БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.1014rus

УДК 635.656:631.461.52:576

Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» ФГБНУ ВНИИСХМ и ЦКП «Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов» ФГБУН БИН РАН. Исследования поддержаны РНФ (грант № 16-16-10035).

 

ВЛИЯНИЕ МУТАЦИИ В ГЕНЕ Sym26 НА ОРГАНИЗАЦИЮ ТУБУЛИНОВОГО ЦИТОСКЕЛЕТА В КЛУБЕНЬКАХ ГОРОХА ПОСЕВНОГО (Pisum sativum L.)

А.Б. КИТАЕВА, В.Е. ЦЫГАНОВ

Симбиотический клубенек — уникальный орган, который формируется на корнях бобовых растений. Для клубеньков недетерминированного типа (с продолжительной активностью меристемы) (F. Guinel, 2009) характерна дифференцировка как клеток клубенька, так и инфицировавших его бактерий, которые преобразуются в специализированную для азотфиксации форму — бактероиды. Бактероиды, окруженные мембраной растительного происхождения, формируют органеллоподобные симбиосомы (A. Tsyganova с соавт., 2018; T. Coba de la Peña с соавт., 2018). Дифференцировка клеток в центральной части клубенька приводит к формированию неинфицированных (свободных от бактерий) и инфицированных клеток, заполненных многими тысячами симбиосом (A. Tsyganova с соавт., 2018). В результате продолжительной активности меристемы в недетерминированном клубеньке формируется гистологическая зональность. Различают меристему, зону инфекции, зону азотфиксации, а в основании зрелого клубенька формируется зона старения (F. Guinel, 2009). Очевидно, что тубулиновый цитоскелет играет важную роль в развитии клубенька, но до недавнего времени основное внимание уделялось ранним стадиям развития клубенька (A. Timmers, 2008), и лишь недавно было выявлено, что тубулиновый цитоскелет играет ключевую роль в дифференцировке клеток клубенька (A. Kitaeva с соавт., 2016). Так, было показано, что в клубеньках гороха посевного (Pisum sativum L.) и люцерны слабоусеченной (Medicago truncatula Gaertn.) выход бактерий в цитоплазму растительной клетки препятствует формированию свойственного неинфицированным клеткам упорядоченного паттерна кортикальных микротрубочек, ориентированных параллельно друг другу и перпендикулярно продольной оси клетки; это ведет к появлению неупорядоченного паттерна, способствующего переходу инфицированных клеток к изодиаметрическому росту (A. Kitaeva с соавт., 2016). Эндоплазматические микротрубочки создают матрицу для роста инфекционных нитей, поддерживают расположение инфекционных капель и симбиосом в инфицированных клетках (A. Kitaeva с соавт., 2016). Тем не менее не были изучены изменения в организации тубулинового цитоскелета при старении клеток клубенька. В настоящем исследовании с использованием иммуноцитохимического анализа и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии мы изучили организацию тубулинового цитоскелета в клубеньках мутантной линии гороха SGEFix--3 (sym26). Для этого мутанта характерно формирование неэффективных клубеньков с преждевременно деградирующими симбиотическими структурами (T. Serova с соавт., 2018). Показано, что в 2-недельных клубеньках мутантной линии паттерны кортикальных и эндоплазматических микротрубочек не отличались от таковых у исходной линии SGE. Так, кортикальные микротрубочки формировали неупорядоченный паттерн в меристематических и инфицированных клетках и упорядоченный — в неинфицированных и колонизированных клетках. Эндоплазматические микротрубочки окружали ядро в интерфазных клетках, формировали веретена деления и препрофазные пояски при митозе, а также окружали инфекционные нити. В то же время в зоне старения в деградирующих клетках наблюдалась полная деполимеризация тубулинового цитоскелета как в инфицированных, так и в неинфицированных клетках. У исходной линии старение индуцировалось лишь в 4-недельных клубеньках, и в стареющих клетках также наблюдалась деполимеризация микротрубочек. Таким образом, полная деполимеризация микротрубочек в различных типах клеток клубенька может быть цитологическим маркером его старения.

Ключевые слова: бобово-ризобиальный симбиоз, микротрубочки, симбиосома, бактероид, инфекционная нить, старение клубенька, иммунолокализация, Pisum sativum.

 

 

INFLUENCE OF MUTATION IN THE GENE Sym26 OF THE GARDEN PEA (Pisum sativum L.) ON THE ORGANIZATION OF TUBULIN CYTOSKELETON IN NODULES

A.B. Kitaeva, V.E. Tsyganov

Symbiotic nodule is a unique organ forming on legume roots. Indeterminate nodules (with prolonged meristem activity) (F. Guinel, 2009) are characterized by differentiation of both the nodule cells and the bacteria that infect nodule and are converted into a form specialized for nitrogen fixation — bacteroids. Bacteroids surrounded by a membrane of plant origin, form organelle-like symbiosomes (A. Tsyganova et al., 2018; T. Coba de la Peña et al., 2018). Cell differentiation leads to appearance of uninfected (free of bacteria) and infected cells filled with many thousands of symbiosomes formed in the central part of nodule (A. Tsyganova et al., 2018). A prolonged activity of the meristem results in histological zonation of the indeterminate nodule. A meristem, an infection zone, a nitrogen fixation zone are distinguished, and a senescence zone appears in the basal part of a mature nodule (F. Guinel, 2009). Obviously, the tubulin cytoskeleton plays an important role in the development of a nodule, but until now researchers had a focus on the early stages of nodule development (A. Timmers, 2008). Only recently it was revealed that the tubulin cytoskeleton plays a key role in the differentiation of nodule cells (A. Kitaeva et al., 2016). It was shown that in nodules of garden pea (Pisum sativum L.) and barrel medic (Medicago truncatula Gaertn.) the release of bacteria into the cytoplasm of a plant cell prevents the formation of a regular pattern of cortical microtubules, oriented parallel to each other and perpendicular to the longitudinal axis of the cell, typical for uninfected cells. This leads to an irregular pattern of cortical microtubules, the appearance of which contributes to the transition of infected cells to isodiametric growth (A. Kitaera et al., 2016). Endoplasmic microtubules build a mold for the growth of infection threads, and support the location of infection droplets and symbiosomes in infected cells (A. Kitaeva et al., 2016). However, changes in the organization of the tubulin cytoskeleton during senescence of nodule cells have not been studied. In this study, using immunocytochemical analysis and confocal laser scanning microscopy, the organization of the tubulin cytoskeleton in the nodules of the pea mutant SGEFix--3 (sym26) (V. Tsyganov et al., 2000) was studied. This mutant is characterized by the formation of ineffective nodules with premature degradation of symbiotic structures (T. Serova et al., 2018). It was shown that in the mutant line, the formed patterns of cortical and endoplasmic microtubules did not differ from those of the initial line SGE. Cortical microtubules formed an irregular pattern in meristematic and infected cells and regular pattern in uninfected and colonized cells. Endoplasmic microtubules surrounded the nucleus in interphase cells, formed spindles and preprophase bands during mitosis, and also surrounded infection threads. At the same time, in the senescence zone in degrading cells, complete depolymerization of the tubulin cytoskeleton occurred in both infected and uninfected cells. In the initial line, senescence was induced only in four-week-old nodules, and microtubule depolymerization was also observed in senescent cells. Thus, the complete depolymerization of microtubules in various types of nodule cells can be a cytological marker of its senescence.

Keywords: legume-rhizobial symbiosis, microtubules, symbiosome, bacteroid, infection thread, nodule senescence, immunolocalization, Pisum sativum.

 

ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии,

196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин,
ш. Подбельского, 3,
e-mail: anykitaeva@gmail.com, tsyganov@arriam.spb.ru ✉

Поступила в редакцию
11 февраля 2019 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML