Cигналинг в овулярной фазе. Диалог гаметофитов от А до Я

Июль 23, 2022

Главная
Биология
Cигналинг в овулярной фазе. Диалог гаметофитов от А до Я

Содержание

2. Сигнальные механизмы в пестике Преовулярные механизмы направляют рост пыльцевой трубки к завязи. Овулярные механизмы контролируют ее
3. ROP ГТФазы и рецепторные киназы В клетках растений основную роль играют мономерные (малые) G белки (20-30
4. Начальные стадии прорастания Активация пыльцы как in vitro, так и in vivo сопровождается активацией ROP ГТФаз
5. ROP1 В растущей пыльцевой трубке специфичная для пыльцы ГТФаза ROP1 локализована преимущественно в апикальной плазмалемме. Экспериментальный
6. Регуляция по принципу обратной связи Рецепторная киназуа RLK активирует фактор обмена нуклеотидов ROP GEF, ROP переводится
7. Эффекторные белки Путь, идущий через RIC4, приводит к сборке актиновых микрофибрилл и контролирует накопление везикул, несущих
8. А что же АФК? Как мы помним, АФК контролируют 3 этапа прогамной фазы: собственно прорастание, рост
9. Ещё немного о Са2+ и АФК Фосфорилирование НАДФН-оксидазы Rboh придает ей способность связывать Са2+ Присоединение Са2+
10. Убегание от NO? YES Оксид азота содержится в пероксисомах ПТ и выделяется пыльцой, снижая концентрацию АФК
11. NO как сигнал от семяпочки Нацеливание трубки на микропиле происходит с помощью NO, который образуется в
12. NO и кальций При «убегании» трубок лилии от источника NO сначала концентрация Ca2+ возрастала, при этом
13. NО, актин и пектины
14. Teun Munnik, and Christa Testerink J. Lipid Res. 2009;50:S260-S265
15. Распределение фосфолипидов Фосфатидная кислота сосредоточена в субапикальной плазмалемме, т.е. в зоне расположения актинового кольца. PI(4,5)P2 локализован
16. Фосфолипиды и актин PI(4,5)P2 может различными способами влиять на динамику актина и его связь с мембраной:
17. Фосфолипиды и везикулярный транспорт Экзогенная PA и ингибитор деградации PA стимулировали образование пучков актиновых филаментов, везикулярный
18. Итак, приближаемся к семяпочке Овулярный этап разделяют на две фазы регуляции роста пыльцевой трубки: фуникулярная и
19. Фуникулярные сигналы Природа фуникулярных сигналов, исходящих из семяпочки, неясна. В числе кандидатов рассматривают NO и D-серин,
20. GABA Ингибирование глутаматдекарбоксилазы – фермента, лимитирующего скорость биосинтеза GABA, – вызывало в пыльцевой трубке дезорганизацию актинового
21. Как действует GABA? Активирует вход кальция Регулирует экспрессию ряда генов, включая ГТФазы и ферменты липидного сигналинга
22. GABA в пестике В пестике табака обнаружен градиент концентрации GABA. Предполагается, что секретируемая пестиком GABA активирует
23. Микропилярные сигналы Эти сигналы имеют короткий радиус действия (100-200 мкм от микропиле), значит, здесь могут работать
24. Механика врастания В конце своего пути пыльцевая трубка замедляет рост и проникает в одну из синергид
25. Зона взаимодействия гамет Цитоплазмы ВК и С смешиваются Плазмалемма С разрушается, и спермии в составе MGU
26. Оплодотворение После разрыва трубки, скорость движения спермиев возрастает примерно в 100 раз. Неизвестно, используется ли на
27. Экспрессировали в спермиях флуоресцентный белок, способный к фотоконверсии: облучение УФ сдвигало спектр флуоресценции этого белка. Один
28. Одинаковые ли синергиды? Две синергиды в зрелом зародышевом мешке многих растений неразличимы, и выбор трубкой рецептивной
29. Нитчатый аппарат Нитчатый аппарат представляет собой систему извилистых и разветвленных впячиваний клеточной стенки в цитоплазму. Они
30. Сигнальные пептиды 2Д В числе первых аттрактантов, синтезируемых синергидами, были идентифицированы цистеин-богатые полипептиды LURE, обнаруженные у
31. А у однодольных? У кукурузы Z. Mays EGG APPARATUS 1 (ZmEA1). Радиус его аттрагирующего действия составляет
32. О том же, но красиво
33. Богиня плодородия Ключевую роль в разрыве трубки играют рецепторные киназы. Первая РК синергиды, названа в честь
34. Причем тут АФК? Итак, FERONIA должна вызвать разрыв пыльцевой трубки, она же должна прекратить аттракцию новых
35. Другие участники Два других белка синергиды, контролирующих поведение трубки в зародышевом мешке, – это NORTIA (NTA)
36. Красивые имена NORTIA и LORELEI Для NTA, как и для FER, характерна полярная локализация – в
37. LRE, как и FER, индуцирует образование АФК в нитчатом аппарате Популярная версия: LRE, наряду с FER,
38. Взаимодействие гамет. Оплодотворение Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений было открыто С.Г. Навашиным в конце XIX в.
39. Гаметы и Са2+ (in vitro) При слиянии спермия и яйцеклетки кукурузы in vitro наблюдали временное увеличение
40. Кальциевая подпись in vivo
41. In vivo 2 пика Более сложная картина: 2 пика! Первый пик соответствует высвобождению спермиев. Значение этого
42. А что в синергидах? В синергиде при непосредственном контакте с ней апекса пыльцевой трубки возникали кальциевые
43. Центральная клетка В ЦК наблюдается один короткий пик, соответствующий выходу спермиев из трубки. выход пауза плазмогамия
44. Диалог гамет во время «паузы» GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 (GCS1) у Lilium longiflorum и его ортолог
45. Адгезия и слияние Оказалось, что адгезия мембран и их слияние – разные процессы. Гаметы мутантных растений
46. На протяжении роста пыльцевой трубки Arabidopsis белок HAP2/GCS1 локализован в эндомембранной системе спермиев. Он выходит на
47. Активация гамет При этом из эндомембранной системы на поверхность спермия выходят белки HAP2/GCS1. Это происходит одновременно
48. Яйцеклетка: скромная или активная? В целом, слияние гамет у растений происходит почти так же, как у
49. Предотвращение полиспермии После высвобождения спермиев быстро прекращается аттракция новых ПТ. Если слияния гамет почему-либо не произошло,
50. Итак, слияние Каким образом ядро спермия транспортируется к ядру женской гаметы? В яйцеклетках животных эту функцию
51. Актин в ЦК Актин – основной участник движения ядер спермиев как в ЯК, так и в
52. Детали Ядро спермия, войдя в цитоплазму ЦК, окружалось волокнами F-актина с образованием звездообразной структуры. Вся эта
53. Кариогамия 1) наружные ядерные мембраны гамет соприкасаются и затем сливаются, 2) внутренние ядерные мембраны сливаются, и
54. В системе in vitro у риса путь ядра спермия до ядра яйцеклетки занимал 5-10 мин, причем,
55. САМОНЕСОВМЕСТИМОСТЬ Когда «родной» вовсе значит «желанный»
56. Два типа СН Гаметофитная СН: фенотип пыльцы определяется гаплоидным геномом (гаметофитным) Спорофитная СН: фенотип пыльцы определяется
57. Гаметофитная СН. S-RNAse Рост пыльцы подавляется только тогда, когда она вошла в проводниковый тракт столбика. Что
58. S-РНКаза Этот фермент деградирует рРНК в самонесовместимой пыльце При потере РНКазной активности СН не работает Гены
59. Две модели Думали, что транспорт S-РНКаз в трубку специфичный, и «несвои» просто не заходят Но оказалось,
60. Чужие SРНКазы «не узнаются» и отправляются на деградацию в протеасому Своя SРНКаза узнаётся рецептором SLF (S-locus
61. Спорофитная СН у капусты Меняемся ролями: мужской пепитид – лиганд, женский – рецептор У капусты S-локус
62. Мужская детерминанта – SCR/SPP (S-locus cystein-rich protein, S-locus pollen protein) Полиморфизм мужской детерминанты выше Она экспрессируется
65. Скачать презентацию

Слайд 2

Сигнальные механизмы в пестике
Преовулярные механизмы направляют рост пыльцевой трубки к завязи.

Овулярные механизмы контролируют ее движение к семяпочке, действуя прицельно и индивидуально – каждая семяпочка «ведет» одну пыльцевую трубку.

Слайд 3

ROP ГТФазы и рецепторные киназы
В клетках растений основную роль играют мономерные

(малые) G белки (20-30 кДа).
Эти ГТФазы цилически переходят из неактивной цитозольной формы (G-ГДФ) в активную форму (G-ГТФ), связанную с мембраной
Малые ГТФазы, обозначаемые как Rac/Rop или ROP (Rho of plants) выполняют функции клеточных хабов – центральных переключателей и интеграторов сигналов.
В качестве мишеней для активированных ГТФаз могут, в частности, служить белки, связанные с функционированием цитоскелета и везикулярным транспортом.

Слайд 4

Начальные стадии прорастания
Активация пыльцы как in vitro, так и in vivo

сопровождается активацией ROP ГТФаз (NtRAC).
В чистой воде этого не происходит!
В условиях in vitro высокий уровень активированных ГТФаз поддерживается на протяжении 30 мин, после чего снижается примерно к 60 мин.
Одной из мишеней этих белков в данном случае является актиндеполимеризующий фактор ADF.

Molecular Plant 2013 6, 1358-1361DOI: (10.1093/mp/sst074)

Слайд 5

ROP1
В растущей пыльцевой трубке специфичная для пыльцы ГТФаза ROP1 локализована преимущественно

в апикальной плазмалемме.
Экспериментальный сдвиг баланса активации ROP1 в ту или другую сторону приводит к полной остановке роста (снижение) или вызывает расширение кончика (повышение)

Слайд 6

Регуляция по принципу обратной связи
Рецепторная киназуа RLK активирует фактор обмена нуклеотидов

ROP GEF, ROP переводится в активное состояние.
Отрицательную обратную связь осуществляют две группы белков.
GAP (GTPase-Activating Protein) – белки, стимулирующие ГТФазную активность, – переводят ROP в неактивное состояние.
GDI (Guanine nucleotide Dissociation Inhibitors) удерживают неактивный белок ROP1 в цитозоле.

Слайд 7

Эффекторные белки
Путь, идущий через RIC4, приводит к сборке актиновых микрофибрилл и

контролирует накопление везикул, несущих материалы для апикального роста.
Путь RIC3 активирует накопление кальция в кончике пыльцевой трубки, стимулирует деполимеризацию актина и слияние везикул с плазмалеммой.
Эти два пути согласованно работают, регулируя динамику F-актина и экзоцитоз.

Слайд 8

А что же АФК?
Как мы помним, АФК контролируют 3 этапа прогамной

фазы: собственно прорастание, рост трубки и… разрыв трубки
Основными источниками АФК являются НАДФН-оксидаза плазмалеммы и ДЦ в митохондриях, но первая больше работает «на сигнал»
Самая классическая схема «АФК-кальций» в репродукции была утверждена буквально «на днях»

Слайд 9

Ещё немного о Са2+ и АФК
Фосфорилирование НАДФН-оксидазы Rboh придает ей способность

связывать Са2+
Присоединение Са2+ через EF-руки запускает процесс образования АФК.
АФК активируют Са2+ каналы, увеличивается концентрация Са2+ в цитозоле.
Это приводит к активации Са2+ -зависимых протеинкиназ и амплификации сигнала фосфорилирования.

Слайд 10

Убегание от NO? YES
Оксид азота содержится в пероксисомах ПТ и выделяется

пыльцой, снижая концентрацию АФК в рыльце.
Трубки «убегают» от NO in vitro

Слайд 11

NO как сигнал от семяпочки
Нацеливание трубки на микропиле происходит с помощью

NO, который образуется в узкой зоне вокруг входа.
В присутствии реагента, инактивирующего NO, нарушалось врастание ПТ в микропиле, трубки раздувались и лопались.

Слайд 12

NO и кальций
При «убегании» трубок лилии от источника NO сначала концентрация

Ca2+ возрастала, при этом рост замедлялся и останавливался, потом был максимум, который накладывался на реориентацию и восстановление роста
У ели подавление и активация эндогенного синтеза NO вызывали также изменение кальциевого тока, а также изменения кальциевого градиента.

New Phytologist Volume 182, Issue 4, pages 851-862, 31 MAR 2009 DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.02820.x

Слайд 13

NО, актин и пектины

Слайд 14

Teun Munnik, and Christa Testerink J. Lipid Res. 2009;50:S260-S265

Слайд 15

Распределение фосфолипидов
Фосфатидная кислота сосредоточена в субапикальной плазмалемме, т.е. в зоне расположения

актинового кольца.
PI(4,5)P2 локализован в плазмалемме апекса трубки.

Фосфатидная к-та - субапекс

FRAP

New Phytol. 2014 Jul;203(2):483-94. doi: 10.1111/nph.12814

Слайд 16

Фосфолипиды и актин
PI(4,5)P2 может различными способами влиять на динамику актина и

его связь с мембраной: непосредственно взаимодействуя с актин-связывающими белками, или опосредованно, регулируя активность и локализацию ROP ГТФаз
Киназа, катализирующая образование PI(4,5)P2, физически связана с ROP ГТФазой. Этот комплекс также локализован в кончике пыльцевой трубки.

Везикулярный транспорт

Слайд 17

Фосфолипиды и везикулярный транспорт
Экзогенная PA и ингибитор деградации PA стимулировали образование

пучков актиновых филаментов, везикулярный транспорт и отложение стенки.
Подавление синтеза фосфатидной кислоты нарушало эти процессы.

PLD

diacylglycerol kinase

lipid phosphate phosphatase

Front Plant Sci. 2012; 3: 54.

Слайд 18

Итак, приближаемся к семяпочке
Овулярный этап разделяют на две фазы регуляции роста

пыльцевой трубки:
фуникулярная и
микропилярная.
Фуникулярная регуляция включает сигналы, исходящие из семяпочки, которые заставляют трубку выйти из проводникового тракта и расти к семяпочке по поверхности фуникулуса.
Микропилярная регуляция направляет трубку к микропиле и яйцевому аппарату.
Фуникулярная регуляция у Arabidopsis, как полагают, осуществляется совместными усилями спорофита и женского гаметофита.
Микропилярную регуляцию осуществляет женский гаметофит.

Слайд 19

Фуникулярные сигналы
Природа фуникулярных сигналов, исходящих из семяпочки, неясна. В числе кандидатов

рассматривают NO и D-серин, о которых мы говорили ранее, а также γ-аминомасляную кислоту (GABA)

Слайд 20

GABA
Ингибирование глутаматдекарбоксилазы – фермента, лимитирующего скорость биосинтеза GABA, – вызывало в

пыльцевой трубке дезорганизацию актинового цитоскелета, нарушения везикулярного транспорта и строительства клеточной стенки.
Как следствие, происходило подавление прорастания пыльцы и роста трубки.
Эффекты частично снимались при добавлении GABA.
Экзогенная GABA, добавленная в оптимальной концентрации, стимулировала рост пыльцевых трубок ели и табака, высокие концентрации GABA ингибировали.

Ling, Y., Chen, T., Jing, Y. et al. Planta (2013) 238: 831

Слайд 21

Как действует GABA?
Активирует вход кальция
Регулирует экспрессию ряда генов, включая ГТФазы

и ферменты липидного сигналинга

J Exp Bot. 2014 Jul; 65(12): 3235–3248.

Слайд 22

GABA в пестике
В пестике табака обнаружен градиент концентрации GABA.
Предполагается, что

секретируемая пестиком GABA активирует кальциевые каналы плазмалеммы трубки и индуцирует приток в нее Ca2+.
Глутаматдекарбоксилаза может связываться с кальмодулином и действовать как реостат, изменяя уровень внутриклеточной GABA, а через нее и активность кальциевых каналов.
Когда пыльцевая трубка растет в зоне низких концентраций GABA, ее кальциевые каналы активируются.
Когда трубка попадает в зону высоких концентраций, GABA ингибирует эти каналы.
Глутаматдекарбоксилаза играет ключевую роль в этом процессе, обеспечивая регуляцию кальциевых каналов по типу отрицательной обратной связи.

Слайд 23

Микропилярные сигналы
Эти сигналы имеют короткий радиус действия (100-200 мкм от микропиле),

значит, здесь могут работать достаточно крупные молекулы, например, небольшие белки.
Любимый объект - Torenia fournieri, у которой «полуголый» зародышевый мешок выступает из семяпочки, так что синергиды, яйцеклетка и часть центральной клетки находятся в гнезде завязи
Эксперименты с последовательной лазерной абляцией (удалением) клеток ЗМ показали, что для привлечения пыльцевой трубки к женскому гаметофиту необходимо и достаточно, чтобы сохранялась хотя бы одна синергида.
Судя по всему, синергида - главный источник хемоаттракции пыльцевых трубок

Слайд 24

Механика врастания
В конце своего пути пыльцевая трубка замедляет рост и проникает

в одну из синергид (рецептивную) через нитчатый аппарат или рядом с ним.
В синергиде рост пыльцевой трубки прекращается, она лопается, и спермии высвобождаются.

Слайд 25

Зона взаимодействия гамет
Цитоплазмы ВК и С смешиваются
Плазмалемма С разрушается, и спермии

в составе MGU перемещаются в узкое пространство между плазмалеммами яйцеклетки и ЦК.
Его обозначают как зону взаимодействия гамет.
В этой зоне, где встречаются синергиды, яйцеклетка и центральная клетка, клеточные стенки полностью или частично отсутствуют, открывая плазмалеммы

Слайд 26

Оплодотворение
После разрыва трубки, скорость движения спермиев возрастает примерно в 100 раз.
Неизвестно,

используется ли на этом этапе активный транспорт, или спермии перемещаются с потоком цитоплазмы, выходящей из лопнувшей пыльцевой трубки.
После такого быстрого движения спермии останавливаются в зоне взаимодействия гамет. У Arabidopsis эта «остановка» длится около 7 мин.
В этот период дегенерирует ядро вегетативной клетки, происходит активация спермиев, адгезия плазматических мембран и объединение цитоплазмы в обеих парах гамет (плазмогамия).
После чего ядра спермиев перемещаются к ядрам женских гамет и сливаются с ними (кариогамия).

Слайд 27

Экспрессировали в спермиях флуоресцентный белок, способный к фотоконверсии: облучение УФ сдвигало

спектр флуоресценции этого белка.
Один и тот же спермий связан с вегетативным ядром на протяжении роста пыльцевой трубки.
Анализ большого числа оплодотворений показал, что «передний» спермий (связанный с вегетативным ядром), как и «задний», с равной вероятностью оплодотворяли как яйцеклетку, так и центральную клетку.

К вопросу о шансах

Curr Biol. 2011 Mar 22;21(6):497-502
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2011.02.013

Слайд 28

Одинаковые ли синергиды?
Две синергиды в зрелом зародышевом мешке многих растений неразличимы,

и выбор трубкой рецептивной синергиды, по-видимому, происходит случайным образом.
Гибель рецептивной синергиды у Arabidopsis, например, запускается после непосредственного контакта с пыльцевой трубкой.
А гибель второй синергиды происходит после оплодотворения.
У других видов растений, таких как табак, рецептивная синергида определена до прибытия трубки и отличается по ультраструктуре; кроме того, в ней накапливаются значительные количества мембраносвязанного кальция

Слайд 29

Нитчатый аппарат
Нитчатый аппарат представляет собой систему извилистых и разветвленных впячиваний клеточной

стенки в цитоплазму.
Они существенно увеличивают поверхность плазмалеммы и суммарную толщину клеточной стенки.
Вблизи нитчатого аппарата концентрируются митохондрии с хорошо выраженными кристами.

Слайд 30

Сигнальные пептиды 2Д
В числе первых аттрактантов, синтезируемых синергидами, были идентифицированы цистеин-богатые

полипептиды LURE, обнаруженные у Torenia fournieri
Они секретируются в микропилярной части женского гаметофита (в области нитчатого аппарата).
Пептиды видоспецифичны, причем пыльцевые трубки приобретают компетентность к их действию в процессе роста в столбике.
Аналогичные пептиды найдены также у Arabidopsis.

Слайд 31

А у однодольных?
У кукурузы Z. Mays EGG APPARATUS 1 (ZmEA1).
Радиус

его аттрагирующего действия составляет 100-150 мкм.
Транскрипты ZmEA1 накапливались перед оплодотворением, но после оплодотворения их уровень резко снижался.
Подавление синтеза этого пептида с помощью антисмысловой РНК блокировало процесс вхождения трубки в семяпочку.
Флуоресцентно меченый белок EA1-GFP накапливался в стенках клеток нуцеллуса, расположенных вокруг микропилярного конца женского гаметофита.

Слайд 32

О том же, но красиво

Слайд 33

Богиня плодородия
Ключевую роль в разрыве трубки играют рецепторные киназы.
Первая РК

синергиды, названа в честь богини плодородия этрусков, FERONIA. Она локализована в плазмалемме в области нитчатого аппарата.
У мутантных растений fer не происходит оплодотворения. Пыльцевые трубки не могут остановить свой рост.
Семяпочка не снижает свою аттрагирующую активность и привлекает новые пыльцевые трубки.

Слайд 34

Причем тут АФК?
Итак, FERONIA должна вызвать разрыв пыльцевой трубки, она же

должна прекратить аттракцию новых пыльцевых трубок
АФК, продуцируемые NADPH-оксидазой, локализованы там же, где и FER – в нитчатом аппарате.
Развитие семяпочки дикого типа сопровождалось накоплением FER и АФК в нитчатом аппарате, достигая максимума в период готовности семяпочки принять пыльцевую трубку.
В процессе развития семяпочек мутанта Arabidopsis fer-4 уровень АФК не повышался.
DPI (ингибитор NADPH-оксидазы) и скевенджеры эндо генных H2O2 и гидроксилрадикала эффективно снижали содержание АФК в семяпочке и блокировали разрыв пыльцевых трубок, они продолжали расти.

Слайд 35

Другие участники
Два других белка синергиды, контролирующих поведение трубки в зародышевом мешке,

– это NORTIA (NTA) и LORELEI (LRE).
У мутантов nta и lre так же, как fer, пыльцевые трубки своевременно не прекращают свой рост и не высвобождают спермии

Слайд 36

Красивые имена NORTIA и LORELEI
Для NTA, как и для FER, характерна

полярная локализация – в нитчатом аппарате.
NTA перемещается в плазмалемму из цитоплазмы лишь с появлением в зародышевом мешке пыльцевой трубки.
Процесс перемещения NTA происходит под контролем FER.
Небольшой белок LRE, как полагают, транспортируется в плазмалемму синергиды посредством секреторной системы и заякоривается снаружи с помощью гликозилфосфатидилинозитола – якорного домена на C-конце (Bleckman et al., 2014).

LORELEI mRNA до и после оплодотворения

Plant Cell. 2008 Nov; 20(11): 3038–3049

Слайд 37

LRE, как и FER, индуцирует образование АФК в нитчатом аппарате
Популярная версия:

LRE, наряду с FER, входит в сигнальный модуль, который включает ROP ГТФазу и обеспечивает высокий уровень АФК на входе в женский гаметофит

Слайд 38

Взаимодействие гамет. Оплодотворение
Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений было открыто С.Г. Навашиным

в конце XIX в.
Первые успешные эксперименты по оплодотворению in vitro были поставлены в начале 1990х. Kranz с коллегами индуцировали слияние спермия и яйцеклетки кукурузы с помощью электрических импульсов.
Далее научились использовать для слияния Ca2+ или ПЭГ.

Слайд 39

Гаметы и Са2+ (in vitro)
При слиянии спермия и яйцеклетки кукурузы in

vitro наблюдали временное увеличение цитозольной концентрации кальция.
Кальций поступал в яйцеклетку извне. Этот процесс начинался сразу после слияния гамет в месте входа спермия.
Затем он распространялся в виде волны по поверхности яйцеклетки со скоростью около 1 мкм/с, и в итоге охватывал всю клетку

Слайд 40

Кальциевая подпись in vivo

Слайд 41

In vivo 2 пика
Более сложная картина: 2 пика!
Первый пик соответствует

высвобождению спермиев.
Значение этого спайка не выяснено. Он предшествует секреции белка EC1, активирующего спермии. Возможно, этот спайк связан с активацией яйцеклетки.
Второе транзиторное увеличение кальция в яйцеклетке соответствует плазмогамии.

Слайд 42

А что в синергидах?
В синергиде при непосредственном контакте с ней апекса

пыльцевой трубки возникали кальциевые осцилля ции.
Возможно, именно эти осцилляции индуцируют гибель синергиды и разрыв трубки.

контакт

разрыв

Слайд 43

Центральная клетка
В ЦК наблюдается один короткий пик, соответствующий выходу спермиев из

трубки.

выход

пауза

плазмогамия

Denninger, P. et al. Male–female communication triggers
calcium signatures during fertilization in Arabidopsis. Nat. Commun. 5:4645 doi: 10.1038 (2014).

Слайд 44

Диалог гамет во время «паузы»
GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 (GCS1) у Lilium

longiflorum и его ортолог у Arabidopsis HAPLESS2 (HAP2) экспрессируется только в генеративной клетке и спермиях.
GCS1 – это трансмембранный белок, локализованный в плазмалемме.
GCS1 играет ключевую роль в слиянии спермиев с женскими гаметами

Mori T., Kawai-Toyooka H., Igawa T., and Nozaki H. (2015). Gamete Dialogs in Green Lineages. Mol. Plant. 8, 1442–1454.

Слайд 45

Адгезия и слияние
Оказалось, что адгезия мембран и их слияние – разные

процессы.
Гаметы мутантных растений hap2/gcs1 успешно проходили стадию адгезии мембран, но они были не способны к слиянию
GAMETE EXPRESSED 2 (GEX2) зато экспрессировался только в спермиях.
У мутантов gex2 было нарушено прикрепление спермиев к одной из женских гамет или к обеим, что не характерно для мутантов gcs1.
По-видимому, GEX2 контролирует этап адгезии гамет, а не их слияния.
Остается открытым вопрос о белках-партнерах на поверхности яйцеклетки и центральной клетки, с которыми взаимодействует GEX2.

Слайд 46

На протяжении роста пыльцевой трубки Arabidopsis белок HAP2/GCS1 локализован в эндомембранной

системе спермиев.
Он выходит на поверхность в процессе активации спермиев, которую инициирует яйцеклетка.
Когда пыльцевая трубка лопается, высвобождая спермии, яйцеклетка секретирует в зону будущего слияния гамет белки EC1 (Egg Cell 1).

Слайд 47

Активация гамет
При этом из эндомембранной системы на поверхность спермия выходят белки

HAP2/GCS1.
Это происходит одновременно с распадом MGU и разделением спермиев и предшествует плазмогамии.
Таким образом, гаметы растений, как и других эукариот, приобретают компетентность и способность к слиянию, лишь пройдя этап предварительной активации

Слайд 48

Яйцеклетка: скромная или активная?
В целом, слияние гамет у растений происходит почти

так же, как у животных, однако при другом распределении ролей.
У животных яйцеклетка остается в состоянии покоя до тех пор, пока не сливается со спермием.
У Arabidopsis перед слиянием активируются обе гаметы, причем ведущую роль играет яйцеклетка

Слайд 49

Предотвращение полиспермии
После высвобождения спермиев быстро прекращается аттракция новых ПТ.
Если слияния

гамет почему-либо не произошло, первичный блок снимается, и сохранившаяся синергида привлекает в семяпочку дополнительные ПТ.
Таким образом, семяпочка получает еще один шанс на оплодотворение.
В случае успешного слияния гамет запускается дегенерация второй синергиды, и тем самым завершается процесс аттракции пыльцевых трубок в данную семяпочку.

Слайд 50

Итак, слияние
Каким образом ядро спермия транспортируется к ядру женской гаметы? В

яйцеклетках животных эту функцию осуществляют микротрубочки и центросомы, но у покрытосеменных растений нет центросом.
Перемещение ядер спермиев у них осуществляет актиновый цитоскелет женской гаметы.

Kawashima et al. eLife 2014;3:e04501. DOI: 10.7554/eLife.04501

Успешная кариогамия в ДТ

Нет кариогамии баз актина

Слайд 51

Актин в ЦК
Актин – основной участник движения ядер спермиев как в

ЯК, так и в ЦК
Его разрушение блокирует кариогамию

Слайд 52

Детали
Ядро спермия, войдя в цитоплазму ЦК, окружалось волокнами F-актина с образованием

звездообразной структуры.
Вся эта структура вместе с ядром спермия мигрировала по направлению к ядру ЦК.
Актиновая сеть в центральной клетке постоянно движется внутрь – от периферии клетки к ее ядру.
Этот процесс, по-видимому, играет важную роль в перемещении ядра спермия.

Слайд 53

Кариогамия
1) наружные ядерные мембраны гамет соприкасаются и затем сливаются,
2) внутренние

ядерные мембраны сливаются, и формируются мостики между ядрами,
3) мостики увеличиваются, и начинается деконденсация хроматина спермия.

www.plantphysiol.org/cgi/doi/10.1104/pp.114.236059

Слайд 54

В системе in vitro у риса путь ядра спермия до ядра

яйцеклетки занимал 5-10 мин, причем, как и у Arabidopsis, транспортировку ядра спермия осуществлял актиновый цитоскелет.
Затем начинался процесс кариогамии, и хроматин яйцеклетки переходил в ядро спермия, увеличиваяего объем.
В интервале 30-70 мин после плазмогамии хроматин спермия деконденсировался, и кариогамия завершалась.

Слайд 55

САМОНЕСОВМЕСТИМОСТЬ
Когда «родной» вовсе значит «желанный»

Слайд 56

Два типа СН
Гаметофитная СН: фенотип пыльцы определяется гаплоидным геномом (гаметофитным)
Спорофитная СН:

фенотип пыльцы определяется геномом родителя (спорофита)
Гаметофитная СН шире распространена (60-90 семейств)

Слайд 57

Гаметофитная СН. S-RNAse
Рост пыльцы подавляется только тогда, когда она вошла в

проводниковый тракт столбика.
Что же такое S-ген пестика?
Он кодирует рибонуклеазу

А на рыльце казалось, что всё у нас получится…

Слайд 58

S-РНКаза
Этот фермент деградирует рРНК в самонесовместимой пыльце
При потере РНКазной активности СН

не работает
Гены S-РНКаз высоко полиморфны, имеют 2 участка гипервариабельности

Слайд 59

Две модели
Думали, что транспорт S-РНКаз в трубку специфичный, и «несвои» просто

не заходят
Но оказалось, что заходят любые, и «решение» принимается внутри

Слайд 60

Чужие SРНКазы «не узнаются» и отправляются на деградацию в протеасому
Своя SРНКаза

узнаётся рецептором SLF (S-locus F-box) в цитоплазме трубки и начинает работать

Казнить/помиловать

Journal of Experimental Botany, Vol. 61, No. 7, pp. 2027–2037, 2010

Слайд 61

Спорофитная СН у капусты
Меняемся ролями: мужской пепитид – лиганд, женский –

рецептор
У капусты S-локус очень сложный, включает 17 генов. Естественно, высокий полиморфизм.
Женская детерминанта – SRK (S-receptor kinase) экспрессируется в папиллах рыльца
S-домен (вариабельный) торчит в межклеточное пространство

Слайд 62

Мужская детерминанта – SCR/SPP (S-locus cystein-rich protein, S-locus pollen protein)
Полиморфизм мужской

детерминанты выше
Она экспрессируется в тапетуме и встраивается в трифину (pollen coat)
Также в S-локусе присутствует SLG (S-locus glycoprotein) – секретируемый гликопротеин рыльца.
Он помогает, но не является обязательным.
Возможно, стабилизирует/активирует накопление киназы

Слайд 63

Cигналинг в овулярной фазе. Диалог гаметофитов от А до Я

Содержание

Сигнальные механизмы в пестикеПреовулярные механизмы направляют рост пыльцевой трубки к завязи.

ROP ГТФазы и рецепторные киназыВ клетках растений основную роль играют мономерные

Начальные стадии прорастанияАктивация пыльцы как in vitro, так и in vivo

ROP1В растущей пыльцевой трубке специфичная для пыльцы ГТФаза ROP1 локализована преимущественно

Регуляция по принципу обратной связиРецепторная киназуа RLK активирует фактор обмена нуклеотидов

Эффекторные белкиПуть, идущий через RIC4, приводит к сборке актиновых микрофибрилл и

А что же АФК?Как мы помним, АФК контролируют 3 этапа прогамной

Ещё немного о Са2+ и АФКФосфорилирование НАДФН-оксидазы Rboh придает ей способность

Убегание от NO? YESОксид азота содержится в пероксисомах ПТ и выделяется

NO как сигнал от семяпочкиНацеливание трубки на микропиле происходит с помощью

NO и кальцийПри «убегании» трубок лилии от источника NO сначала концентрация

NО, актин и пектины

Teun Munnik, and Christa Testerink J. Lipid Res. 2009;50:S260-S265

Распределение фосфолипидовФосфатидная кислота сосредоточена в субапикальной плазмалемме, т.е. в зоне расположения

Фосфолипиды и актинPI(4,5)P2 может различными способами влиять на динамику актина и

Фосфолипиды и везикулярный транспортЭкзогенная PA и ингибитор деградации PA стимулировали образование

Итак, приближаемся к семяпочкеОвулярный этап разделяют на две фазы регуляции роста

Фуникулярные сигналыПрирода фуникулярных сигналов, исходящих из семяпочки, неясна. В числе кандидатов

GABAИнгибирование глутаматдекарбоксилазы – фермента, лимитирующего скорость биосинтеза GABA, – вызывало в

Как действует GABA? Активирует вход кальцияРегулирует экспрессию ряда генов, включая ГТФазы

GABA в пестикеВ пестике табака обнаружен градиент концентрации GABA. Предполагается, что

Микропилярные сигналыЭти сигналы имеют короткий радиус действия (100-200 мкм от микропиле),

Механика врастанияВ конце своего пути пыльцевая трубка замедляет рост и проникает

Зона взаимодействия гаметЦитоплазмы ВК и С смешиваютсяПлазмалемма С разрушается, и спермии

ОплодотворениеПосле разрыва трубки, скорость движения спермиев возрастает примерно в 100 раз.Неизвестно,

Экспрессировали в спермиях флуоресцентный белок, способный к фотоконверсии: облучение УФ сдвигало

Одинаковые ли синергиды?Две синергиды в зрелом зародышевом мешке многих растений неразличимы,

Нитчатый аппаратНитчатый аппарат представляет собой систему извилистых и разветвленных впячиваний клеточной

Сигнальные пептиды 2ДВ числе первых аттрактантов, синтезируемых синергидами, были идентифицированы цистеин-богатые

А у однодольных?У кукурузы Z. Mays EGG APPARATUS 1 (ZmEA1). Радиус

О том же, но красиво

Богиня плодородияКлючевую роль в разрыве трубки играют рецепторные киназы. Первая РК

Причем тут АФК?Итак, FERONIA должна вызвать разрыв пыльцевой трубки, она же

Другие участникиДва других белка синергиды, контролирующих поведение трубки в зародышевом мешке,

Красивые имена NORTIA и LORELEIДля NTA, как и для FER, характерна

LRE, как и FER, индуцирует образование АФК в нитчатом аппаратеПопулярная версия:

Взаимодействие гамет. ОплодотворениеДвойное оплодотворение у покрытосеменных растений было открыто С.Г. Навашиным

Гаметы и Са2+ (in vitro)При слиянии спермия и яйцеклетки кукурузы in