Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках

Для изучения роли гиперфосфорилирования в растительной клетке исследовано влияние окадаиновой кислоты, специфического ингибитора протеинфосфатаз ПФ1 и ПФ2А, на общую морфологию корней проростков Arabidopsis thaliana и структурно-функциональные особенности кортикальных микротрубочек в разных типах кл...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Цитология и генетика
Дата:	2009
Автори:	Шеремет, Я.А., Емец, А.И., Вербелен, Ж.-П., Блюм, Я.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України 2009
Теми:	Оригинальные работы
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66616
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках / Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.-П. Вербелен, Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-66616
record_format	dspace
spelling	Шеремет, Я.А. Емец, А.И. Вербелен, Ж.-П. Блюм, Я.Б. 2014-07-19T12:00:51Z 2014-07-19T12:00:51Z 2009 Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках / Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.-П. Вербелен, Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0564-3783 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66616 576.311.348.7+544.475+581.43 Для изучения роли гиперфосфорилирования в растительной клетке исследовано влияние окадаиновой кислоты, специфического ингибитора протеинфосфатаз ПФ1 и ПФ2А, на общую морфологию корней проростков Arabidopsis thaliana и структурно-функциональные особенности кортикальных микротрубочек в разных типах клеток всех ростовых зон первичного корня. Для вивчення функціональної ролі гіперфосфорилювання в рослинній клітині досліджено вплив окадаїнової кислоти, специфічного інгібітора протеїнфосфатаз ПФ1 та ПФ2А на загальну морфологію коренів проростків Arabidopsis thaliana та структурно-функціональні особливості кортикальних мікротрубочок в різних типах клітин всіх ростових зон первинного кореня. To investigate the functional role of protein hyperphosphorylation in plant cells the general morphology of Arabidopsis thaliana primary roots and structural-functional property of cortical microtubules were studied after treatment with okadaic acid, specific inhibitor of protein phosphatases PP1 and PP2A. ru Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України Цитология и генетика Оригинальные работы Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках Вплив окадаїнової кислоти на морфологію кореня Arabidopsis thaliana та організацію мікротрубочок в його клітинах The effect of okadaic acid on root morphology of Arabidopsis thaliana and microtubule organization in its cells Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках
spellingShingle	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках Шеремет, Я.А. Емец, А.И. Вербелен, Ж.-П. Блюм, Я.Б. Оригинальные работы
title_short	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках
title_full	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках
title_fullStr	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках
title_full_unstemmed	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках
title_sort	влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках
author	Шеремет, Я.А. Емец, А.И. Вербелен, Ж.-П. Блюм, Я.Б.
author_facet	Шеремет, Я.А. Емец, А.И. Вербелен, Ж.-П. Блюм, Я.Б.
topic	Оригинальные работы
topic_facet	Оригинальные работы
publishDate	2009
language	Russian
container_title	Цитология и генетика
publisher	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
format	Article
title_alt	Вплив окадаїнової кислоти на морфологію кореня Arabidopsis thaliana та організацію мікротрубочок в його клітинах The effect of okadaic acid on root morphology of Arabidopsis thaliana and microtubule organization in its cells
description	Для изучения роли гиперфосфорилирования в растительной клетке исследовано влияние окадаиновой кислоты, специфического ингибитора протеинфосфатаз ПФ1 и ПФ2А, на общую морфологию корней проростков Arabidopsis thaliana и структурно-функциональные особенности кортикальных микротрубочек в разных типах клеток всех ростовых зон первичного корня. Для вивчення функціональної ролі гіперфосфорилювання в рослинній клітині досліджено вплив окадаїнової кислоти, специфічного інгібітора протеїнфосфатаз ПФ1 та ПФ2А на загальну морфологію коренів проростків Arabidopsis thaliana та структурно-функціональні особливості кортикальних мікротрубочок в різних типах клітин всіх ростових зон первинного кореня. To investigate the functional role of protein hyperphosphorylation in plant cells the general morphology of Arabidopsis thaliana primary roots and structural-functional property of cortical microtubules were studied after treatment with okadaic acid, specific inhibitor of protein phosphatases PP1 and PP2A.
issn	0564-3783
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66616
citation_txt	Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках / Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.-П. Вербелен, Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT šeremetâa vliânieokadainovoikislotynamorfologiûkornâarabidopsisthalianaiorganizaciûmikrotrubočekvegokletkah AT emecai vliânieokadainovoikislotynamorfologiûkornâarabidopsisthalianaiorganizaciûmikrotrubočekvegokletkah AT verbelenžp vliânieokadainovoikislotynamorfologiûkornâarabidopsisthalianaiorganizaciûmikrotrubočekvegokletkah AT blûmâb vliânieokadainovoikislotynamorfologiûkornâarabidopsisthalianaiorganizaciûmikrotrubočekvegokletkah AT šeremetâa vplivokadaínovoíkislotinamorfologíûkorenâarabidopsisthalianataorganízacíûmíkrotrubočokviogoklítinah AT emecai vplivokadaínovoíkislotinamorfologíûkorenâarabidopsisthalianataorganízacíûmíkrotrubočokviogoklítinah AT verbelenžp vplivokadaínovoíkislotinamorfologíûkorenâarabidopsisthalianataorganízacíûmíkrotrubočokviogoklítinah AT blûmâb vplivokadaínovoíkislotinamorfologíûkorenâarabidopsisthalianataorganízacíûmíkrotrubočokviogoklítinah AT šeremetâa theeffectofokadaicacidonrootmorphologyofarabidopsisthalianaandmicrotubuleorganizationinitscells AT emecai theeffectofokadaicacidonrootmorphologyofarabidopsisthalianaandmicrotubuleorganizationinitscells AT verbelenžp theeffectofokadaicacidonrootmorphologyofarabidopsisthalianaandmicrotubuleorganizationinitscells AT blûmâb theeffectofokadaicacidonrootmorphologyofarabidopsisthalianaandmicrotubuleorganizationinitscells
first_indexed	2025-11-26T12:41:32Z
last_indexed	2025-11-26T12:41:32Z
_version_	1850621789415145472
fulltext	УДК 576.311.348.7+544.475+581.43 Я.А. ШЕРЕМЕТ 1, А.И. ЕМЕЦ 1, Ж.�П. ВЕРБЕЛЕН 2, Я.Б. БЛЮМ 1 1 Институт пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины, Киев Е�mail: alyemets@univ.kiev.ua 2 Университет Антверпена, Бельгия ВЛИЯНИЕ ОКАДАИНОВОЙ КИСЛОТЫ НА МОРФОЛОГИЮ КОРНЯ ARABIDOPSIS THALIANA И ОРГАНИЗАЦИЮ МИКРОТРУБОЧЕК В ЕГО КЛЕТКАХ Для изучения роли гиперфосфорилирования в расти� тельной клетке исследовано влияние окадаиновой кисло� ты, специфического ингибитора протеинфосфатаз ПФ1 и ПФ2А, на общую морфологию корней проростков Arabidopsis thaliana и структурно�функциональные осо� бенности кортикальных микротрубочек в разных типах клеток всех ростовых зон первичного корня. Установле� но, что окадаиновая кислота по�разному влияет на ор� ганизацию микротрубочек в зависимости от типа кле� ток и зоны корня. Обнаружено, что наибольшей чувст� вительностью к 0,1, 1 и 10 нМ концентрациям окадаи� новой кислоты обладают кортикальные микротрубочки в эпидермальных клетках и клетках коры зоны растя� жения корня, которые полностью разрушались после об� работки ингибитором. В трихобластах и атрихоблас� тах, а также в эпидермальных клетках зоны дифферен� циации обработка окадаиновой кислотой вызывала ста� билизацию кортикальных микротрубочек. Установлено также, что обработка окадаиновой кислотой в значи� тельной степени влияет на морфологию корневых волос� ков, вызывая их ветвление и вздутие вследствие нару� шения в них исходной ориентации микротрубочек. На основании полученных результатов можно сделать вы� вод о том, что индукция гиперфосфорилирования белков посредством ингибирования протеинфосфатаз прини� мает активное участие в организации микротрубочек растительных клеток. Введение. Обратимое фосфорилирование белков – универсальный механизм регуляции их структурных и функциональных свойств в эукариотических клетках [1]. Ранее нами было установлено, что обе субъединицы раститель� ного тубулина (α� и β�), являющиеся главными составляющими микротрубочек, могут под� вергаться фосфорилированию как по остаткам серина/треонина, так и по остаткам тирозина [2, 3]. Поскольку микротрубочки являются од� ним из важнейших компонентов раститель� ной клетки, вовлеченных в регуляцию ее рос� та, деления и дифференциации [4], основной интерес представляет определение роли дан� ного типа посттрансляционной модификации в регуляции структуры и функций микротру� бочек. Известно, что процесс фосфорилиро� вания белков катализируется взаимосбаланси� рованной системой ферментов: протеинкиназ, которые осуществляют перенос концевого ос� татка фосфата с АТФ на определенные остатки белковой молекулы [5], и протеинфосфатаз, катализирующих процесс дефосфорилирования [6]. На сегодняшний день в зависимости от субстратной специфичности в растительной клетке, как и в животной, выделено два основ� ных типа протеинфосфатаз: серин/треонин� и тирозин�специфические [6]. Среди протеин� фосфатаз первого типа в клетках Arabidopsis tha� liana были найдены ПФ1, ПФ2А и ПФ2С [7, 8]. В ряде работ с помощью специфического ингибитора ПФ1 и ПФ2А, окадаиновой кис� лоты [9], показано, что ингибирование процес� са дефосфорилирования белков в растительных клетках влияет как на организацию кортикаль� ных [10], так и митотических микротрубочек [11, 12], однако тонкие механизмы упомянутого процесса остаются невыясненными. В связи с этим для более глубокого изучения роли процесса дефосфорилирования белков в организации микротрубочек в растительной клетке нами была использована линия A. thalia� na, которая экспрессирует химерный белок GFP�MAP4, декорирующий микротрубочки in vivo. Соответственно, целью настоящей ра� боты явилось изучение влияния окадаиновой кислоты на особенности организации и ори� ентации микротрубочек в разных типах кле� ток первичного корня Arabidopsis thaliana. Материалы и методы. В качестве экспери� ментального материала использовали четы� рехдневные проростки линии Arabidopsis thalia� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 3 Оригинальные работы © Я.А. ШЕРЕМЕТ, А.И. ЕМЕЦ, Ж.�П. ВЕРБЕЛЕН, Я.Б. БЛЮМ, 2009 na (L.), экспрессирующие химерный ген gfp� map4 [13]. Для получения проростков семена A. thaliana предварительно стерилизовали в 6%�ном растворе гипохлорита натрия и про� мывали в стерильной дистиллированной воде. Далее семена высаживали на твердую моди� фицированную среду Мурасиге и Скуга (МС) [14], содержащую 2,2 г/л набора макро� и микросолей («Duchefa», Нидерланды), 10 г/л сахарозы, 4 г/л джелрайта («Duchefa», Нидер� ланды), рН 5,7. Высаженные семена страти� фицировали при температуре +4 °С в течение 24 ч. Далее чашки Петри с семенами оставля� ли для проращивания в вертикальном поло� жении в течение 4 сут при постоянной темпе� ратуре 22 °С и 16�часовом периоде освещения. Окадаиновую кислоту («Sigma», СШA) рас� творяли в диметилсульфоксиде (ДМСО) и хранили в концентрации 10 мкМ при темпе� ратуре –20 °С. В зависимости от варианта ис� следования свежие рабочие концентрации ин� гибитора готовили на основе дистиллирован� ной воды либо добавляли окадаиновую кисло� ту в питательную среду MС, которую разливали по чашкам Петри. Общая концентрация ДМСО в растворе не превышала 0,5 %. В первой серии экспериментов для изуче� ния влияния окадаиновой кислоты на рост и морфологию корней четырехдневные пророст� ки Arabidopsis помещали на твердую среду МС, содержащую 0,1–100 нМ ингибитора, и изуча� ли после обработки в течение 6–48 ч. Следую� щую серию экспериментов по исследованию влияния окадаиновой кислоты на прорастание семян Arabidopsis и общую морфологию кор� невых апексов проводили после высаживания семян на среду МС, содержащую те же кон� центрации ингибитора протеинфосфатаз. Эф� фекты окадаиновой кислоты на прорастание семян фиксировали на протяжении 4 сут. Полученные данные документировали с по� мощью цифровой фотокамеры Canon Power Shot G6 в режиме макросъемки. Длину корней A. thaliana измеряли согласно методике, опи� санной ранее [15]. Все эксперименты проведе� ны в трех повторностях, результаты экспери� ментальных данных обрабатывали согласно об� щепринятым статистическим методикам [16]. Для изучения краткосрочного (1 и 3 ч) и пролонгированного (6–48 ч) влияния окадаи� новой кислоты на организацию и ориентацию микротрубочек в клетках различных ростовых зон первичного корня четырехдневные про� ростки обрабатывали ингибитором в концент� рациях 0,1–100 нМ. GFP�меченые микротру� бочки в клетках Arabidopsis визуализировали in vivo с помощью конфокального лазерного ска� нирующего микроскопа LSM 510 META («Carl Zeiss», Германия). Для получения трехмерного изображения использовали 488�ю линию арго� нового лазера (волновое возбуждение 488/ 543 нм; эмиссия при 510/540 нм), иммерсион� ный объектив с 63�кратным увеличением (Plan� Apochromat). На основании серийных оптичес� ких срезов (с интервалом 0,3–0,5 мкМ) строили трехмерные модели построений микротрубочек с помощью программного обеспечения Image Axiovision («Carl Zeiss», Германия). Результаты исследований и их обсуждение. Влияние окадаиновой кислоты на рост и морфо� логию первичного корня проростков A. thaliana. В ходе экспериментов установлено, что обра� ботка первичных корней проростков A. thalia� na окадаиновой кислотой вызывала измене� ние скорости их роста и морфологии (рис. 1). Следует отметить, что обработка проростков 0,1 и 1 нМ окадаиновой кислотой не вызывала значительных изменений в скорости роста их корней по сравнению с контролем. В свою оче� редь экспозиция проростков с 10 нМ окадаи� новой кислотой оказывала стимулирующее действие на рост первичных корней. Установле� но, что обработка проростков ингибитором в упомянутой концентрации в течение 24 и 48 ч вызывала увеличение длины корней в 1,3 и 1,4 раза по сравнению с длиной корней в кон� троле. Вместе с тем повышение концентрации окадаиновой кислоты до 100 нМ приводило к ингибированию роста первичных корней в 1,4 и 1,5 раза после 24 и 48 ч обработки соответ� ственно по сравнению с контролем. Известно, что наибольшей чувствительнос� тью к действию окадаиновой кислоты облада� ет ПФ2А (0,1–1 нМ), тогда как для ингибиро� вания ПФ1 необходима более высокая концен� трация этого вещества (в 10–100 раз выше) [17, 18]. Ранее в ряде работ было показано, что обработка проростков Arabidopsis ингибитора� ми протеинфосфатаз (окадаиновая кислота и каликулин А) вызывает значительное замед� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 14 Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.�П. Вербелен, Я.Б. Блюм ление роста первичных корней [10, 19]. В част� ности, обработка проростков Arabidopsis ока� даиновой кислотой в концентрации 100 нМ и выше вызывала более чем 50%�ное ингибиро� вание роста первичных корней. В то же время нами впервые продемонстрировано, что рост корней в присутствии этого ингибитора про� теинфосфатаз в низкой концентрации (10 нМ) может вызывать противоположное, стимулиру� ющее рост действие. Известно, что замедление роста корня может быть результатом нарушений двух основных процессов: непосредственно деления клеток в меристематической зоне и/или растяжения клеток. Оказалось, что низкие концентрации окадаиновой кислоты (0,1 и 1 нМ) не вызыва� ли заметных изменений митотического ин� декса клеток апикальной меристемы корня, тогда как обработка проростков 10 нМ окада� иновой кислотой приводила к незначительно� му увеличению количества делящихся клеток в меристеме, чем и может быть объяснено уве� личение скорости роста корня Arabidopsis. По� вышение концентрации ингибитора до 100 нМ приводило к снижению количества делящихся клеток, а также вызывало уменьшение скорос� ти растяжения клеток корня [19], что подтвер� ждается снижением скорости роста корня пос� ле обработки растений ингибитором в указан� ной концентрации (рис. 1). Обнаружено, что обработка проростков A. tha� liana окадаиновой кислотой в концентрации 100 нМ приводит к нарушению направления роста первичных корней (рис. 2, д–з) по сравне� нию с необработанными корнями (рис. 2, а–г), тогда как окадаиновая кислота в концентрациях 0,1; 1 и 10 нМ не вызывала подобного эффекта. После 12 ч обработки 100 нМ окадаиновой кислотой большинство корней проростков Ara� bidopsis незначительно отклонялись от положи� тельного геотропного направления роста (рис. 2, е), а при увеличении времени обработки ин� гибитором до 24 и 48 ч описанный эффект при� обретал более выраженный характер (рис. 2, ж, з). Полученные результаты соответствуют дан� ным более ранних работ, однако необходимо отметить, что причина обнаруженного явления авторами так и не была установлена [19]. Для объяснения полученных результатов были проведены дальнейшие исследования влияния разных концентраций ингибитора на рост и развитие проростков Arabidopsis, а именно на прорастание семян, их дальнейший рост и морфологические характеристики кор� ня в присутствии окадаиновой кислоты. В ре� зультате обнаружено, что после высаживания семян A. thaliana на среды, содержащие все тестируемые концентрации ингибитора, они не теряли способности к прорастанию. Одна� ко прорастание семян и последующий рост проростков, особенно на среде, содержащей 100 нМ окадаиновую кислоту, сопровожда� лись значительными нарушениями как мор� фологии корней (рис. 3, г), так и направления их роста (рис. 3, б). Установлено также, что при этой концентрации ингибитора происхо� дили существенные нарушения морфологии корневого апекса (рис. 3, г). Наибольшие из� менения претерпевали клетки корневого чех� лика. Как видно из рис. 4, в результате обра� ботки 100 нМ окадаиновой кислотой клетки корневого чехлика изменяли свою исходную форму на раздутую сферическую (рис. 4), при этом большая часть клеток чехлика отпадала в процессе роста корня. Полученные данные дают возможность предположить, что именно потеря большей части клеток корневого чехлика и, как резуль� тат, выполняемых ими функций может быть ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 5 Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana Рис. 1. Прирост длины первичных корней A. thaliana (по вертикали, %) после обработки окадаиновой кисло� той; по горизонтали – время обработки окадаиновой кислотой, ч причиной дезориентированного роста корней под действием окадаиновой кислоты. На се� годняшний день установлено, что основную роль в восприятии гравитационного стимула в корне играют именно высокоспециализиро� ванные клетки корневого чехлика – статоци� ты [20]. Поэтому можно допустить, что в ре� зультате потери клеток чехлика (рис. 3, г), вы� полняющих функции гравиперцепции после обработки 100 нМ окадаиновой кислотой, кор� ни отклонялись от естественного направле� ния роста (рис. 3, б), что и являлось причиной их последующей дезориентации. Ранее было показано, что обработка корней Arabidopsis 100 нМ окадаиновой кислотой и другим струк� турно неродственным типом ингибитора ПФ1 и ПФ2А, каликулином, вызывала сходные на� рушения направления роста корней [19]. На основании этих данных можно предположить, что такой эффект ингибиторов протеинфосфа� таз связан с опосредованным влиянием про� цессов гиперфосфорилирования на геотроп� ный рост корня. Наряду с описанными изменениями мор� фологии корней вследствие обработки окада� иновой кислотой особого внимания заслужи� вают эффекты ингибитора на рост и морфоло� гию корневых волосков. Нами установлено, что обработка проростков 0,1; 1 и 10 нМ окадаи� новой кислотой приводила к изменению их морфологии. Эти изменения могут быть след� ствием влияния ингибитора протеинфосфатаз на организацию и ориентацию микротрубочек в клетках корневых волосков. Влияние окадаиновой кислоты на организацию микротрубочек в клетках корней A. thaliana. Для выяснения возможных причин морфологи� ческих изменений корня под воздействием окадаиновой кислоты были исследованы из� менения организации микротрубочек в клет� ках корня A. thaliana после обработки этим ин� гибитором. В ходе экспериментов было уста� новлено, что обработка проростков Arabidopsis окадаиновой кислотой в зависимости от кон� центрации и времени вызывала значительные изменения ориентации кортикальных микро� трубочек клеток разных зон корня по сравне� нию с их исходной ориентацией (рис. 5, а–в, см. вклейку). Обнаружено, что 3–6�часовая обработка проростков 0,1 нМ окадаиновой ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.�П. Вербелен, Я.Б. Блюм 6 Рис. 2. Влияние 100 нМ окадаиновой кислоты на направление роста корней A. thaliana. Контроль: а – 0 ч; б – 12 ч; в – 24 ч; г – 48 ч. Окадаиновая кислота: д – 0 ч; е – 12 ч; ж – 24 ч; з – 48 ч. Масштаб – 10 мм кислотой не вызывала очевидных нарушений в организации кортикальных микротрубочек в клетках корней. После 12 ч обработки про� ростков указанной концентрацией ингибито� ра кортикальные микротрубочки в большин� стве эпидермальных клеток корневого апекса сохраняли поперечную ориентацию (рис. 6, а, см. вклейку), в то время как в эпидермальных (рис. 6, б), так и в кортикальных клетках зоны растяжения обработка проростков 0,1 нМ окадаиновой кислотой на протяжении 12 ч вызывала изменение ориентации кортикаль� ных микротрубочек из поперечной на хаоти� ческую. В трихобластах и атрихобластах зоны дифференциации и корневых волосках после 12 ч обработки 0,1 нМ окадаиновой кислотой обнаруживали длинные тяжи стабилизирован� ных микротрубочек (рис. 6, в). Как было отме� чено нами ранее, морфология корневых во� лосков после обработки 0,1 нМ концентраци� ей ингибитора была нарушена, для них был характерен ростовой изгиб вниз вдоль основ� ной оси первичного корня (рис. 6, в), что не характерно для контрольного варианта. Более выраженное влияние окадаиновой кислоты на организацию кортикальных микро� трубочек обнаружено после обработки про� ростков A. thaliana 1 нM концентрацией инги� битора. Необходимо отметить, что наряду с наб� людаемой дезорганизацией микротрубочек в клетках меристемы после 6 ч экспозиции с ин� гибитором протеинфосфатаз в отдельных клет� ках корневого чехлика кортикальные микро� трубочки сохраняли исходную ориентацию (рис. 7, а, см. вклейку). В большинстве эпи� дермальных клеток и клеток коры зоны растя� жения микротрубочки были дезорганизованы, хотя в некоторых можно было обнаружить от� дельные очень короткие дезориентированные микротрубочки (рис. 7, б). В клетках зоны дифференциации наблюдались стабилизиро� ванные кортикальные микротрубочки. После 12 ч обработки 1 нМ концентрацией окадаи� новой кислоты микротрубочки в эпидермаль� ных клетках меристематической зоны корня были дезориентированы, а в клетках зоны элонгации полностью разрушены. Для клеток зоны дифференциации, как и после 6 ч обра� ботки, характерно наличие стабилизирован� ных кортикальных микротрубочек (рис. 7, в). Таким образом, в результате проведенных экспериментов впервые показано, что обработ� ка проростков Arabidopsis окадаиновой кисло� той в низких концентрациях 0,1 и 1 нМ при� водила к выраженным изменениям в органи� зации микротрубочек в разных типах клеток корня уже после 6 и 12 ч обработки. Обнару� жено, что повышенной чувствительностью к действию низких концентраций окадаиновой кислоты обладали микротрубочки в клетках зо� ны элонгации корня, которые дезориентирова� лись либо деполимеризировались после обра� ботки ингибитором, в то время как в клетках зоны дифференциации обработка окадаиновой кислотой приводила к стабилизации кортика� льных микротрубочек. Эти результаты позво� ляют предположить возможное участие проте� инфосфатаз, а именно ПФ2А, в регуляции ор� ганизации кортикальных микротрубочек в клетках высших растений, активность которой, ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 7 Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana Рис. 3. Направление роста и морфология корней A. tha� liana: а, в – контрольных; б, г – обработанных 100 нМ окадаиновой кислотой в течение 4 сут. Масштаб: а, б – 10 мм; в, г – 0,1 мм Рис. 4. Морфология корневых апексов проростков A. thaliana: а – контроль; б – после обработки 100 нМ ока� даиновой кислотой. Масштаб – 100 мкм как было показано ранее, ингибируется в пре� делах данных концентраций окадаиновой кис� лоты [18, 19]. Правомочность такого предпо� ложения подтверждается результатами недав� них исследований, в которых было показано, что ПФ2А может вовлекаться в контроль орга� низации кортикальной сети микротрубочек [21]. Недавно с помощью иммунологических и биохимических методов установлено, что ПФ2А кукурузы напрямую взаимодействует с тубулином, что может свидетельствовать о не� посредственном взаимодействии этого фер� мента с микротрубочками in vivo [22]. В случае же обработки проростков окадаи� новой кислотой в более высокой концентрации (10 нМ) изменения в организации и ориента� ции кортикальных микротрубочек наблюдались уже после 3 ч экспозиции растений с ингиби� тором протеинфосфатаз: в отдельных клетках корневого чехлика микротрубочки были дез� организованы (рис. 8, а, см. вклейку); в клетках меристемы и клетках коры зоны растяжения кортикальные микротрубочки были полностью деполимеризованы, только в отдельных эпи� дермальных клетках зоны растяжения сохра� нялись фрагменты кортикальных микротрубо� чек (рис. 8, б). В клетках зоны дифференциа� ции обработка ингибитором вызывала стаби� лизацию кортикальных микротрубочек (рис. 8, в). После 1 ч обработки проростков Arabidopsis окадаиновой кислотой в самой высокой из ис� пользуемых концентраций (100 нМ) во всех ти� пах клеток корня микротрубочки не были об� наружены вообще. Полученные нами данные относительно влияния окадаиновой кислоты на организацию микротрубочек в клетках корней A. thaliana не� сколько отличаются от более ранних результа� тов других авторов. В работе [10] показано, что только длительная обработка проростков окадаиновой кислотой в высокой концентра� ции (300 нМ, 15 ч) приводит к дезорганизации кортикальных микротрубочек в клетках зоны элонгации, тогда как 100 нМ окадаиновая кислота после аналогичного времени обработ� ки не вызывает видимых изменений в органи� зации кортикальных микротрубочек. Такие от� личия в эффективности действия ингибитора протеинфосфатаз на организацию кортикаль� ной сети микротрубочек можно объяснить за счет разницы в используемых методах обра� ботки проростков окадаиновой кислотой. В наших экспериментах проростки Arabidopsis ин� кубировали в жидкой среде, содержащей ока� даиновую кислоту, за счет чего вся поверх� ность корня находилась в непосредственном контакте с ингибитором. В то же время авторы цитируемой работы изучали влияние окадаи� новой кислоты на организацию микротрубо� чек в клетках корней A. thaliana после экспо� зиции проростков на твердой среде [10], что в свою очередь не обеспечивало полного кон� такта всех эпидермальных клеток корня с ин� гибитором. В ходе наших экспериментов также впервые установлено, что обработка проростков 1 и 10 нМ окадаиновой кислотой приводит к зна� чительным изменениям в организации микро� трубочек корневых волосков. Обнаружено, что после 3 ч обработки проростков 1 нМ окадаи� новой кислотой микротрубочки в корневых волосках имели неупорядоченную ориентацию (рис. 9, а, см. вклейку) по сравнению с исход� ной ориентацией микротрубочек в корневых волосках необработанных проростков (рис. 5, в). После более продолжительной обработки первичных корней ингибитором протеинфос� фатаз в 1 нМ концентрации корневые волоски разветвлялись в процессе роста, а микротру� бочки в них были стабилизированы (рис. 9, б). Обработка проростков Arabidopsis окадаино� вой кислотой в более высокой концентрации (10 нМ) также приводила к изменениям в ор� ганизации микротрубочек в корневых волос� ках. Установлено, что после 3 ч экспозиции проростков с ингибитором протеинфосфатаз в 10 нМ концентрации микротрубочки в кор� невых волосках были дезориентированы (рис. 9, в), что впоследствии после более длитель� ной обработки окадаиновой кислотой приво� дило к их вздутию (рис. 9, г). Известно, что микротрубочки принимают участие в регуляции направления и стабиль� ности апикального роста корневых волосков [23]. Ранее установлено, что деполимеризация или стабилизация микротрубочек в клетках корневых волосков приводит к нарушению по� лярности их роста и вызывает формирование множественных независимых точек роста в одном корневом волоске [24]. Анализируя по� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 18 Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.�П. Вербелен, Я.Б. Блюм лученные данные, можно предположить, что изменение исходной ориентации микротрубо� чек в корневых волосках вследствие возмож� ного ингибирования ПФ2А может являться причиной изменения их морфологии и направ� ленности роста. Представленные нами резуль� таты согласуются с литературными данными относительно роли ПФ2А в клетках, обладаю� щих апикальным типом роста, а именно в пыль� цевых трубках [25]. Недавно было показано, что ингибирование ПФ2А после обработки пыльцевых трубок у Lilium longiflorum наномо� лярными концентрациями ингибиторов про� теинфосфатаз, в том числе и окадаиновой кислотой, приводило к нарушению организа� ции микротрубочек и соответственно вызыва� ло ветвление пыльцевых трубок [25]. На основании полученных результатов о влиянии окадаиновой кислоты на организацию микротрубочек в клетках различных функцио� нальных зон первичного корня A. thaliana по� казано, что ингибирование протеинфосфатаз по�разному влияет на организацию микротру� бочек в зависимости от типа клеток, вызывая деполимеризацию кортикальных микротрубо� чек в клетках зоны растяжения корня либо при� водя к стабилизации микротрубочек в клетках зоны дифференциации. Таким образом, мож� но сделать вывод о том, что индукция гипер� фосфорилирования белков посредством инги� бирования протеинфосфатаз может прини� мать активное участие в организации микро� трубочек растительных клеток. Ya.O. Sheremet, A.I. Yemets, J.�P. Verbelen, Ya.B. Blume THE EFFECT OF OKADAIC ACID ON ROOT MORPHOLOGY OF ARABIDOPSIS THALIANA AND MICROTUBULE ORGANIZATION IN ITS CELLS To investigate the functional role of protein hyperphos� phorylation in plant cells the general morphology of Arabidopsis thaliana primary roots and structural�function� al property of cortical microtubules were studied after treatment with okadaic acid, specific inhibitor of protein phosphatases PP1 and PP2A. It has been estimated that okadaic acid affects microtubule organization in a different manner depending from the type of the cells and function� al zones of the primary root. It was found that the micro� tubules in epidermis and cortex cells of distal elongation zone which depolymerized after inhibitor treatment were the most sensitive to 0,1, 1 and 10 nM okadaic acid con� centrations. In trichoblasts, antichoblasts and cortex cells of differentiation zone treatment with okadaic acid caused the microtubules stabilization. Okadaic acid influences were particularly evident in root hair morphology, root hairs swelling and branching as a result of abnormal micro� tubules orientation observed. According to the data obtained, we can suggest that induction of protein hyper� phosphorylation as a result of protein phosphatase inhibi� tion plays crucial key in plant cell microtubule organization. Я.О. Шеремет, А.І. Ємець, Ж.�П. Вербелен, Я.Б. Блюм ВПЛИВ ОКАДАЇНОВОЇ КИСЛОТИ НА МОРФОЛОГІЮ КОРЕНЯ ARABIDOPSIS THALIANA ТА ОРГАНІЗАЦІЮ МІКРОТРУБОЧОК В ЙОГО КЛІТИНАХ Для вивчення функціональної ролі гіперфосфори� лювання в рослинній клітині досліджено вплив окадаї� нової кислоти, специфічного інгібітора протеїнфос� фатаз ПФ1 та ПФ2А на загальну морфологію коренів проростків Arabidopsis thaliana та структурно�функціо� нальні особливості кортикальних мікротрубочок в різ� них типах клітин всіх ростових зон первинного коре� ня. Встановлено, що окадаїнова кислота по�різному впливає на організацію мікротрубочок в залежності від типу клітин і функціональної зони кореня. Виявлено, що найбільшу чутливість до 0,1; 1 та 10 нМ концент� рацій інгібітора мають кортикальні мікротрубочки в епідермальних клітинах та клітинах кори зони роз� тягу кореня, які повністю деполімеризувались після обробки інгібітором. В трихобластах та атрихоблас� тах, а також в епідермальних клітинах зони диферен� ціації обробка окадаїновою кислотою викликала ста� білізацію кортикальних мікротрубочок. Показано та� кож, що обробка окадаїновою кислотою в значній мі� рі впливає на морфологію кореневих волосків, викли� каючи їх розгалуження та вздуття внаслідок порушен� ня в них нативної орієнтації мікротрубочок. Із отри� маних результатів можна зробити висновок про те, що індукція гіперфосфорилювання білків шляхом ін� гібування протеїнфосфатаз приймає активну участь в організації мікротрубочок рослинних клітин. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Hunter T. Protein kinases and phosphatases: the yin and yang of protein phosphorylation and signaling // Cell. – 1995. – 80. – P. 225–236. 2. Blume Ya.B., Smertenko A., Ostapets N.N., Viklický V., Draber P. Post�translational modifications of plant tu� bulin // Cell Biol. Int. – 1997. – 21. – P. 918–920. 3. Blume Ya., Yemets A., Sulimenko V., Sulimenko T., Chan J., Lloyd C., Draber P. Evidence of tyrosine phosphorylation of plant tubulin // Planta. – 2008. – 228(6). – Р. 1–8. 4. Goddard R., Wick S., Silflow C., Snustad D. Microtubule ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 1 9 Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana components of plant cell cytoskeleton // Plant Physiol. – 1994. – 104. – P. 1–6. 5. Гусев Н. Протеинкиназы: строение, классифика� ция, свойства и биологическая роль // Соров. об� разовательный журн. – 2000. –12. – С. 4–12. 6. Luan S. Protein phosphatases in plants // Annu. Rev. Plant Biol. – 2003. – 54. – P. 63–92. 7. Farkas I., Dombrádi V., Miskei M., Szabados L., Koncz C. Arabidopsis PPP family of serine/threonine phos� phatases // Trends Plant Sci. – 2007. – 12. – P. 169– 176. 8. Wang H., Chevalier D., Larue C., Ki Cho S., Walker J. The protein phosphatases and protein kinases of Ara� bidopsis thaliana. The Arabidopsis book / Eds C.R. So� merville, E.M. Meyerowitz. – Rockville : Amer. Soc. Plant Biol., 2007. – P. 1–38. 9. Fernández J.J., Candenas M.L., Souto M.L., Trujillo M.M., Norte M. Okadaic acid, useful tool for studying cellular processes // Curr. Med. Chem. – 2003. – 9. – P. 229–262. 10. Baskin T.I., Wilson J.E. Inhibitors of protein kinases and phosphatases alter root morphology and disorgan� ize cortical microtubules // Plant Physiol. – 1997. – 113. – P. 493–502. 11. Hasezava S., Nagata T. Okadaic acid as a probe to analyse the cell cycle progression in plant cells // Bot. Acta. – 1992. – 105. – P. 63–69. 12. Katsuta J., Shibaoka H. Inhibition by kinase inhibitors of the development and the disappearance of the pre� prophase band of microtubules in tobacco BY�2 cells // Cell Sci. J. – 1992. – 103. – P. 397–405. 13. Mathur J., Chua N.H. Microtubule stabilization leads to growth reorientation in Arabidopsis trichomes // Plant Cell. – 2000. – 12. – P. 465–477. 14. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture // Physiol. Plant. – 1962. – 15. – P. 473–497. 15. Yemets А., Sheremet Y., Vissenberg K., Van Orden J., Verbelen J.�P., Blume Y. B. Effects of tyrosine kinase and phosphatase inhibitors on microtubules in Arabidopsis root cells // Cell Biol. Int. – 2008. – 32. – P. 630–637. 16. Лакин Г.Ф. Биометрия. – М.: Высш. шк., 1980. – 293 с. 17. Smith R., Walker J. Plant protein phosphatases // Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant Mol. Biol. – 1996. – 47. – P. 101–125. 18. Rojo E., Titarenko E., Leon J., Berger S., Vancanney G., Sanchez�Serrano J. Reversible protein phosphorylation regulates jasmonic acid�dependent and independent wound signal transduction pathways in Arabidopsis thaliana // Plant J. – 1998. – 13. – P. 153–165. 19. Smith R.., Wilson J., Walker J., Baskin T. Protein�phos� phatase inhibitors block root hair growth and alter cor� tical cell shape of Arabidopsis roots // Planta. – 1994. – 194. – P. 516–524. 20. Masson P.H., Tasaka M., Morita M.T., Guan C., Chen R., Boonsirichai K. Arabidopsis thaliana: a model for the study of root and shoot gravitropism. The Arabidopsis book / Eds C.R. Somerville, E.M. Meyerowitz. – Roc� kville : Amer. Soc. Plant Biol., 2002. – P. 1–23. 21. Camilleri C., Azimzadeh J., Pastuglia M., Bellini C., Grandjean O., Bouchez D. The Arabidopsis TON� NEAU2 gene encodes a putative novel protein phos� phatase 2A regulatory subunit essential for the control of the cortical cytoskeleton // Plant Cell. – 2002. – 14. – P. 833–845. 22. Awotunde O., Lechward K., Krajewska K., Zolniero� wicz S., Muszynska G. Interaction of maize (Zea mays) protein phosphatase 2A with tubulin // Acta Biochem. Pol. – 2003. – 50. – P. 131–138. 23. Vassileva V., Kouchi H., Ridge R. Microtubule dynam� ics in living root hairs: transient slowing by lipochitin oligosaccharide nodulation signals // Plant Cell. – 2005. – 17. – P. 1777–1787. 24. Bibikova T., Blancaflor E., Gilroy S. Microtubules reg� ulate tip growth and orientation in root hairs of Arabidopsis thaliana // Plant J. – 1999. – 17. – P. 657– 665. 25. Foissner I., Grolig F., Obermeyer G. Reversible protein phosphorylation regulates the dynamic organization of the pollen tube cytoskeleton: effects of calyculin A and okadaic acid // Protoplasma. – 2002. – 220. – P. 1–15. Поступила 18.06.08 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 110 Я.А. Шеремет, А.И. Емец, Ж.�П. Вербелен, Я.Б. Блюм

Влияние окадаиновой кислоты на морфологию корня Arabidopsis thaliana и организацию микротрубочек в его клетках

Репозитарії

Схожі ресурси