatula .

STM / BP-подобные KNOXI Гены не репрессируют PHAN

В Arabidopsis , STM подавляет экспрессию AS1 в меристеме, а мутант as1 может частично восстанавливать фенотип stm (Byrne et al., 2000; Hay et al., 2006). Чтобы исследовать возможное подавление STM / BP-подобных генов KNOXI на PHAN , пространственная и временная локализация PHAN была исследована с помощью гибридизации РНК in situ в диком типе и knox1 , 2 и 6 мутантов. У дикого типа мРНК PHAN была обнаружена по всей SAM и на адаксиальной и абаксиальной сторонах развивающихся зачатков листа (Фигуры 6A и 6B). Поперечные срезы развивающихся створок показали, что экспрессия PHAN была более локализована в створке в зачатке P6 (фиг. 6C).В более старом примодиуме P7 транскриптов PHAN были ограничены адаксиальной стороной медиальной части листовой пластинки (фиг. 6D). Такая адаксиальная экспрессия PHAN была также обнаружена в рахисе и черешке на этой стадии развития (рис. 6Е). Паттерн экспрессии PHAN дополнительно оценивали в фонах мутантов knox1, , 2 и 6 . Гибридизация РНК in situ выявила, что паттерны экспрессии PHAN в SAM одинарных / двойных / тройных knox1 , 2 и 6 мутантов (Рисунки 6G — 6I и 6K) были подобны таковому у мутантов дикого типа. (Рисунки 6A и 6B).Домен экспрессии PHAN также адаксиализировался в развивающейся листовой пластине мутантов knoxi (Фигуры 6J и 6L), аналогично дикому типу (Фиг.6D). Данные qRT-PCR дополнительно подтвердили, что уровни экспрессии PHAN не изменились в вегетативных почках и других растительных тканях между диким типом и мутантами knox1 , 2 и 6 (дополнительная фигура 11). Эти наблюдения предполагают, что STM / BP-подобных генов KNOXI не подавляют экспрессию PHAN в M.truncatula .

Рисунок 6.

Паттерны экспрессии PHAN дикого типа и knox1 , 2 и 6 мутантов.

(A) (F) РНК гибридизационный анализ in situ мРНК PHAN в вегетативных верхушках дикого типа. Продольные срезы апикальной меристемы побега и зачатков листьев показаны на позициях (A) и (B) на ранних стадиях развития.Поперечные срезы развивающихся листочков зачатков Р6 и Р7 показаны на позициях (C) и (D) , соответственно. Продольный разрез листа зачатка P7 показан в (E) . Экспрессия не была обнаружена с использованием контрольного сенсора PHAN , зонда (F) .

(G) от до (L) Паттерны экспрессии PHAN в knox1-1 (G) и knox6-1 (H) одиночных мутантов, knox1-1 knox6- 1 двойных мутантов (I) и (J) и knox1-1 knox2-1 knox6-1 тройных мутантов (K) и (L) .Продольные сечения ЗУР показаны на позициях от (G) до (I) и (K) . Поперечные сечения развивающихся листочков показаны в (J) и (L) . П — пластохрон; AD, адаксиальная сторона; AB, абаксиальная сторона; ПЭ, черешок; РА, рахис. Полосы = 50 мкм в (A) от до (L) .

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Рисунок 6.

Паттерны экспрессии PHAN дикого типа и knox1 , 2 и 6 мутантов.

(A) (F) РНК гибридизационный анализ in situ мРНК PHAN в вегетативных верхушках дикого типа. Продольные срезы апикальной меристемы побега и зачатков листьев показаны на позициях (A) и (B) на ранних стадиях развития. Поперечные срезы развивающихся листочков зачатков Р6 и Р7 показаны на позициях (C) и (D) , соответственно. Продольный разрез листа зачатка P7 показан в (E) .Экспрессия не была обнаружена с использованием контрольного сенсора PHAN , зонда (F) .

(G) от до (L) Паттерны экспрессии PHAN в knox1-1 (G) и knox6-1 (H) одиночных мутантов, knox1-1 knox6- 1 двойных мутантов (I) и (J) и knox1-1 knox2-1 knox6-1 тройных мутантов (K) и (L) . Продольные сечения ЗУР показаны на позициях от (G) до (I) и (K) .Поперечные сечения развивающихся листочков показаны в (J) и (L) . П — пластохрон; AD, адаксиальная сторона; AB, абаксиальная сторона; ПЭ, черешок; РА, рахис. Полосы = 50 мкм в (A) от до (L) .

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Нарушение транспорта ауксина, опосредованное

SLM1 не влияет на STM / BP-подобный KNOXI экспрессия гена

Было показано, что правильный транспорт ауксина, регулируемый PIN-FORMED1 ( PIN1 ) и AS1 , сходится к репрессии экспрессии BP в Arabidopsis , и дефекты мутанта pin1 частично устраняются в двойной мутант pin1 по (Hay et al., 2006). Ортолог PIN1 , SMOOTH LEAF MARGIN1 ( SLM1 ), был идентифицирован у M. truncatula (Zhou et al., 2011). Распределение ауксина нарушено в мутанте slm1 , что указывает на консервативную роль SLM1 в транспорте ауксина. Чтобы определить, является ли модуль ауксин / SLM1 возможным репрессором STM / BP-подобного KNOXI в M. truncatula , уровни экспрессии генов KNOXI были проанализированы в мутанте slm1 (фиг. 7A).Уровни транскриптов генов KNOX1 , 2 и 6 остались практически неизменными в slm1 , что указывает на то, что SLM1 не участвует в репрессии генов KNOXI . Чтобы дополнительно проверить, вносит ли пространственная и временная экспрессия STM / BP-подобных генов KNOXI вклад в дефекты slm1 , генерировались двойные, тройные и четверные мутанты среди мутантов slm1 и knoxi (Рисунок 7B).Фенотип двойного мутанта slm1-1 knox2-1 аналогичен фенотипу slm1-1 . С другой стороны, тройной мутант slm1-1 knox1-1 knox6-1 является полукарликом, демонстрируя меньшее количество кластерных листьев и укороченных стеблей. Инициирование листка было сильно снижено, когда все три гена KNOXI были одновременно нарушены в slm1-1 . Эти наблюдения подтверждают, что SLM1, и STM / BP-подобные гены KNOXI , вероятно, действуют избыточно при инициации листьев.Однако дефекты развития цветков и производства семян в slm1 не могли быть даже частично устранены путем введения различных мутаций knoxi (Рисунок 7C). Этот результат предполагает, что мутантный фенотип slm1 нельзя отнести к STM / BP-подобным генам KNOXI в M. truncatula , который явно отличается от такового в Arabidopsis . Чтобы дополнительно проверить, сходятся ли PHAN и SLM1 для репрессии экспрессии KNOXI , был создан двойной мутант phan slm1 .Листья двойного мутанта phan slm1 показали аддитивный фенотип (фигура 7D). Уровни экспрессии генов KNOX1 , 2 и 6 не изменились в двойном мутанте phan slm1 (рис. 7E), что дополнительно подтверждает, что STM / BP-подобных генов KNOXI не находятся под отрицательным результатом. регулирование SLM1 или PHAN .

Рисунок 7.

Модуль Auxin / SLM1 не является репрессором STM / BP-подобных генов KNOXI .

(A) Уровни экспрессии генов KNOXI в вегетативных почках дикого типа и slm1-1 . Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

(B) Растения дикого типа и мутанты, полученные в результате различных перекрестных комбинаций среди мутантов slm1-1 и knoxi .

(C) Производство семенных коробочек дикого типа и мутантов. На вставке показан фенотип цветка четырехкратного мутанта slm1-1 (слева) и slm1-1 knox1-1 knox2-1knox6-1 (справа).Стрелки указывают на сросшиеся цветочные органы. Числа представлены как среднее ± стандартное отклонение ( n = 5).

(D) Листья двойных мутантов slm1-1 и phan slm1-1 .

(E) Уровни экспрессии генов KNOXI в вегетативных почках дикого типа и двойного мутанта phan slm1-1 . Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Рисунок 7.

Модуль Auxin / SLM1 не является репрессором STM / BP-подобных генов KNOXI .

(A) Уровни экспрессии генов KNOXI в вегетативных почках дикого типа и slm1-1 . Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

(B) Растения дикого типа и мутанты, полученные в результате различных перекрестных комбинаций среди мутантов slm1-1 и knoxi .

(C) Производство семенных коробочек дикого типа и мутантов. На вставке показан фенотип цветка четырехкратного мутанта slm1-1 (слева) и slm1-1 knox1-1 knox2-1knox6-1 (справа). Стрелки указывают на сросшиеся цветочные органы. Числа представлены как среднее ± стандартное отклонение ( n = 5).

(D) Листья двойных мутантов slm1-1 и phan slm1-1 .

(E) Уровни экспрессии генов KNOXI в вегетативных почках дикого типа и двойного мутанта phan slm1-1 .Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

[Цветную версию этого рисунка см. В статье в Интернете.]

Эктопическая экспрессия

SGL1 не увеличивает сложность листа, но имитирует phan Фенотип

Как предполагалось ранее, предполагаемый ортолог LFY , SGL1 , функционирует вместо генов KNOXI , регулируя развитие сложного листа (Champagne et al., 2007; Wang et al., 2008).Чтобы определить, достаточно ли увеличенной активности SGL1 для увеличения сложности листа, SGL1 сверхэкспрессировался под контролем промотора 35S CaMV. Сверхэкспрессия SGL1 ( OX-SGL1 ) не давала дополнительных листочков на рахисе у трансгенных растений (фиг. 8A), что указывает на то, что повышенная активность SGL1 не влияет на неопределенность развивающихся листьев. Было замечено, что листья растений OX-SGL1 имели загнутый вниз край листа и удлиненный прилистник (Фигуры 8A и 8B), которые частично имитировали фенотип phan (Фигуры 1A и 1D).Это наблюдение предполагает две возможности: SGL1 подавляет экспрессию PHAN в трансгенных растениях O X-SGL1 , или экспрессия SGL1 повышается в мутанте phan . Однако результаты qRT-PCR показали, что уровни транскриптов PHAN (фигура 8C) и SGL1 (фигура 8D) не были изменены в OX-SGL1 или phan , что указывает на отсутствие прямого взаимодействия между ними на уровне транскрипции. . Для дальнейшего изучения генетического взаимодействия между PHAN и SGL1 был получен двойной мутант sgl1 phan (Фигуры 8E-8H; Дополнительный Рисунок 12).У двойного мутанта наблюдались аддитивные дефекты фенотипа листьев, проявляющиеся в виде простых листьев, скрученных вниз. Кроме того, sgl1 phan развил значительно более короткий черешок, чем одиночный мутант sgl1 или phan (фиг. 8I), что предполагает аддитивное взаимодействие между SGL1 и PHAN в развитии проксимально-дистальной оси листа.

Рисунок 8. Функциональный анализ

SGL1 и его генетические взаимодействия с PHAN .

(A) и (B) Типичные листья (A) и прилистники (B) , полученные от трансгенных растений OX-SGL1 . Адаксиальная и абаксиальная стороны листа показаны позицией (A) . Стрелки указывают на загнутый вниз край листа.

(C) и (D) Уровни экспрессии PHAN (C) и SGL1 (D) в вегетативных почках трансгенных растений OX-SGL1 и мутанта phan phan , соответственно.Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

(E) от до (H) Фенотип листа дикого типа (E) , мутант phan (F) , sgl1 мутант (G) и phan sgl1 double мутант (H) .

(I) Длина черешка в разных узлах у 80-дневных растений дикого типа и мутантных растений. Числа представлены как среднее ± стандартное отклонение ( n = 10).** P <0,01.

Штанги = 1 см для (A) и (E) от до (H) и 5 мм для (B) .

Рисунок 8. Функциональный анализ

SGL1 и его генетические взаимодействия с PHAN .

(A) и (B) Типичные листья (A) и прилистники (B) , полученные от трансгенных растений OX-SGL1 . Адаксиальная и абаксиальная стороны листа показаны позицией (A) .Стрелки указывают на загнутый вниз край листа.

(C) и (D) Уровни экспрессии PHAN (C) и SGL1 (D) в вегетативных почках трансгенных растений OX-SGL1 и мутанта phan phan , соответственно. Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов.

(E) от до (H) Фенотип листа дикого типа (E) , мутант phan (F) , sgl1 мутант (G) и phan sgl1 double мутант (H) .

(I) Длина черешка в разных узлах у 80-дневных растений дикого типа и мутантных растений. Числа представлены как среднее ± стандартное отклонение ( n = 10). ** P <0,01.

Штанги = 1 см для (A) и (E) от до (H) и 5 мм для (B) .

KNAT2 / 6-подобный ген класса I KNOX7 , вероятно, подавляется PHAN

Было показано, что AS1 репрессирует экспрессию KNAT2 и KNAT6 в дополнение к BP в Arabidopsis (Byrne et al., 2000; Ори и др., 2000; Семиарти и др., 2001; Guo et al., 2008). Чтобы проверить, регулируются ли KNAT2 / 6-подобных генов класса I с помощью PHAN в M. truncatula , была проведена qRT-PCR для анализа уровней экспрессии KNOX7 и KNOX8 в различных тканях. Значительное повышение уровня транскрипта KNOX7 было обнаружено в черешке мутанта phan , в то время как в пластинке листа изменений не обнаружено (Фигуры 9A и 9B).Не было обнаружено значительных различий в экспрессии KNOX8 ни в листовой пластинке, ни в черешке у phan по сравнению с диким типом (фигуры 9A и 9B). Пространственные локализации KNOX7 исследовали с помощью анализа гибридизации in situ. Результаты показали, что KNOX7 экспрессировалось в SAM, но исключено из зарождающихся зачатков листьев (P0) и развивающихся зачатков листьев у дикого типа, что аналогично генам KNOX1 , 2 и 6 .У мутанта phan , однако, эктопическая экспрессия KNOX7 была обнаружена в зачатках P0, и сигнал также обнаруживался в зачатках P1 (Фигуры с 9C по 9F). Эти данные показывают, что KNOX7 может находиться под отрицательной регуляцией PHAN . Дальнейшая идентификация и характеристика мутантов KNOX7 и KNOX8 с потерей функции необходимы для получения более убедительных доказательств.

Рисунок 9.

Экспрессия KNAT2 / 6-подобного гена класса I KNOX7 у дикого типа и мутанта phan .

(A) и (B) Уровни транскриптов KNOX7 и KNOX8 в пластинке листа (A) и черешке (B) дикого типа и мутанта phan . Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов. ** P <0,01.

(C) от до (F) Паттерны экспрессии KNOX7 у дикого типа (C) и phan (D) .Показаны продольные разрезы ЗРК. Экспрессия не была обнаружена с использованием контрольного сенсора KNOX7 ( [E] и [F] ). П, пластохрон. Штанги = 50 мкм.

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

Рисунок 9.

Экспрессия KNAT2 / 6-подобного гена класса I KNOX7 у дикого типа и мутанта phan .

(A) и (B) Уровни транскриптов KNOX7 и KNOX8 в пластинке листа (A) и черешке (B) дикого типа и мутанта phan .Уровни транскрипта измеряли с помощью qRT-PCR. Значения — это средние и стандартные значения трех биологических повторов. ** P <0,01.

(C) от до (F) Паттерны экспрессии KNOX7 у дикого типа (C) и phan (D) . Показаны продольные разрезы ЗРК. Экспрессия не была обнаружена с использованием контрольного сенсора KNOX7 ( [E] и [F] ). П, пластохрон. Штанги = 50 мкм.

[Цветную версию этого рисунка см. В онлайн-статье.]

ОБСУЖДЕНИЕ

Функция генов

ARP является видоспецифической

Потеря функции PHAN в A. majus привела к абаксиализации листьев (Waites et al., 1998). Однако мутанты Arabidopsis as1 и кукурузы rs2 не обнаруживали явных дефектов полярности листьев (Schneeberger et al., 1998; Serrano-Cartagena et al., 1999). Более того, у видов со сложными листьями наблюдали различную структуру листьев, когда подавлялись ARP ортологов.Подавление ARP в томатах приводит к изменению количества и формы листочков (Kim et al., 2003a). Мутация AS1 в C. hirsuta привела к увеличению количества листочков за счет развития дополнительных листочков (Hay and Tsiantis, 2006). У мутанта гороха cri развиваются абаксиальные листочки и эктопические прилистники, и они оказывают лишь незначительное влияние на сложность листьев (Tattersall et al., 2005). У M. truncatula длина рахиса у мутанта phan была аналогична длине рахиса дикого типа, хотя листья с более длинным позвоночником наблюдались на некоторых узлах у мутанта phan (Ge et al., 2014). Наиболее очевидными дефектами, обнаруженными у мутанта phan , были узкие пластинки и укороченные черешки, которые были аналогичны дефектам у мутанта cri . Следует отметить, что вставка Tnt1 расположена на 3′-конце кодирующей последовательности PHAN , и 9% -ная экспрессия PHAN , обнаруженная у мутанта, может приводить к некоторой остаточной функции. Хотя и M. truncatula , и горох являются членами IRLC, сложность их листьев различна. M. truncatula имеет простейшую сложную форму листа, состоящую только из трех листочков с одинаковой идентичностью, в то время как горох имеет более сложную форму листа, включающую узкоспециализированные усики. Даже в этом случае ни количество листовок, ни их идентичность не изменились у мутантов phan и cri независимо от сложности их листа. Согласно этим наблюдениям, ортологи PHAN могут играть ограниченную роль в формировании сложных листьев у видов IRLC.Более того, увеличение активности ARP привело к различному фенотипическому результату у разных видов. Сверхэкспрессия AS1 в Arabidopsis или PHAN в M. truncatula не изменяла сложность листа, такую ​​как повторение долей или листочков (Theodoris et al., 2003). Однако эктопическая экспрессия PHAN в томатах продуцирует эктопический адаксиальный домен в листьях, что приводит к дефектам формирования рисунка листьев. Таким образом, эти наблюдения подразумевают, что ARPs функционируют видоспецифическим образом во время развития листа.Мы провели сравнительный анализ и суммировали паттернов экспрессии ARP среди видов (дополнительный рисунок 13).

Хотя горох является членом IRLC, а Lotus japonicus — нет, паттерны экспрессии CRI и Lj- PHANa / b аналогичны. Их транскрипты были обнаружены в сайтах инициации листа (P0), но исключены из SAM, образуя взаимоисключающий паттерн с генами KNOXI . К нашему удивлению, M. truncatula PHAN имеет отчетливый паттерн экспрессии по сравнению с таковым у Arabidopsis , C.hirsute и другие виды бобовых (Byrne et al., 2000; Luo et al., 2005; Tattersall et al., 2005; Hay and Tsiantis, 2006) (дополнительный рисунок 13). M. truncatula PHAN диффузно экспрессируется по всему SAM, показывая перекрывающийся домен экспрессии с генами KNOXI . Распространенная экспрессия M. truncatula PHAN в SAM сходна с таковой у томатов и явно отличается от таковой в горохе, хотя M. truncatula и горох эволюционно близки друг к другу.С другой стороны, доменов экспрессии ARP ассоциированы с адаксиальной стороной зачатков листьев на ранних стадиях развития у видов со сложными листьями. Например, PHAN показал адаксиальную экспрессию в зачатках листьев P3 / P4 томата (Kim et al., 2003a, 2003b), P1 L. japonicus (Luo et al., 2005) и P3 гороха ( Tattersall et al., 2005) (дополнительный рисунок 13). У M. truncatula было обнаружено транскриптов PHAN как на адаксиальной, так и на абаксиальной сторонах зачатков листа от P1 до P5.Однако мРНК PHAN была ограничена адаксиальной стороной листа на поздней стадии развития (P6 / P7). Адаксиальная экспрессия PHAN во время развития листа предполагает, что он может играть роль в поддержании полярности листа, о чем свидетельствует частично абаксиальный лист и повышенная регуляция экспрессии YABBY в мутанте phan . Взятые вместе, эти результаты предполагают, что роли ортологов ARP варьируются в зависимости от вида, что приводит к различным эффектам развития у разных видов.

STM / BP-подобные гены KNOXI не связаны с PHAN

В Arabidopsis , STM репрессирует экспрессию AS1 в SAM, а мутант as1 может спасти фенотип stm (Byrne et al., 2000). Аналогичная регуляторная взаимосвязь была также обнаружена у томатов, где Le- T6 является негативным регулятором PHAN (Kim et al., 2003b). Более того, PHAN отрицательно регулирует STM в A.majus (Tsiantis et al., 1999) и BP ортологов у Arabidopsis , C. hirsuta , томата и гороха (Kim et al., 2003b; Tattersall et al., 2005; Hay and Tsiantis, 2006 ; Guo et al., 2008). В этом исследовании мы исследовали взаимосвязь между PHAN и STM / BP-подобными генами KNOXI в M. truncatula . Неожиданно наши результаты предоставляют доказательства, которые опровергают консервативную связь между PHAN и STM / BP-подобными генами KNOXI , о которых сообщалось ранее.Во-первых, уровень и паттерн экспрессии PHAN не изменились у одиночных и множественных мутантов как STM-подобных генов , так и BP-подобных генов KNOXI . Точно так же уровни экспрессии STM / BP-подобных генов KNOXI также не показали значительных изменений у мутанта phan . В другом сообщении STM / BP-подобных генов KNOXI были слегка усилены (<2-кратно) в зачатках побегов мутанта phan (Ge et al., 2014). Однако такое увеличение экспрессии KNOXI в phan несопоставимо с усилением экспрессии BP в as1 (> 100 раз) (Hay et al., 2006). Во-вторых, генетические данные показали, что нокаут STM / BP-подобных генов KNOXI не смог спасти фенотип phan . Эти результаты вместе показывают, что маловероятно, что консервативная регуляторная цепь между PHAN и STM / BP-подобными генами KNOXI существует в M. truncatula . Кроме того, в предыдущих исследованиях сообщалось, что экспрессия BP подавляется с помощью PIN1 -опосредованного транспорта ауксина в Arabidopsis .Потеря активности BP частично устраняет дефекты в мутанте pin1 (Hay and Tsiantis, 2006). Однако в M. truncatula нарушение активности SLM1 не привело к эктопической экспрессии гена KNOXI , подобного п.н. Более того, нокаут любого или всех STM / BP-подобных генов KNOXI не смог устранить дефекты развития цветов и производства семян у мутанта slm1 . В целом, наши данные подтверждают, что STM / BP-подобных генов KNOXI не связаны с PHAN .

Подавление роста вдоль проксимально-дистальной оси наблюдалось у мутантов arp у нескольких видов, и этот признак был связан с эктопической экспрессией генов KNOXI (Tattersall et al., 2005; Hay et al., 2006; Хэй, Циантис, 2006). В Arabidopsis , KNAT2 и KNAT6 находятся под отрицательной регуляцией AS1 (Byrne et al., 2000; Ori et al., 2000; Semiarti et al., 2001; Guo et al., 2008). . Наши данные также показали, что KNAT2 / 6-подобный ген класса I KNOX7 активируется в черешке мутанта phan , предполагая, что эктопическая экспрессия KNOX7 может вносить вклад в фенотип phan .Экспрессия KNOX8 остается по существу неизменной между диким типом и phan , что указывает на то, что KNOX8 может не быть связан с PHAN . Домен экспрессии KNOX7 перекрывается с доменом PHAN в SAM, хотя KNOX7 репрессируется в зародышевых зачатках листа. Сходное перекрытие между PHAN и TKN1 наблюдалось в SAM томатов (Kim et al., 2003b). Это наблюдение подразумевает, что другие гены могут участвовать в репрессии KNOX7 , и механизм регуляции KNOX7 не универсален в разных доменах развития.Было высказано предположение, что гены KNOXI играют избыточную роль в поддержании SAM у Arabidopsis (Byrne et al., 2002; Belles-Boix et al., 2006), риса (Tsuda et al., 2011) и кукурузы ( Bolduc et al., 2013). В этом исследовании одновременное разрушение трех STM / BP-подобных генов KNOXI не влияло на функцию SAM в M. truncatula . Следовательно, будущая идентификация мутантов с потерей функции KNAT2 / 6-подобных генов KNOXI поможет прояснить (1), функционируют ли STM / BP-подобных генов KNOXI и KNAT2 / 6-подобных генов KNOXI избыточно в Обслуживание ЗРК; (2) являются ли KNAT2 / 6-подобных генов KNOXI репрессорами PHAN ; и (3) как процесс развития сложных листьев в IRLC смещается от механизма регуляции, опосредованного семейством генов KNOXI .

Ортологи KNOXI и LFY могут регулировать параллельные пути в IRLC

Предыдущие исследования показали, что ортологов LFY , вместо генов KNOXI , важны для развития сложных листьев у видов IRLC (Champagne et al., 2007). Утрата функции ортологов LFY у гороха и M. truncatula привела к образованию простых листьев (Hofer et al., 2001; Wang et al., 2008). Более того, сложность листьев была увеличена у мутантов гороха afila , в которых уровень экспрессии LFY / UNI был повышен (Mishra et al., 2009). Эти наблюдения подразумевают, что LFY активностей необходимы и достаточны для регулирования неопределенности во время развития листа. Однако на сегодняшний день нет прямых доказательств того, что повышенная активность ортологов LFY может продлевать окно морфогенетической пластичности во время развития листа у видов IRLC. В этом исследовании сравнительный анализ трансгенных растений OX-KNOXI и OX-SGL1 пролил свет на возможную роль ортолога LFY в развитии листьев у M.truncatula . В настоящее время существуют две гипотезы для интерпретации того, как ортологи LFY заменяют KNOXI , чтобы способствовать неопределенности в IRLC. Одна гипотеза состоит в том, что LFY регулирует те же гены-мишени KNOXI , а другая гипотеза состоит в том, что LFY и KNOXI регулируют параллельные пути (Champagne et al., 2007). Наши данные показывают, что OX-KNOXI может увеличивать сложность листа, вероятно, за счет консервативного пути.Если SGL1 имеет тот же регуляторный механизм, что и KNOXI , избыточная экспрессия SGL1 может способствовать неопределенности в развивающихся листьях. Однако мы были удивлены, обнаружив, что сложность листьев не изменилась у OX-SGL1 растений. Эти наблюдения подтверждают гипотезу, что KNOXI и LFY регулируют параллельные пути вместо того, чтобы регулировать одни и те же мишени в IRLC.

Неожиданный фенотипический результат в ответ на эктопическую экспрессию SGL1 поднимает новый вопрос: почему OX-SGL1 не может вызвать увеличение степени повторения створок у M.truncatula ? У томатов сверхэкспрессия KNOXI в специфических доменах развивающихся листьев приводит к разной сложности листа, подтверждая, что KNOXI функционирует пространственно и временно-зависимым образом (Shani et al., 2009). Возможно, что у видов IRLC существуют отдельные окна развития листа, что позволяет SGL1 функционировать на определенной стадии или домене. С другой стороны, LFY может функционировать со своим корегулятором UNUSUAL FLORAL ORGANS ( UFO ) в развитии листьев IRLC видов.Было показано, что эктопическая экспрессия UFO привела к рассечению листьев, подобно эктопической экспрессии KNOXI в Arabidopsis (Ingram et al., 1995; Lee et al., 1997). Более того, дольчатая форма листа требует активности LFY (Lee et al., 1997), что указывает на то, что UFO способствует неопределенности в развитии листа LFY -зависимым образом. Кроме того, потеря функции STAMINA PISTILLOIDA , ортолога UFO в горохе, привела к уменьшению количества листочков (Taylor et al., 2001). Следовательно, ортологов UFO могут играть важную роль в рекрутировании ортологов LFY в составное формирование паттерна листьев в IRLC. Характеристика мутанта-ортолога UFO с потерей функции у M. truncatula и сравнение фенотипа и регуляторных мишеней между OX-SGL1 и OX-UFO может помочь понять роль UFO / LFY каскад с составным узором листьев.

МЕТОДЫ

Растительные материалы и условия роста

Medicago truncatula (экотип R108) растения выращивали в теплице при температуре 22 ° C днем ​​/ 20 ° C ночью, 16-часовом дневном / 8-часовом ночном фотопериоде и относительной влажности от 70 до 80%. Arabidopsis thaliana (Landsberg erecta ) выращивали в камере для выращивания при 20 ° C и продолжительности светового дня 18 часов. Аллель Arabidopsis as1 (CS16272, экотип Landsberg erecta ) был получен от TAIR.

Генные конструкции

Для создания конструкции PHAN RNAi фрагмент PHAN длиной 390 п.н. амплифицировали с помощью ПЦР из M. truncatula дикого типа и клонировали в вектор клонирования pENTR / D-TOPO (Invitrogen), затем переносили в вектор pANDA35K реакциями рекомбинации attL × attR (Invitrogen).Чтобы получить конструкцию комплементации, последовательность промотора PHAN длиной 2611 п.н. плюс кодирующая последовательность PHAN длиной 1080 п.н. амплифицировали с помощью ПЦР и клонировали в вектор pHGWFS7 (Karimi et al., 2002). Для создания конструкции PHANpro: GUS промоторная область PHAN длиной 2611 п.н. была амплифицирована и перенесена в вектор pHGWFS7 (Karimi et al., 2002) для анализа паттерна экспрессии гена. Для сверхэкспрессии PHAN , KNOX1 , KNOX2 , KNOX4 , KNOX6 и SGL1 CDS этих генов были амплифицированы и клонированы в вектор pEarleyGate al 100 (EarleyGate al 100., 2006) соответственно. Последовательности праймеров перечислены в дополнительной таблице 3.

Стабильная трансформация растений

Генные конструкции

вводили в обезвреженную Agrobacterium tumefaciens , используя метод замораживания / теплового шока. Штамм EHA105 Agrobacterium , несущий различные векторы, использовали для трансформации M. truncatula , как описано (Cosson et al., 2006). Количество трансгенных линий указано в дополнительной таблице 2.

Анализ окрашивания и сканирующей электронной микроскопии GUS

Активности

GUS были обнаружены гистохимически, как описано ранее (Zhou et al., 2011). Для сканирующей электронной микроскопии образцы ткани листа сначала фиксировали в фиксирующем растворе (3% глутарового альдегида в 25 мМ фосфатном буфере, pH 7,0) в течение ночи, обезвоживали в сериях градуированных этанолов, а затем сушили до критической точки. Растровый электронный микроскоп Hitachi TM-3000 использовался для наблюдения образцов при ускоряющем напряжении 15 кВ.

Экстракция РНК, ОТ-ПЦР, анализ ПЦР в реальном времени и статистический анализ

Суммарную РНК из различных органов, таких как лист, черешок и верхушки побега, экстрагировали из 4-недельных растений. ОТ-ПЦР и анализ ПЦР в реальном времени выполняли, как описано ранее (Zhou et al., 2012). Однофакторный метод ANOVA использовался для оценки значимости разницы при анализе уровня экспрессии генов и фенотипа растений.

Гибридизация РНК in situ

Фрагменты размером 752, 587, 632, 681 и 777 п.н. были выделены из CDS PHAN , KNOX1 , KNOX2 , KNOX6 и KNOX7 соответственно.Продукты ПЦР метили дигоксигенином. Гибридизацию РНК in situ проводили на верхушках побегов 6-недельных растений, как описано ранее (Zhou et al., 2011).

Филогенетический анализ

Выравнивание множественных последовательностей выполняли с использованием ClustalW2 с параметрами по умолчанию (тип выравнивания, медленное; матрица веса белка, gonnet; Gap open, 10; Gap extension, 0,1). Филогенетическое дерево соединения соседей было построено с использованием пакета программ MEGA 6 (http: // www.megasoftware.net/). Были показаны самые экономные деревья со значениями бутстрапа из 1000 испытаний.

Регистрационный номер

Данные последовательности из этой статьи можно найти в Национальном центре биотехнологической информации GenBank под следующими номерами доступа: KNOX1, Medtr2g024390; KNOX2, Medtr1g017080; KNOX3, Medtr1g012960; KNOX4, Medtr5g011070; KNOX5, Medtr3g106400; KNOX6, Medtr5g085860; KNOX7, Medtr5g033720; KNOX8, Medtr1g084060; KNOX9, Medtr4g116545; KNOX10, Medtr2g461240; Mt-PHAN, Medtr7g061550; PHAN, CAA06612; CRI, AAG10600.1; GM-PHANa, NP_001236839.1; GM-PHANb, NP_001235251.1; Lj-PHANa, AAX21343.1; Lj-PHANb, AAX21344.1; АС1, НП_181299.1; и Ch-AS1, ABF59515.1.

Дополнительные данные

В онлайн-версии статьи доступны следующие материалы.

Благодарности

Благодарим Джеки Келли и Эми Мейсон за критическое прочтение статьи. Мы благодарим Kirankumar Mysore и Million Tadege за предоставление мутантов Tnt1 ; Ын Сок Джо за помощь в выделении ДНК, культуре тканей и уходе за растениями; Джин Накашима за анатомический анализ; и Туи Рэй и Стейси Аллен для анализа ПЦР в реальном времени.Благодарим персонал теплицы за помощь в выращивании растений. Эта работа была поддержана Благородным фондом Сэмюэля Робертса, Научным центром биоэнергетики и Китайским фондом естественных наук (31371235). Научный центр биоэнергетики — это исследовательский центр биоэнергетики Министерства энергетики США, поддерживаемый Управлением биологических и экологических исследований Управления науки Министерства энергетики США.

Глоссарий

  • SAM

  • CK

  • IRLC

    инвертированная кладка без повторяющихся элементов

  • CDS

  • qRT-PCR

С.З. и З.-Й.В. разработал исследование. C.Z., L.H., G.L., M.C., C.F. и X.C. проводил эксперименты. C.Z., L.H., G.L., M.C., C.F. и X.C. проанализировали данные. J.W. и Ю. предоставил аналитические инструменты. C.Z. и Z.-Y.W. написал статью.

Список литературы

1.

(

2008

).

Каркас развития рассеченного листа у родственника Arabidopsis Cardamine hirsuta

.

Нац. Genet.

40

:

1136

1141

.2.

(

2006

).

KNAT6: ген гомеобокса Arabidopsis, участвующий в активности меристемы и разделении органов

.

Plant Cell

18

:

1900

1907

.3.

(

2002

).

Гомологии в форме листа, полученные из экспрессии гена KNOXI во время развития

.

Наука

296

:

1858

1860

.4.

(

2009

).

Фактор транскрипции кукурузы KNOTTED1 напрямую регулирует ген катаболизма гиббереллина ga2ox1

.

Plant Cell

21

:

1647

1658

.5.

Болдук, Н., Тайерс, Р., Фрилинг, М., и Хейк, С. (2014). Неравная избыточность в генах гомеобокса узловатой кукурузы1. Plant Physiol. 164: 229–238.

6.

(

2000

).

Асимметричные листья1 опосредуют формирование рисунка листа и функцию стволовых клеток у Arabidopsis

.

Природа

408

:

967

971

.7.

(

2002

).

ASYMMETRIC LEAVES1 выявляет избыточность гена knox у Arabidopsis

.

Девелопмент

129

:

1957

1965

.8.

(

2007

).

Развитие сложных листьев и эволюция бобовых

.

Plant Cell

19

:

3369

3378

.9.

(

2006

).

Трансформация Medicago truncatula с использованием листовых эксплантатов

.

Methods Mol. Биол.

343

:

115

127

.10.

(

2008

).

Характеристика генов KNOX в Medicago truncatula

.

Завод Мол. Биол.

67

:

135

150

.11.

(

2006

).

Векторы, совместимые со шлюзом для функциональной геномики и протеомики растений

.

Plant J.

45

:

616

629

.12.

(

2014

).

Регулирование развития сложного листа с помощью PHANTASTICA в Medicago truncatula

.

Plant Physiol.

164

:

216

228

. 13.

(

2008

).

Прямая репрессия локусов KNOX комплексом ASYMMETRIC LEAVES1 Arabidopsis

.

Plant Cell

20

:

48

58

.14.

(

2004

).

Роль knox-генов в развитии растений

.

Annu. Rev. Cell Dev. Биол.

20

:

125

151

.15.

(

1996

).

Создание составного листа: генетические манипуляции с архитектурой листа томата

.

Ячейка

84

:

735

744

.16.

(

2006

).

Генетическая основа различий в форме листа между Arabidopsis thaliana и его диким родственником Cardamine hirsuta

.

Нац. Genet.

38

:

942

947

. 17.

(

2010

).

Гены KNOX: универсальные регуляторы развития и разнообразия растений

.

Девелопмент

137

:

3153

3165

.18.

(

2006

).

ASYMMETRIC LEAVES1 и активность ауксина сходятся, чтобы подавить экспрессию BREVIPEDICELLUS и способствовать развитию листьев у Arabidopsis

.

Девелопмент

133

:

3955

3961

. 19.

(

2001

).

Экспрессия гена гомеобокса типа knotted1 класса 1 подавляется в зачатках сложных листьев гороха

.

Завод Мол. Биол.

45

:

387

398

.20.

(

1997

).

UNIFOLIATA регулирует морфогенез листьев и цветов гороха

.

Curr. Биол.

7

:

581

587

,21.

(

1995

).

Параллели между НЕОБЫЧНЫМИ ЦВЕТОЧНЫМИ ОРГАНАМИ и FIMBRIATA, генами, контролирующими развитие цветков у Arabidopsis и Antirrhinum

.

Plant Cell

7

:

1501

1510

. 22.

(

2005

).

Действие KNOX у Arabidopsis опосредуется координационной регуляцией активности цитокининов и гиббереллинов

.

Curr. Биол.

15

:

1560

1565

. 23.

(

2002

).

GATEWAY векторы для опосредованной Agrobacterium трансформации растений

.

Trends Plant Sci.

7

:

193

195

. 24.

(

2003

).

Домен экспрессии PHANTASTICA определяет размещение листка в составных листьях

.

Природа

424

:

438

443

. 25.

(

2003

).

Пониженная сложность листьев у жилистых мутантов томатов предполагает роль генов PHAN и KNOX в образовании сложных листьев

.

Девелопмент

130

:

4405

4415

. 26.

(

1997

).

Корегулятор LEAFY, кодируемый НЕОБЫЧНЫМИ ЦВЕТОЧНЫМИ ОРГАНАМИ

.

Curr. Биол.

7

:

95

104

. 27.

(

1994

).

Узловатый1-подобный ген гомеобокса у Arabidopsis экспрессируется в вегетативной меристеме и резко изменяет морфологию листа при сверхэкспрессии в трансгенных растениях

.

Plant Cell

6

:

1859

1876

. 28.

(

2013

).

Комплекс ASYMMETRIC LEAVES поддерживает репрессию генов гомеобокса KNOX посредством прямого рекрутирования Polycomb-репрессивного комплекса2

.

Genes Dev.

27

:

596

601

,29.

(

1996

).

Член класса гомеодоменных белков KNOTTED, кодируемых геном STM Arabidopsis

.

Природа

379

:

66

69

.30.

(

2005

).

Различные паттерны экспрессии дублированных PHANTASTICA-подобных генов в Lotus japonicus предполагают их дивергентные функции во время развития сложного листа

.

Cell Res.

15

:

665

677

. 31.

(

2009

).

Влияние генов MULTIFOLIATE-PINNA, AFILA, TENDRIL-LESS и UNIFOLIATA на архитектуру листовых пластинок у Pisum sativum

.

Planta

230

:

177

190

.32.

(

2011

).

Как лист получает свою форму

.

Curr. Opin. Plant Biol.

14

:

24

30

. 33.

(

2000

).

Механизмы, контролирующие экспрессию гена knox в побегах Arabidopsis

.

Девелопмент

127

:

5523

5532

. 34.

(

2008

).

Взаимодействие KNAT6 и KNAT2 с BREVIPEDICELLUS и PENNYWISE в соцветиях Arabidopsis

.

Plant Cell

20

:

888

900

.35.

(

2001

).Гомеодомен

KNOX напрямую подавляет экспрессию гена биосинтеза гиббереллина в апикальной меристеме

побегов табака.

Genes Dev.

15

:

581

590

,36.

(

1998

).

Ген грубого кожуха3 отрицательно регулирует экспрессию гена гомеобокса во время развития листьев кукурузы

.

Девелопмент

125

:

2857

2865

.37.

(

2001

).

Ген ASYMMETRIC LEAVES2 Arabidopsis thaliana регулирует формирование симметричной пластинки, установление жилкования и репрессию генов гомеобокса, связанных с меристемой, в листьях

.

Девелопмент

128

:

1771

1783

.38.

(

1997

).

Локализация экспрессии KNAT3, гена типа knotted1 класса 2

.

Plant J.

11

:

853

861

. 39.

(

1999

).

Генетический анализ мутантов листовой формы из коллекции Информационной службы Arabidopsis

.

Мол. Genet Genet.

261

:

725

739

.40.

(

2009

).

Стадия-специфическая регуляция созревания листьев Solanum lycopersicum белками KNOTTED1-LIKE HOMEOBOX класса 1

.

Plant Cell

21

:

3078

3092

.41.

(

2008

).

Крупномасштабный инсерционный мутагенез с использованием ретротранспозона Tnt1 в модельной бобовой Medicago truncatula

.

Plant J.

54

:

335

347

.42.

(

2005

).

Мутант crispa обнаруживает множественные роли PHANTASTICA в развитии сложных листьев гороха

.

Plant Cell

17

:

1046

1060

. 43.

(

2001

).

Stamina pistilloida, ортолог гороха Fim и UFO, необходим для нормального развития цветов, соцветий и листьев

.

Plant Cell

13

:

31

46

. 44.

(

2003

).

Консервация и молекулярное рассечение ROUGH SHEATh3 и ASYMMETRIC LEAVES1 функционируют в развитии листьев

.

Proc. Natl. Акад. Sci. США

100

:

6837

6842

. 45.

(

1999

).

ROUGH SHEATh3: белок Myb, который репрессирует гены knox-гомеобокса в зачатках боковых органов кукурузы

.

Наука

284

:

151

153

. 46.

(

2012

).

Новое развитие: эволюция концепций в онтогенезе листа

.

Annu. Rev. Plant Biol.

63

:

535

562

. 47.

(

1999

).

Программы развития гена грубой оболочки3 и листьев кукурузы у однодольных и двудольных растений

.

Наука

284

:

154

156

. 48.

(

2011

).

Положительная ауторегуляция гена KNOX важна для поддержания апикальной меристемы побегов у риса

.

Plant Cell

23

:

4368

4381

. 49.

(

2002

).

Ген гомеобокса BREVIPEDICELLUS является ключевым регулятором архитектуры соцветий Arabidopsis

.

Proc. Natl. Акад. Sci. США

99

:

4730

4735

.50.

(

1991

).

Ген развития Knotted-1 является членом семейства генов гомеобокса кукурузы

.

Природа

350

:

241

243

. 51.

(

1998

).

Ген PHANTASTICA кодирует фактор транскрипции MYB, участвующий в росте и дорсовентральности боковых органов Antirrhinum

.

Ячейка

93

:

779

789

.52.

(

2008

).

Контроль развития сложных листьев с помощью ортолога FLORICAULA / LEAFY SINGLE LEAFLET1 в Medicago truncatula

.

Plant Physiol.

146

:

1759

1772

. 53.

(

2004

).

Филогения бобовых (Leguminosae), основанная на анализе пластидного гена matK, разрешает многие хорошо поддерживаемые субклады в семействе

.

г. J. Bot.

91

:

1846

1862

. 54.

(

2005

).

Белки KNOXI Arabidopsis активируют биосинтез цитокининов

.

Curr. Биол.

15

:

1566

1571

.55.

(

2012

).

Идентификация и характеристика петиолулеподобных мутантов pulvinus с устраненным никтинастным движением листьев в модельном бобовом Medicago truncatula

.

New Phytol.

196

:

92

100

. 56.

(

2011

).

Анализ развития мутанта с гладким краем листа Medicago truncatula1 выявил контекстно-зависимые эффекты на развитие сложного листа

.

Plant Cell

23

:

2106

2124

. 57.

(

2012

).

Роль PHANTASTICA в медиолатеральной регуляции развития адаксиальных доменов в листьях томатов и табака

.

Ann. Бот. (Лондон)

109

:

407

418

.

Заметки автора

© 2014 Американское общество биологов растений. Все права защищены.

© Автор (ы) 2014. Опубликовано Oxford University Press от имени Американского общества биологов растений. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (https: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /), что разрешает неограниченное повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Формирование дорсовентрального паттерна у растений

Хотя мутации, влияющие на формирование дорсовентрального паттерна у растений, были известны веками (Linnaeus 1749), лежащие в основе механизмы, контролирующие этот процесс, остаются загадочными. Недавние статьи Sawa et al. (1999b) и другие начали проливать свет на этот вопрос путем выделения и характеристики генов, ответственных за дорсовентральность.У растений боковые органы и побеги начинаются с боков апикальной меристемы побега (АМ), многослойного купола. самоорганизующихся и самовоспроизводящихся ячеек. Primordia выходят из SAM с характерной асимметрией и идентичностью. которые зависят как от внешних, так и от внутренних факторов (рис.). Для листовых зачатков это означает наличие четко выраженных верхних и нижних частей. программы роста и клеточной дифференциации, так что клетки в верхней половине развивают соответствующий эпидермис, палисад мезофилл, нить ксилемы и клетки в нижней половине образуют нить флоэмы, губчатый мезофилл и соответствующий эпидермис.Различия в форме органов и типах клеток между адаксиальной (верхней) и абаксиальной (нижней) сторонами зрелого листа гарантируют, что растение направляет большую часть своей светособирающей способности на свет.

Продольный срез верхушки побега Arabidopsis , показывающий SAM и молодой зачаток листа с указанными абаксиальной и адаксиальной сторонами и показывающий экспрессию FIL (коричневая окраска) на абаксиальной стороне зачатка молодого листа (изображение любезно предоставлено Джоном Боуменом).Ранняя литература определяет абаксиальную поверхность как дорсальную, тогда как более недавнее использование в литературе относится к адаксиальной поверхности как к дорсальной. Чтобы не было путаницы, в этом обзоре мы используем термины абаксиальный и адаксиальный.

Асимметрия формы большинства листьев очевидна с самого начала, поскольку они появляются в виде полумесяца на боковой стороне SAM, и эта дорсовентральность дополнительно усиливается за счет различного роста адаксиальной и абаксиальной сторон.Ранняя асимметрия также обнаруживается адаксиально- и абаксиально-специфической экспрессией генов в зародышевых и молодых зачатках органов (рис. Sawa et al. 1996). Формирование дорсовентрального паттерна также происходит в боковых зачатках, которые дают асимметричные побеги, такие как цветок львиного зева, у которого различаются верхнее и нижнее расположение лепестков и тычинок. Дорсовентральность этого и других асимметричные боковые побеги — результат различий в зарождении и росте органов на адаксиальном и абаксиальном сторонам бокового ЗРК, а также к асимметрии самого бокового ЗРК.

Как это делают мухи?

Проблема формирования дорсовентрального паттерна придатков лучше всего понятна в развивающемся крыле Drosophila (см. Обзор Brook et al. 1996; Lawrence and Struhl 1996). Процесс начинается, когда крыловой имагинальный диск формируется как инвагинация эмбриональной эктодермы (для обзора см. Cohen 1993). Затем крыловой диск подразделяется на отсеки дорсальной и вентральной ветвей.Первичный ген, участвующий в определении Идентичность дорсальных клеток составляет apterous ( ap ), который экспрессируется в дорсальных, но не вентральных клетках (Cohen et al. 1992; Diaz-Benjumea and Cohen 1993; Blair et al. 1994). ap затем определяет дорсальную идентичность и направляет экспрессию ряда других генов, ведущих к активации экспрессии wingless ( wg ) вдоль дорсовентральной границы (Irvine and Wieschaus 1994; Diaz-Benjumea and Cohen 1995; Kim et al. .1995; Рулифсон и Блэр, 1995 г .; ДеСелис и др. 1996; Нойман и Коэн 1996). Wg представляет собой секретируемый белок, который действует как морфоген, определяющий судьбы дорсальных и вентральных клеток в развивающемся крыле (Zecca et al. 1996; Neuman and Cohen 1997). Сопоставление дорсальных и вентральных клеток индуцирует экспрессию wg и образование организующего центра на краю, что приводит к разрастанию крыла (Blair et al. 1994; Williams et al. 1994).

На основании этих и других исследований было высказано предположение, что результатом могут быть многие аспекты формирования паттерна у развивающихся животных. подобной парадигмы развития, начиная с создания доменов или компартментов.Впоследствии ближний передача сигналов через границу двух доменов в конечном итоге приводит к образованию диффузной сигнальной молекулы с большим радиусом действия. это определяет паттерн как морфоген из пограничного положения (Lawrence and Struhl 1996).

Классические исследования формирования дорсовентрального паттерна у растений

Ранние работы указали на важность SAM в передаче сигналов только что инициированным зачаткам на его флангах.Хирургический надрезы, которые отделяли зарождающиеся зачатки листьев от родительского SAM, привели к их развитию в виде радиальных листьев, или центральные органы, которым не хватало четких адаксиальных и абаксиальных идентичностей (Sussex 1955; Snow and Snow 1959; Hanawa 1961). Эти и другие результаты привели к предположению, что SAM посылает сигнал ингибирования роста адаксиальной поверхности листа. primordia, что приводит к асимметричному росту и возникновению дорсовентральности (Wardlaw 1949).Однако другие эксперименты, документирующие развитие дорсовентральных листьев в отсутствие SAM, не подтверждают это. гипотеза (обсуждается в Steeves and Sussex 1989). В одном отчете предполагалось, что асимметричное влияние силы тяжести было ответственно за формирование дорсовентрального паттерна у животных. некоторые цветы, так как растения с обычно асимметричными цветками образовывали симметричные цветки при выращивании в клиностате (Vöchting 1884).

Асимметрично выраженные факторы

Более недавние открытия дорсовентрального паттерна у растений пришли, как и в случае с мухами, в виде мутантов, которые имеют фенотипы развития, которые вызывают образование адаксиальных тканей вместо абаксиальных и наоборот.Первые подсказки пришли с характеристикой генов CYCLOIDEA ( CYC ) и DICHOTOMA ( DICH ) из львиного зева (Luo et al. 1996). Львиный зев подобен многим растениям с асимметричными цветками, а двойные мутанты cyc dich дают абаксиализированные цветки, которые радиально симметричны (Coen 1996; Luo et al. 1996). CYC и DICH кодируют близкородственные белки, что согласуется с генетическими данными, предполагающими избыточность, и сходны с другим регулятором. бокового разрастания растений продукт кукурузы TEOSINTE BRANCHED1 ( TB1 ) (Doebley et al.1997). Гомология между CYC и TB1 включает 62-аминокислотную область, содержащую предполагаемый сигнал ядерной локализации, что позволяет предположить, что эти белки могут функционировать в качестве регуляторов транскрипции (Doebley et al. 1997). CYC экспрессируется в адаксиальной половине цветочного зачатка и в адаксиально расположенных зачатках цветочного органа, где он контролирует скорость роста и зарождение зачатков (Luo et al. 1996). Развитие абаксиальных идентичностей вместо адаксиальных у двойных мутантов cyc dich указывает на то, что CYC / DICH действуют, чтобы подавлять развитие абаксиальных идентичностей на адаксиальной стороне зачатка цветка.Интересно, что активность продукта гена DIVARICATA из львиного зева, по-видимому, необходим для абаксиальной идентичности и ограничен абаксиальной частью зачатка за счет антагонистической активности CYC и DICH (Almeida et al. 1997).

Симметрично выраженные множители

Ключи к формированию дорсовентрального паттерна во время развития листа пришли с выделением гена львиный зев PHANTASTICA ( PHAN ) (Waites et al.1988). phan мутанты имеют игольчатые абаксиализированные листья и лепестки, которые в значительной степени лишены адаксиальных структур и пластинок (Waites and Hudson 1995). Ранние листья имеют участки абаксиальной ткани на адаксиальной поверхности и там, где два типа клеток встречаются с эктопическими краями листа. форма. Абаксиальные игольчатые листья без пластинок, а также эктопические пластинки, окружающие участки абаксиальных клеток. на адаксиальной поверхности ранних листьев у мутантов phan , оба убедительно предполагают, что сопоставление адаксиальной и абаксиальной идентичностей может привести к индукции пластинки нарост.Эксперименты по температурному сдвигу показывают, что PHAN необходим только для дорсовентральности перед появлением примордия, предполагая, что это указано в SAM, как предполагается. с помощью более ранних хирургических экспериментов (Waites et al. 1988). PHAN кодирует фактор транскрипции, связанный с MYB, который экспрессируется во всех клетках всех зачатков боковых органов, инициированных из побега. и цветочные меристемы (Waites et al. 1988). Поскольку абаксиализированные фенотипы встречаются только в подмножестве латеральных органов мутантов phan , наблюдаемый паттерн экспрессии подразумевает, что другие факторы модулируют активность PHAN .

YABBY гены способствуют судьбе абаксиальных клеток?

Итак, статьи Sawa et al. (1999b) и Bowman and Smyth (1999) сообщают о существовании семейства генов, которое потенциально контролирует формирование абаксиального паттерна у Arabidopsis . В статье Sawa et al. в этом выпуске описывается выделение и паттерн экспрессии гена FILAMENTOUS FLOWER ( FIL ) (Sawa et al.1999b). fil мутанты обладают плейотропными дефектами в инициации и развитии как меристем цветка, так и органов цветка (Sawa et al. 1999a). Мутанты fil производят два типа аберрантных цветков, которые расположены в трех зонах вдоль стебля соцветия. Первые 10–15 полученные цветы имеют деформированную форму, неправильное расположение или отсутствие органов. Далее следует производство ∼20 узлами нитевидных структур и, наконец, зоной обоих типов структур.Нити-подобные структуры кажутся частичные цветки, состоящие только из базальной ножки, без дистального цветоложа или части цветка, несущей орган (Сава и др., 1999a). Общей чертой двух типов аберрантных цветов является отсутствие полного набора цветочных органов.

Фенотипы одиночных мутантов fil могут обеспечить только частичную картину функции FIL , однако, поскольку FIL является членом мультигенного семейства в Arabidopsis , которое включает близкородственных членов.Ключ к разгадке функции FIL , не очевидной для фенотипа с одним мутантом fil , взят из исследований экспрессии, показывающих, что РНК FIL обычно накапливается только на абаксиальной стороне листьев, цветочных меристем и всех цветковых органов (Sawa et al. . 1999b). Более того, когда ген FIL экспрессируется эктопически, листья развиваются либо в виде заблокированных цилиндрических структур, которые не могут инициировать пластинку. отростка или в виде морщинистых органов, на адаксиальной поверхности которых образуются участки абаксиальных эпидермальных клеток (Sawa et al.1999b). Взятые вместе, эти результаты предполагают, что нормальная роль FIL может включать стимулирование судьбы абаксиальных клеток. Это может частично объяснить фенотипы цветков мутантов fil , если во время нормального развития необходимо взаимодействие между абаксиальными и адаксиальными типами клеток в молодом цветочном зачатке. чтобы вызвать формирование сосуда.

FIL связан с недавно выделенным геном CRABSCLAW ( CRC ), мутации которого приводят к дефектам плейотропного роста в развивающемся гинецеи и цветочной меристеме (Alvarez and Smyth 1999; Bowman and Smyth 1999). CRC также демонстрирует сложный паттерн экспрессии в развивающемся гинецее, который включает абаксиальный домен, подобный, но отличающийся из FIL (Bowman and Smyth 1999). Подобно fil , интерпретация мутантных фенотипов crc может быть затруднена присутствием повторяющихся генов. С этой идеей согласуется наблюдение, что Было показано, что мутации в нескольких генах синергетически усиливают фенотип crc gynoecium, что приводит к развитию нормально адаксиальных плацент на абаксиальной поверхности (Bowman et al.1999; Ю. Эшед и Дж. Боуман, личн. комм.). Эти данные предполагают, что по крайней мере одна из функций CRC состоит в том, чтобы способствовать судьбе абаксиальных клеток во время развития гинецея, хотя одиночные мутанты crc не предполагают этого.

И FIL , и CRC принадлежат к семейству генов в Arabidopsis , которое также включает по крайней мере четыре других члена (Bowman and Smyth 1999; Sawa et al. 1999b).Все эти гены кодируют спираль-петлю-спираль / HMG-подобную область, называемую доменом YABBY, а также цинковый палец. домен (Bowman and Smyth, 1999). Близкое сходство последовательностей, присущее членам этого семейства генов, может частично объяснять выявленную очевидную избыточность. в генетических исследованиях и исследованиях экспрессии. Например, FIL тесно связан с YAB3, так как эти два белка идентичны на 98% в домен YABBY и на 75% идентичен в области цинкового пальца, указывая тем самым, что YAB3 может быть избыточным партнером для FIL (Bowman and Smyth 1999).

Другой интересный представитель семейства генов YABBY , который был недавно охарактеризован, — это ген INNER NO OUTER ( INO ), который необходим для нормального развития яйцеклетки (C. Gasser, J. Villanueva и K. Schneitz, чел. комм.). Мутации в INO приводят к потере внешнего покрова, структуры, которая обычно формируется на абаксиальной стороне зачатка семяпочки (Baker et al. 1997).Таким образом, появляется общая тема для ролей по крайней мере трех членов класса предполагаемой транскрипции YABBY. Факторы, поскольку все они, по-видимому, действуют, чтобы способствовать абаксиальной идентичности органов, в которых они выражены.

Мутанты, ожидающие клонирования

Сообщалось также о других мутантах, которые проявляют фенотип полярности, подобный упомянутым выше. leafbladeless1 ( lbl1 ) мутанты кукурузы имеют радиально-симметричные листья, которые абаксиализированы, подобно мутантам phan у львиного зева (Timmermans et al. 1998). lbl1 мутанты также образуют листья с участками абаксиального эпидермиса на адаксиальной поверхности, которые производят ламинарные выросты на эктопические адаксиально-абаксиальные границы (Timmermans et al. 1998). Эктопические пластинки обычно встречаются парами по бокам абаксиального участка ткани, проходящего по длине средней жилки на адаксиальная поверхность.Предполагается, что эктопические пластинки возникают из-за сопоставления адаксиальной и абаксиальной территорий, аналогично предложению для мутантов phan . В отличие от мутантов phan поражены все боковые органы растений lbl1 . Интересно, что мутанты lbl1 обнаруживают дефекты в привлечении клеток-основателей листа, поскольку меньшее количество клеток, чем у мутантов дикого типа, демонстрирует понижающую регуляцию маркера. для идентификации нелистовых основателей в SAM (Timmermans et al.1998). Хотя мутанты lbl1 и phan имеют много общего, LBL1 не является ортологом кукурузы для PHAN (Timmermans et al. 1998).

В отличие от рецессивных мутантов lbl и phan , доминантная мутация phabulosa-1d ( phb-1d ) в Arabidopsis обусловливает адаксиализацию листьев и развитие пазушных зачатков у абаксиального основания. мутантных листьев (McConnell and Barton 1998). phb-1d листья либо игольчатые и лишены абаксиальных особенностей, либо имеют форму трубы. Форма трубы кажется результатом от дублированной проксимодистальной оси с перевернутой адаксиально-абаксиальной полярностью, формирующейся на абаксиальном основании органа. Похожий до lbl1 мутация phb-1d затрагивает все надземные боковые органы растения (McConnell and Barton 1998).

Перспективы на будущее

Теперь, когда доступна большая коллекция мутантов и асимметрично выраженных маркеров, будущее выглядит безоблачным. некоторые из загадок адаксиально-абаксиального паттерна у растений, а также активности уже выделенных факторов.Вылов перед генами CYC и YABBY приведет к подсказкам, определяющим асимметрию в зачатках, тогда как движение вниз по течению от этих и других генов приведет к факторы, которые определяют рост и различия в типах клеток между адаксиальной и абаксиальной. Экраны подавителя и усилителя должны также оказались информативными, поскольку PHAN и YABBY семейств генов подтверждают, что избыточные функции играют значительную роль в формировании абаксиально-адаксиального паттерна.Поднят один вопрос однородным паттерном экспрессии PHAN в зачатках является природа и идентичность других факторов, участвующих в создании асимметричного эффекта этой предполагаемой транскрипции. фактор.

Наконец, несмотря на то, что последний общий предок растений и животных был одноклеточным, примечательное сходство существуют для того, как эти организмы развили механизмы развития, чтобы узор на листьях и крыльях.Эти сходства включают раннее подразделение зачатков органа (и бокового побега) на адаксиальный и абаксиальный домены экспрессии генов, а также совмещение адаксиального и абаксиального доменов для получения латерального роста. Несмотря на эти поразительные сходства, различия между растениями и животными существуют и включают в себя отсутствие клоновых компартментов в растениях (для обзора см. Dawe and Freeling 1991), наличие стенок растительных клеток, которые могут ограничивать способность секретируемых факторов роста распространяться, и различные формы развития и жизненные стратегии растений и животных.Но опять же, если бы листья были крыльями, растения летали бы.

Благодарности

Мы благодарим Джона Боумена, Итана Бир, Детлефа Вайгеля и Медарда Нга за комментарии к рукописи, а также Джона Боумена и Чарльза. Гассеру за разрешение цитировать их неопубликованные результаты. В КАЧЕСТВЕ. поддерживается Фондом исследований в области наук о жизни, и Наши исследования Arabidopsis поддерживаются грантами Национального научного фонда и Национальных институтов здравоохранения (M.Ю.).

Перейти к основному содержанию Поиск