Vytautas Rančelis "Augalų genetika"

5. FUNKCINĖ GENOMO SANDARA IR GENŲ RAIŠKOS VALDYMAS. TRANSKRIPCIJOS KODAS

AUGALŲ GENETIKA | 321

Jos labai greitai gali būti išplatintos indų sistema po visą augalą. ir yra geriausi visų auga-lo organų veiklos koordinatoriai. Ši jų savybė ypač svarbi, kai būtinas greitas atsakas į nepalankų aplinkos veiksnį, kai iškyla rimtas pavojus ir klausimas: „gyventi ar žūti?“

Minėjome(žr. 5.6.2 ir 5.6.3 sk.), kad rėtiniais indais pernešami įvairūs baltymai, tarp jų transkripcijos veiksniai. Tai FT, Kn1 ir kt. Taip valdoma tik konkrečių ląstelių/organų raida. Šiai grupei priskirtini ir signaliniai polipeptidai (žr. 5.6.3.1 sk.). Jie irgi sukelia savitą atsaką į konkretų veiksnį, kaip tai atlieka polipeptidai, reguliuojantys šaknies ląstelių raidą ar S-nesuderinamumą (purkos/žiedadulkės ląstelių sąveiką). Tik sisteminas sužadina viso augalo sisteminį atsaką į biotinius ir abiotinius stresus. Tai atsispindi ir jo pavadinime, todėl jis priskiriamas prie PR-baltymų.

Hormonai. Mažos molekulinės masės signalo molekulės, kurios sukelia viso augalo sisteminį atsaką, paprastai pakylėjamos į hormonų rangą, todėl augalų hormonų sąrašas vis dar pasipildo naujais, tarp jų sisteminu, salicilo rūgštimi, zeatinu.

Augimo hormonai (auksinas, giberelinai, citokininas) reguliuoja augimą ir ląstelių da-lijimąsi, bet jų poveikis gali pasireikšti ir savitai, tik tam tikroms ląstelių grupėms, pvz., giberelinų – lapo žiotelių varstymui ir sėklos dygimui, žydėjimui. Tai priklauso, kokias genų grupes atitinkamose ląstelėse jie kontroliuoja. Jų pernaša indų sistema, o auksino ir netolygus susikaupimas/gradientas nekelia abejonių, todėl bent auksinas yra laikomas morfogenu (žr. 3.2.2 sk.).

Augimo procesų kontrolė yra sudedamoji sisteminių atsakų dalis, bet ji gali pasireikšti ne skatinant, o atvirkščiai, slopinant augimą. Tai labai akivaizdu, kai augalas sąveikauja su patogenais, kad ir bakterija Agrobacterium tumefaciens. Ši bakterija labai gerai ištirta, nes jos Ti-plazmidėje esanti T-DNR naudojama kaip vektorius genų inžinerijoje. Plazmidėje yra genai, kurie koduoja neįprastas augalui aminorūgštis opinus, taip pat auksino ir citokinino genai, kuriais bakterija skatina augalo ląstelių dalijimąsi, sukeldama auglius. Taip bakterija išnaudoja augalą savo naudai. Panašiai veikia ir kita bakterija Pseudomonas syringae, kuri yra modelinis patogenas tirti sąveiką „patogenas-augalas“ vairenio ląstelėse. Auksino sintezę skatina ir šios bakterijos sintetinami flagelinai. Tad kai išbandomos apsaugos priemonės nuo šio patogeno, nebūtina augalą krėsti bakterija, užtenka poveikio flagelinais.

Minėtais atvejais gynybiniai ginklai prieš patogeno invaziją yra slopinti augimo hor-monų sintezę. Aktyvinami genai, kurie koduoja auksino ir citokinino inhibitorius arba fermentus, kurie skaido hormonus, aktyvinama sintezė baltymų, kurie turi DELLA do-meną. Kai slopinama auksino sintezė, padidėja bendras atsparumas P. syringae, o kai A. tumefaciens Ti-plazmidė naudojama kaip vektorius genų inžinerijoje, iš jos iškerpami ne tik opinų, bet ir hormonų sintezės genai.

Cukrai valdo daugelį augalo genų ir kontroliuoja pačius svarbiausius augalo proce-sus: augimą, raidą, atsaką į nepalankius aplinkos veiksnius/stresus ir kt. Tačiau jų regulia-cinis vaidmuo yra ne tik per metabolizmą: be išteklių nė vienas minėtų procesų normaliai nevyktų. Cukrai iš tiesų yra ir signalo molekulės, kurių svarba, manoma, yra netgi didesnė negu auksino. Kaip signalo molekulės cukrai išnešiojami indų sistema po visą augalą ir reguliuoja kelias svarbių genų grupes (5.36 ir 5.37 pav.), tačiau labai sunku atskirti, kada cukrų svarba pasireiškia per metabolizmą, o kada jie iš tiesų veikia kaip signalo moleku-lės. Šią problemą padėjo išspręsti mutantai, kurie keičia gliukozės (ir fruktozės) signalų priėmimą. Mat, į ląstelę pakliūna monosacharidai, nors pernešama sacharozė. Tarp mu-

322 |

5.37 pav. Reguliacinis cukraus vaidmuo: Glc – gliukozė; HXK1 – heksokinazės HXK1: signalo jutiklio genas; GIN1-6 (Glc-insensitive); ABR – abscizo rūgštis; ABI1-5 ir ABA2,3,4 – ABR kontroliuojantys arba kontroliuojami ge-nai; CTR1, ETR1 ir EIN2,3,5-7 – etileno kontroliuojami genai (pagal F. Rolland et al. Plant Cell, 2002, Vol. 14. Sup. 185−205).

tantų didžiausio susidomėjimo sulaukė grupė nealelinių mutantų gin (Glc-insensitive), nes įvykus tokio tipo mutacijai prarandamas signalas, kurį siunčia cukrus. Vienas iš GIN genų koduoja cukraus signalų jutiklį (sensorių), tai heksokinazė HXK. Kita vertus, nustebino labai glaudus cukrų, kaip signalo molekulių, ryšys su kitomis dviem signalo molekulė-mis/hormonais etilenu ir abscizo rūgštimi. Daug genų (5.37 pav.) yra bendri cukraus ir abscizo ar etileno atsakų genai. Kai kurie jų netgi turi dvigubą pavadinimą: vieni tyrė jų ryšį su cukrų, o kiti su etileno ar abscizo rūgšties signalais. Per etileną ir ABR padaugina-mi ir perduodami signalai ir apie menkus cukrų išteklius. Augalas persitvarko gyventi bado sąlygomis: slopinama auksino ir citokinino sintezė, pasireiškia DELLA baltymai.

Akivaizdi cukrų reguliacinė svarba ir augalo raidai, ypač žydėjimo pradžiai. Pvz., sa-charozė gali pavaduoti CONSTANS baltymą vėlai žydinčiuose (co) augaluose.

5.6.3.3.1. Sisteminis įgytas atsparumas ir hiperjautrus atsakas. Atsakai į biotinius stresus

Sisteminius atsakus ir signalo molekules, kurios išplatina atsaką po visą augalą, labai patogu, o kartu ir labai svarbu tirti pagal augalo sisteminį atsaką į biotinį stresą/patogeną. Tinka reakcija į amarų ar kitų gyvūnų padaromas žaizdas arba tiesiog mechaninis augalo sužalojimas, nes galiausiai aktyvinami tie patys, tik įvairia sudėtimi jau minėti PR(Pathogenesis Related) genai.

Patogu tirti sisteminį atsaką į šiuos veiksnius todėl, kad galima taikyti tuos pačius metodus, kaip ieškant florigeno (žr. 5.6.2.2 sk. ir 5.11 intarpą). Netgi patogiau. Galima



pažeisti vieną lapą mechaniškai ar užkrėsti patogenu viename jo taške arba tiesiog paveik-ti konkrečią lapo vietą elicitoriumi. Paskui stebima, kokie genai sužadinami, kokios sinte-tinamos signalo molekulės, o skiepijimo būdu – kaip jos išnešiojamos indų sistema po augalą. Vėliau nustatomi genai, kurie signalą priima.

Tai visiškai atitinka natūralias sąlygas. Juk patogenas ne iš karto paplinta po visą au-galą. Iš pradžių įsikuria vienoje vietoje, tad signalais

– pasirengiama tolesniam patogeno plitimui, mobilizuojami „ginklai“; – apribojamas patogeno plitimas. Pagal tai, kaip atsiranda ir plinta signalai, skiriami trys atsakų tipai: • lokalus(vietinis) ypač jautrus atsakas HR (nuo Hyper-sensitive Response), tai vienas iš

apoptozės (žr. 2.8 intarpą) tipų: ląstelės nužudomos, kad patogenas, ypač biotropinis, kuriam būtinos gyvos augalo ląstelės, negalėtų plisti po visą augalą;

• sisteminis (bendrasis) įgytas atsparumas SAR (nuo Systemic Acquired Resistance) signa-las apie pavojų išplatinamas po visą augalą ir visas augalas įgyja atsparumą patogenui;

• indukuotas sisteminis atsparumas ISR (nuo Induced Systemic Resistance) – jį sukelia ne-patogeninės šaknų (rizo)bakterijos. Jis įdomus ir svarbus tirti ryšius „bakterija-augalas“ (konkurencinę kovą tarp mikroorganizmų dėl augalo ir simbiozinius ryšius). Tiriant ISR kaip tik pavyko aptikti vadinamąjį jazminų rūgšties + etileno kelią.

5.38 pav. Ypač jautrus atsakas (HR): tabako lapai infiltruoti dviem skirtingais Pseudomonas syringae kamienais NPS3121 (1; 2) ir NPS400 (3; 4). Pastarasis yra izo-geninis, bet turi mutaciją HRP lokuse, to-dėl nesugeba sukelti HR (pagal E. Lam. Nature Reviews. Molecular Biology. 2004, Vol. 5, P. 305−315).

Ypač jautrus atsakas, kaip minėta, yra vienas iš numatytos ląstelių žūties tipų, tad pasireiškia dvi priešinga kryptimi vei-kiančių TV grupės. Vieną jų koduoja genai LOL1, LOL2 ir jų koduojami TV skatina HR. Kitą TV grupę kontroliuoja LSD1(LESSION SIMULATING DESEA-SE1) genas. Jis koduoja neįprastą bZIP TV, kuris turi net tris cinko pirštelių domenus. LSD1 TV neleidžia HR signalui plisti po visą augalą, todėl ląstelės žūva tik ribotame plote, tik tiek jų, kad tai trukdytų patoge-nui plisti (5.38 ir 5.39 pav., C).

Būtų labai blogai augalui, jeigu HR sig-nalas nebūtų ribojamas ir plistų po visą auga-lą. Taip atsitinka lsd1 mutantuose. Netgi be injekcijos patogenu lsd1 atsiranda ligos po-žymių. Tokia grupė mutantų vadinama lmm (lesion mimetic mutation) – pažaidą imituojantis lsd1 yra vienas iš šio tipo mutantų. Šie mu-tantai irgi labai daug prisideda tirti augalo atsaką į patogenus ir abiotinius stresus.

Signalai atsirasti HR yra ROS (nuo Reactive Oxygen Species – aktyvios deguonies rūšys), azoto monoksidas NO, ceramidai ir didelė R-baltymų grupė.

324 |

5.39 pav. R-baltymų įvairovė (A) ir funkcija − signalo pernaša (B), HR ir SAR indukcija (C): A – domenai: LRR – Leu liekanomis gausi kartotinė seka; NBS – nukleotido jungimosi vieta; LZ – leu-cino užtrauktukas; TIR − (Toll/Interleukin Receptor), Rel (Related) – su R-baltymais susiję transkripcijos veiksniai); Clavata ir Erecta (žr. taip pat 5.1 intarpą), Pto, Pelle, IL-1R – proteinkinazės; N, L6, M, Rpp5, Rps2, Rpm1, Prf, Cf-2, Cf-9, Xa21 - įvairių augalų R-baltymai; Clavata ir Erecta – vairenio me-ristemos ir organų raidos (žydėjimo) baltymai. B – R-baltymo signalo perdavimas ląstelės viduje iki PR genų branduolyje: parodyta transmembraninis ir citoplazminis R-baltymai; MAP−kinazių kelias ir sąveika; salicilo rūgšties (SR) sintetazės indukavimas ir sąveika su TGA ir WRKY transkripcijos veiksniais. C – R-baltymo sąveika su avr veiksniu už ląstelės arba ląstelės viduje. Signalų perdavimas HR indukci-jai, gynybos genų (PR ir kitų) raiškai, signalo molekulių (SR – salicilo rūgšties) sintezei. Signalas perne-šamas karniena į kitus augalo organus (lapus). Ten SR indukuoja gynybos (PR ir kitų) genų raišką. HR – ypač jautrus atsakas (Hypersensitive Response): SAR – sisteminis įgytas atsparumas (Systemic Acquired Resistance) (pagal P. F. Tiffin, D. A. Moeller. Trends in Genetics. 2006, Vol. 22, P. 662−670).

A

B

C



Oksidacinis sprogimas/ROS susidarymas yra vienas iš apoptozės požymių. Jis vyksta tikrai labai greitai, ne vėliau kaip 5 min. po patogeno invazijos. Spartus ROS padi-dėjimas, vadinamas oksidaciniu sprogimu, yra būdingas reiškinys daugumai stresų, nepri-klausomai nuo jų kilmės ir sukėlusių veiksnių (šalčio ir, atvirkščiai, karščio/šiluminio šo-ko, sausros ir vandens pertekliaus, hipoksijos/deguonies stokos ir kt.). Su membranomis susijusi NADPH oksidazė gamina superoksido radikalą •O2¯, susidaro kitų tipų laisvieji radikalai ir aktyvios deguonies rūšys, tarp jų NO, H2O2. Maži H2O2 kiekiai skatina tole-ranciją daugybei stresų, tarp jų patogenams, o dideli sužadina HR − numatytą ląstelių žūtį.

ROS įnašas į sisteminį atsaką pasireiškia per H2O2, kuris aktyvina benzenkarboksi-rūgšties 2 hidroksilazę (BA2H), reikalingą salicilo rūgšties sintezei, o salicilo rūgštis yra tarp pagrindinių atsako į patogenus ir SAR signalo molekulių.

Ceramidai (žr. 2.8 intarpą) yra pavyzdys, kaip patogenai naudoja tą patį ginklą prieš augalą. Ceramidus netgi atrasti augaluose padėjo dviejų grybų Alternaria alternata f.sp.lycopersici ir Fusarium moniliforme gaminami fitotoksinai. Tai atitinkamai AAL-toksinai ir fumonizinai. Jie labai pavojingi žmogui, nes sukelia nervų sistemos, kepenų, inkstų ne-krozę. Panašius toksinus gamina ir oomicetai.

Šie mikotoksinai yra artimi sfingozinui, kuriam susijungus su fosforilcholinu, pasi-gamina ląstelės membranų fosfolipidai. Kaip signalo molekulės prieš patogeną, gaminasi ceramidai. Mikotoksinai slopina ceramidsintazę ir tuo pačiu sfinganino pavertimą cera-midu. Kol kas signalų perdavimas augalo ceramidais yra menkai ištirtas. Tenka ,,skolintis“ panašių žinių iš žinduolių, bet aptiktas vairenio mutantas acd5 (accelerated cell death5), kuris yra labai jautrus patogenams. Tai nustatyta bakterijai Pseudomonas syringae. ACD5 genas koduoja ceramidkinazę, kuri fosforilina ceramidus.

Tačiau ryšiai tarp patogeno ir augalo sudėtingi. Nulemia patogeno pobūdis: biotro-finis ar nekrofilinis. Augalas pasiruošęs vieniems ir kitiems. Ceramidai skatina, o jų fosfo-rilinti dariniai slopina augalų ląstelių numatytą žūtį. Santykis priklauso nuo patogeno po-būdžio: jeigu jis yra nekrofilinis, apoptozė slopinama, bet biotropinių patogenų plitimą trukdo HR. Apoptozę mažina fosforilazė D. Ją koduojančių genų PLDδ vairenio genome yra 12.

Ne visos augalo ląstelės vienodai jautrios apoptozei. Lapo mezofilo ląstelėse HR pa-sireiškia lėčiau nei lapo gyslas supančiose ląstelėse. Tai trukdo biotrofiniam patogenui plisti indų sistema po visą augalą.

R-baltymai ir avr−R sistema (žr. 5.39 pav.; žr. taip pat 1.10 ir 5.1 intarpus). Pačią avr-R sistemą atrado 1970 m. Floras (H. H. Flor). Dėl R (nuo Resistance) baltymų augalas įgyja ne bendrą atsparumą patogenui, o konkrečioms jo rasėms. Labai vaizdžiai pasireiš-kia „genas prieš geną“ sistema. Augalai tampa atsparūs patogenui, jeigu jie geba sintetinti tokį R-baltymą, kuris atitinka patogeno sintetinamą avirulencijos veiksnį. Tokia patogeno rasė augalui pasidaro nepavojinga, avirulentinė.

R-baltymai yra labai įvairūs. Vairenio Col ekotipo genome yra bent 166 genai, kurie koduoja R-baltymus, o LRR baltymus koduojančių genų yra dar daugiau – apie 250. Vie-ni jų išsklaidyti po genomą, kiti sukaupti į sankaupas. Apie 50 R-genų atsiradę palyginti neseniai, ir tai galima suprasti, nes keičiasi patogeno rasės. Tad turi atsirasti ir nauji R-baltymų variantai. Naujų genų atsiradimo būdas yra įprastinis: duplikacijos ir duplikuo-tų genų divergencija, bet gali vykti ir apsikeitimas koduojamais domenais (TIR, CC, LZ,

326 |

NB, LRR). R-baltymų įvairovę padidina ir tai, kad daugelis R-genų turi daug alelių. Be to, kaip jau galėjome įsitikinti pagal Pto lokusą (5.1 intarpas), R baltymai sudaro kompleksus, o tai dar labiau padidina jų įvairovę.

Dėl tokios R-baltymų gausos iš pradžių manyta, kad R-baltymai nors ir negiminiški pagal sandarą, bet artimi pagal pasireiškimą žinduolių imunoglobulinams, sugeba keisti savo erdvinę sandarą prisitaikydami prie avirulencijos veiksnio. Iš tiesų R-baltymai yra signalo perdavimo molekulės, netgi saviti „sargybiniai“, kurie laukia signalo iš patogeno, kad kuo greičiau imtis atsakomųjų veiksmų. Pvz., pomidorų Cf 2,4,5,9 R-baltymai, kurie yra transmembraniniai (5.39 pav., A), signalą apie pomidorų viltą (sukėlėjas Cladosporium fulvum) perduoda per 15−30 min.

Didžiausią R-baltymų grupę sudaro citoplazmos baltymai, kurie pavadinti NB-LRR pagal du jiems būdingus domenus:

– LRR (Leucine Rich Repeats), sudarytą iš įvairaus skaičiaus kartotinių daug Leu lie-kanų turinčių aminorūgščių sekų;

– NB(Nucleotide Binding site) – prie šios aminorūgščių sekos jungiasi ATP (GTP) ir vyksta jų hidrolizė ═ ATPazės domenas.

Savo eile, NB-LRR baltymai skirstomi į smulkesnes grupes, pirmiausia dar pagal vieną būdingą domeną:

TIR (nuo Toll/Interleukin Receptor), pirmiausia aptiktą drozofilos atsparumą patogenams ir dorzalinę-ventralinę ašį nulemiančiame gene Toll;

CC (Coiled Coil) − spiralės spiralė. Kai kurie R-baltymai kaip, pvz., su Pto kinaze sąveikaujantis Prf baltymas (žr. 5.1 in-

tarpą) turi ne TIR arba CC domeną, o LZ (leucino „užtrauktuką“). Yra ir tokių baltymų, kurie iš minėtų turi tik NB ir LRR domenus. Akivaizdu, kad tokie R-baltymai sudaro kompleksus su kitais baltymais, kurie R-baltymus papildo. Dažnai R-baltymai arba patys turi proteinkinazės domeną, arba sudaro kompleksus su proteinkinazėmis. Tai būtina, kad signalas nuo ląstelės paviršiaus būtų perduotas gilyn į branduolį. Čia jie dar sudaro kompleksą su WRKY ZIP transkripcijos veiksniais.

R/WRKY TV signalas yra trejopas (5.39 pav., B ir C): – sužadinamas HR (ypač jautrus atsakas) ir ląstelės vienoje vietoje (lokaliai) žūva,

trukdydamos patogenui toliau plisti: – sužadinami genai, kurie koduoja PR (nuo Pathogenesis Related) baltymus, jais tiesio-

giai kovojama su patogenu; – sužadinamas sisteminis įgytas atsparumas SAR:

aktyvinami genai, kurie koduoja išnešiojamas po visą augalą signalo moleku-les;

neseniai (2005m.) nustatyta, kad patys PR-baltymai pernešami karniena. Pvz., kukurūzų PR-baltymai transgeniniuose tabako (Nicotiana tabacum) augaluose iš pradžių per plazmodezmas gabenami į karnienos lydimąsias ląsteles, o iš ten karniena (floema) išplatinami po visą augalą. PR-baltymai aptikti ne tik kar-nienos sultyse, bet jų pernaša įrodyta ir skiepijimo būdu, tad nekelia abejonių.

PR genų indukcija būdinga įvairiems stresams, ne tik biotiniams, tad pastebėta, kad PR-baltymų kiekis karnienos sultyse labai padidėja ir kai augalą veikia kiti stresą sukelian-tys aplinkos veiksniai. PR-baltymai yra labai universalūs gynybos baltymai, būdingi ne tik



augalams, bet ir gyvūnams, žmogui. Jų sintezė padidėja netgi paveikus organizmą muta-genais, be to, labai įvairaus veikimo (topoizomerazės inhibitoriais; aktinomicinu D, kuris yra interkaliacinis mutagenas ir slopina DNR ir RNR sintezę; pirimidino analogu 5-fluoruracilu; H2O2, UV spinduliais, kurie produkuoja, atitinkamai, laisvuosius radikalus ir pirimidinų dimerus; mitomicinu C ir cis-platina, kurie sukelia DNR sąryšas; alkilinan-čiomis medžiagomis).

Kai kurie PR-baltymai yra žiedadulkių alergenai (žr. 2.1 intarpą). PR-baltymai (5.7 lentelė). Jų ypatybė yra tai, kad toje pačioje ląstelėje, priklausomai

nuo stresą sukeliančio veiksnio, netgi nuo konkretaus patogeno, sintetinami skirtingi PR-baltymai. Tai gali būti proteazės, jeigu nuo patogeno galima apsisaugoti skaidant pa-togeno baltymus, bet ir atvirkščiai, jeigu patogenas skaido augalo baltymus, sintetinami proteazių inhibitoriai. Dažniausiai šiai grupei priklauso baltymai, kurie keičia ląstelės membranų savybes. Tarp PR-baltymų yra ir defensinai (5.7 lentelė, PR-5 ir PDF 1,2 genai). Šiai grupei genų priskiriami ir genai, kurie koduoja fitoaleksinus, apsaugines žaizdų me-džiagas (PAD1-5, PAL1-4 genai).

5.7 lentelė. Vairenio (Arabidopsis thaliana) PR-genai ir jų koduojami baltymai (PR – Pathogenesis Related)

Genas Koduojamas baltymas Reguliavimas PR-1* Rūgštinis, susijęs su patogeneze (reguliacinis) SR BGL2(PR-2) Rūgštinė apoplastinė β-1,3-gliukanazė SR LOX1 Lipoksigenazė JR LOX2* Lipoksigenazė JR PDF1.2 Defensinas JR + Et PAL1-4* Phe-amonioliazė/SR fenolių JR/SR STP4 Cukraus transporto baltymas Pažeidimas CYP71C1 CYP71C3

1) monooksigenazės – ligninų, terpenų, alkaloidų sintezė

6c06b11 2) detoksikacija PR-3 Chitinazė PR-4 Heveino analogas (tioninas = defensinas)

SR/JR, JR + Et

PR-5 Sisteminas – proteinazės inhibitorius, osmotino/taumatino analogas (defensinas)

ASA1 Antranilatsintazė/fitoaleksinai PAD-1-5 Fitoaleksino kamaleksino sintezė NPR-1 SAR reguliacija

SR

* Pažymėti genai, kurių veiklą indukuoja amarai; SR – salicilo rūgštis; JR – jazminų rūgštis; Et − etilenas

Tai, kad PR-genų raiška susieta su konkrečiu aplinkos veiksniu ar patogenu, reikalau-

ja papildomų reguliavimo mechanizmų, genų ir atitinkamų cis elementų PR-genų promo-toriuose. Antai visi genai, kuriuos aktyvina salicilo rūgštis, turi vadinamąjį. as-1 elementą. Tokį cis elementą turi labai stiprūs promotoriai ir ne tik SR indukuojamuose genuose. Jie yra glutationo-S-transferazių ir netgi garsiajame žiedinio kopūsto mozaikos viruso 35S promotoriuose. Tai tik paryškina, kaip svarbu apsiginti nuo nepalankaus augalui veiksnio.

Iš pateiktų 5.7 lentelėje PR-baltymų pavyzdžių (čia anaiptol ne visi PR-genai) galima pastebėti, kad yra trys PR-genų valdymo keliai.

328 |

• Salicilo rūgšties (SR) kelią sužadina labai įvairūs patogenai, tarp jų ir virusai. Kai patogenas patenka į augalą, SR sintezė labai padidėja. Padidinti augalų atsparumą patogenui galima ir egzogenine SR arba jai artimomis medžiagomis BTH [benzo-(1,2,3)-tiadiazol-7-karbotiorūgšties S-metilesteriu arba kitaip, trumpiau − benzotiadiazoliu], taip pat INR (2,6-dichlorizonikotino rūgštimi). Toks atsparumas irgi vadinamas indukuotu. Tačiau neapsieita ir be netikėtų, tiesiog neįtikinamų dalykų. Pvz., manyta, kad pavyks labiau padidinti augalo atsparumą patogenui, jeigu į vairenio genomą bus įvestas iš bakte-rijų genas, kuris koduoja fermentą salicilo rūgšties sintetazę, ir taip padidinta SR sintezė augalo ląstelėse, o tuo pačiu atsparumas patogenui Peronospora parasitica. Atsparumas iš tiesų padidėjo, bet transgeninis augalas buvo visiškas neūžauga. Tad augalo ląstelėse SR sintezė irgi yra koordinuojama pagal būtinybę. Konstitucinė SR sintezės genų veikla yra silpna, palyginti su indukuota sinteze, kai pasirodo patogenas.

Pagrindinis SR signalo nešiklis į branduolį yra NPR1 (NoPR-gene expression) geno ko-duojamas baltymas. Jis nėra TV. Turi net du, be to, skirtingus motyvus sąveikai „balty-mas-baltymas“ ir branduolyje jungiasi su TGA transkripcijos veiksniais, o šie aktyvina PR-genus:

SR → NPR1 → NPR1 + TGA TV → PR genai (SAR)

SAR atsako genų reguliatorius yra PR1 genas. Padidėjusi šio geno raiška yra savitas SAR žymuo. Kaip jau minėta, genai, kuriuos valdo SR, promotoriuje turi as-1 elementą, kuris būdingas tik itin stipriems promotoriams, tokiems kaip CaMV35S. Tai parodo, kaip svarbu augalui apsisaugoti nuo nepalankių aplinkos veiksnių, ypač patogenų.

NPR1 baltymas yra kartu ir jungtukas, kuris jungia į vieną du kelius: SR ir JR/etileno, be to, skirtingus atsakus: ISR ir SAR (5.40 pav.).

5.40 pav. Du signalų pernašos keliai: JR (jazminų rūgšties) + etileno (kairėje) ir SR (salicilo rūgšties − dešinėje): ISR – indukuotas sisteminis atsparumas; SAR – sisteminis įgytas atsparumas; NPR1 – Non-expressor of PR genes (pagal L.C. van Loon et al. Trends in Plant Science. 2006, Vol. 11, P. 184−191) • Jazminų rūgšties (JR)/etileno kelyje centrinis valdymo genas yra ERF (Ethylene

Responsive Factor). Jo koduojamas baltymas jungiasi su genais, kurie turi seką GCCGCC −

NahG



G-box elementą. Ši seka yra daugelyje JR/etileno valdomų PR-genų promotoriuose. Iš-skirtinė JR/etileno kelio ypatybė yra tai, kad šį kelią sužadina ir nepatogeninės šaknų (ri-zo) bakterijos. Etileno/JR kelias labiau nukreiptas prieš nekrotrofinius patogenus.

• R-baltymai gali perduoti signalą tiesiogiai į branduolį. Tai būtina netgi signalo molekulių SR, etileno, JR sintezei aktyvinti. Šį kelią reguliuoja du genai: EDS1 (Enhanced Disease Susceptibility 1) ir NDR1 (Non-race-specific Disease Resistance) (5.39 pav., C). Be to, yra tam tikra specializacija tarp jų koduojamų baltymų:

EDS1 – susijęs su TIR-NB-LRR; NDR1 – su LZ-NB-LRR.

• Yra dar vienas, kaip aiškėja iš signalo išplitimo po augalą, netgi labai svarbus, bet kol kas menkiausiai ištirtas SAR indukcijos kelias. Jį sukelia signalo molekulės, kurios susidaro iš lipidų / nesočiųjų riebalų rūgščių. Dalyvauja ROS. Tad pirminiu šio kelio sig-nalu yra aktyvios deguonies formos ROS (laisvieji radikalai, NO, peroksidai).

Signalas apie pavojų turi būti išplatintas po visą augalą. Tai atlieka tos signalo mole-kulės, kurios pernešamos augalo indų sistemomis.

SAR signalų išnešiojimas po visą augalą. Kas yra SAR signalas, yra toks pat dis-kusijų klausimas kaip ir apie florigeną, netgi sudėtingesnis, nes florigenas pasigamina la-puose, o pernešamas tik į augimo kūgelį, tad ribotai. SAR signalas turi būti išplatintas po visą augalą. Kita vertus, įsitikinome, kad yra bent trys SAR keliai ir kiekviename jų yra saviti signalai. Be to, vieno kelio signalo molekulės gali pakeisti arba papildyti kito kelio molekules. Tuo įsitikinta skiepijimo būdu, kai į WT tabako augalą buvo įskiepytas trans-geninis augalas su NahG genu iš bakterijos. NahG genas koduoja fermentą salicilathidrok-silazę, kuri skaido SR iki katecholio. Tad iš poskiepio (WT) į įskiepį (su NahG genu) pate-kusi SR turėtų būti suskaidoma, bet įskiepis buvo atsparesnis nei homoplastinis augalas, kurio įskiepis ir poskiepis buvo su NahG genu, t. y. NahG/ NahG. Vadinasi, į NahG įskiepį iš WT poskiepio buvo pernešamas kitas signalas, kuris darė įskiepį atsparesniu patogenui. Tai, kad vieno kelio signalai gali pakeisti kito kelio signalus, įsitikinta ir kitu būdu. Pasi-naudota mutantais sid1,2 (SA-induction deficient 1,2), kuriuose nevyksta SR sintezė. Patoge-nas ir tokiuose mutantuose indukuoja SAR ir vyksta, nors ir ne visų, bet PR-genų raiška, tarp jų genų, kurie koduoja fitoaleksiną kamaleksiną, defensinus. Šios mažos molekulinės masės molekulės gali būti antrinėmis signalo platintojomis. Kad skirtingi keliai persipina, galime spręsti ir pagal tai, kad tą patį PR-geną (žr. 5.7 lentelę) sužadina skirtingos signalo molekulės: SR arba JR+etilenas. Be to, įvairūs augalai turi savitų gynybos priemonių prieš labai konkrečius patogenus, tad gali būti ir savitų signalo molekulių.

Kita vertus, šitas klausimas irgi buvo tiriamas skiepijimo metodu Cucurbitaceae šeimos augalams. Hete-roplastiniai „įskiepis/poskiepis“ deriniai tarp skirtingų rūšių augalų meliono (Cucurbita melo) arba agurko (C. sativus) ar net tarp skirtingų genčių augalų agurko ir arbūzo (Citrullus vulgaris) parodė, kad signalas, kuris pernešamas iš poskiepio į įskiepį, yra bendras visiems tirtiems Cucurbitaceae š. augalams. Be to, panašiai kaip florigeno signalui, pakanka patogenui įsikurti ant vieno lapo, ir signalas SAR indukcijai išnešiojamas po visą augalą. Bet ar tai, kas nustatyta tirtiems Cucurbitaceae š. augalams, galioja ir kitiems augalams, kol kas neaišku. Nekelia abejonių, kad po patogeno invazijos į augalą labai stipriai padidėja SR kiekis karnienoje. Tačiau tai dar nėra įrodymas, kad SR yra tos molekulės, kurios pernešamos karniena ir sukelia bendrą viso augalo atsaką SAR. SR sintezė vyksta ne tik lapuose, bet ir stiebo, lapkočių ląstelėse. Kita vertus, signalo moleku-lė gali būti ne SR, o jos dariniai. Tai įrodyta metilsalicilatui (MeSR): jo kiekis po patogeno invazijos padi-dėja tiek pat staigiai kaip SR, o apie HR vietą kaupiasi kitas SR metabolitas − tai gliukozil SR. SR darinių sintezė, be to, apsunkina patogeno galimybes prisitaikyti prie šios apsauginės medžiagos.

330 |

Ricinmedžio (Ricinus communis) karnienoje po patogeno invazijos irgi pagausėja SR kiekis karnienoje. Įrodyta, kad iš ten SR gabenama į šaknis, o paskui jau mediena po visą augalą.

5.7. Transkripcijos kodas. Transkripcijos veiksnių kompleksai. Žiedo ABC. Suderinta genų raiška

Šiuo metu genetikoje pripažįstami bent keturi kodai: • genetinis kodas, jau tapęs genetikos klasika, numato kaip vadinamajame atvirajame

skaitymo rėmelyje (ORF), arba kitaip koduojančiojoje geno dalyje, koduojama amino-rūgščių seka polipeptide;

• histonų kodas, kuris palaipsniui virsta chromatino kodu, nes vyksta ne tik savitas his-tonų modifikavimas, būdingas aktyviems ir neaktyviems lokusams, bet ir sąveika su loku-se esančia DNR;

• RNR kodas (arba RNR operonas) – RNR sekos, nuo kurių priklauso geno raiška po transkripcijos, jos irgi numatytos konkretaus geno sandaros (žr. 5.5.1 sk. ir 5.6 intar-pą);

• ir pagaliau transkripcijos kodas, nuo kurio priklauso geno raiškos vieta ir laikas ge-nų orkestre.

Iš tiesų turėtų būti šiuos kodus vienijantis junginys apskritai apsprendžiantis geno raiškos pobūdį, vietą ir laiką genų bendrijoje.

Transkripcijos kodas – tai daugialąsčių, sudėtingos sandaros organizmų problema. Jų ląstelės yra įvairiai diferencijuotos ir specializuotos, ir genai turi veikti suderintai, suda-rydami sudėtingą orkestrą, kuriame kiekvienas turi savo „partiją“: žino, kada jam įsiterpti, pasireikšti, o kada tylėti.

Nors reiškinio ir sąvokos atsiradimas yra datuojamas 2001 m. (ir netgi nesutariama, ypač tarp bioinformatikų, kas pirmasis pavartojo šią sąvoką), iš tiesų, tai tokia sena pro-blema, kiek sena pati genetika:

• kaip reguliuojama geno raiška erdvėje ir laike: kokiose ląstelėse ir kada jam pasi-reikšti, kiek tai trunka;

• kaip genas sąveikauja su kitais genais – šiuos klausimus pastoviai nagrinėjome, ir galima buvo įsitikinti, kad tai labai konkre-

tu organizmui, požymiui, procesui ir aplinkybėms, kuriose šis procesas ar reiškinys pasi-reiškia. Žinoma, taikant naujus metodus: kaip mikrogardelių, realaus laiko PGR, genų klonavimo ir genų bei viso genomo sekoskaitos, o su ja genoinformatikos, geno produk-tų aptikimo metodų ląstelėje ir kt., mūsų žinios labai prasiplėtė, o kartu pradėjo ryškėti sudėtingo orkestro, kurį sudaro genų grupės, kontroliuodamos požymį ar procesą, sudė-tingumas ir konkretumas. Kiekvienai požymių grupei, procesui yra sava „simfonija“.

Netgi ir šiuo metu pagal transkripcijos kodo ištirtumą vyraujančią padėtį užima tie objektai ir genų grupės, apie kurias sukaupta daugiausia žinių, tad bioinformatikai, anali-zuodami genomo ir genų reguliaciją in silico, dažniausiai remiasi pavyzdžiais iš drozofilos genetikos (Notch, engrailed, even skipped, Dorsal genų analize). Tačiau puikių, netgi unikalių transkripcijos kodo pavyzdžių teikia ir augalų genetika (grūdo brendi-mo/desikacijos/atsarginių baltymų sintezės genų suderinta veikla ar unikalus Zinnia lapo



mezofilo ląstelių programos pakeitimas transdiferenciacija į trachėjinius elementus ir pan.). Genų orkestras ir konkretaus atskiro geno raiška priklauso ne tik nuo genetinės programos, bet ir nuo aplinkos veiksnių. Ir šiuo atveju augalų genomas yra unikalus savo galimybėmis prisitaikyti prie kintančios aplinkos, nes augalo genomo kaip visumos funk-cionavimas yra ypatingai priklausomas nuo aplinkos veiksnių.

Transkripcijos kodas ir reguliacinės geno dalies sandara. Pamatą transkripcijos kodui sudaro geno ir jo koduojamų produktų mRNR ir baltymo modulinė sandara. Pvz., drozofilos Dorsal geno koduojamas baltymas morfogenas Dorsal sudaro gradientą dorsa-line (nugaros) – ventraline (pilvo) kryptimi ir valdo bent 30−50 genų. Jo sandaroje esan-tys 18 enhancerių suskirstyti į 3 tipus, kurių kiekvienas sudaro derinį, pasireiškiantį esant skirtingai Dorsal morfogeno koncentracijai: didelei, vidutinei ir mažiausiai. Nuo to pri-klauso Dorsal valdomų genų grupės.

Tačiau netgi geriausiai ištirtų genų ne visos reguliacinės cis sekos yra išaiškintos. Kaip jau minėta, šiuo metu gene pavyksta nustatyti 10−50 cis elementų (vidutiniškai pagal vienus šaltinius – 15, pagal kitus – net iki 30). Dažniausiai jie yra išsklaidyti, ir šis išsklai-dymas yra esminis transkripcijos kodui. Išsklaidytos sekos gali jungtis į stambesnius cis veikiančius reguliacinius modulius CRM (Cis acting Regulatory Module), panašiai kaip Dorsal geno cis enhancerių tipai. Labai svarbus šių cis elementų išsidėstymas (kontekstas), kuris gali dinamiškai keistis susidarant kilpoms, viena kurių pavaizduota 5.5 pav. Be to, tarp cis elementų esančios nukleotidų sekos irgi yra reikšmingos, prisideda prie to, kokie TV ar jų kompleksai prisijungia prie geno. Drozofilos genui even skipped (eve) reikšmingos netgi sekos, esančios per 1Mb į abu galus nuo eve geno. Šis genas, kaip žinoma, nulemia drozo-filos gemalo padalinimą į 7 atskiras zonas, kuriose pasireiškia skirtingi raidą reguliuojantys genai.

Modulių/cis elementų gausa vieno geno reguliacinėje dalyje leidžia prie to paties ge-no jungtis ne vienam, o keletui įvairių TV. Pvz., nedidelį, bet chromatino funkcijai svarbų didelio mobilumo grupės baltymą HMG-I/Y koduojantis vairenio genas turi cis elemen-tus, kuriais jis gali jungtis su bZIP, Myc, Myb, GT2, HB, P1 transkripcijos veiksniais. Kukurūzų antocianinų sintezę reguliuojatis C1 genas pats gali būti reguliuojamas skirtingų TV. Netgi nedidelis 5 nukleotidų skirtumas jo cis elemente leidžia jungtis dviem skirtin-giems geno reguliatoriams: VP1, taip pat abscizo rūgšties kontroliuojamiems TV:

VP1 Atsakas į šviesą ↓ ↓ +1 -142 CGTCCATGCA-132 -116 -59 -147 CGTGTCGTCCATGCA-132 ↑ Abscizo rūgštis

Tame pačiame C1gene, bet arčiau transkripcijos starto vietos yra nukleotidų seka (-116 -59), kuria priimami šviesos signalai.

Manoma, kad prie to paties geno reguliacinių cis elementų gali jungtis 5-15 skirtingų TV, o jei šie TV dar be DB domeno turi domeną ar domenus, kuriais jungiamasi „balty-

332 |

mas-baltymas“ būdu, susidarę kompleksai yra gausūs ir unikalūs. Tai ir sukuria valdomo geno unikalumą pagal jo valdymo pobūdį. Prie to prisideda ir neįprasta cis elementų padė-tis intronuose, 3´-gale, už geno ribų ar nepakankamai griežtai lokalizuota transkripcijos starto vieta.

Todėl, matyt, taip sunku surasti tą vienintelį geną, kuris lemia apomiksę ar somatinę embriogenezę, ar netgi florigeną. Pastarajam toks aiškinimas turi ir eksperimentais pagrįs-to pagrindo.

5.7.1. Baltymų kompleksai kaip transkripcijos veiksniai

5.7.1.1. Homodimeriniai ir heterodimeriniai transkripcijos veiksniai

Dimeriniai ir oligomeriniai transkripcijos veiksniai – funkcijos skirtumai. Dažnas reiškinys, kai transkripcijos veiksnio ypatybes įgyja ne pavienis baltymas, o bal-tymų kompleksas. Tai neišvengiama tiems TV, kurie yra iš atskirų polipeptidų, sudarančių homodimerinį arba heterodimerinį, o dažnai ir sudėtingesnį oligomerinį junginį.

Homodimerinius ir heterodimerinius kompleksus sudaro gausios augalų genome NAC šeimos TV (žr. 5.2 lentelę), o bZIP TV sandara yra tokia, kad jie yra iš dviejų ly-giagrečių polipeptidų, kurių kiekviename reguliariai išsidėstę Leu liekanos sudaro tarp polipeptidų darinį, panašų į užtrauktuką (žr. 5.4.1 sk.). Už konservatyvaus bZIP (arba bHLH ) domeno ribų aminorūgščių sekos pastebimai skiriasi. Tai nulemia bZIP savitu-mą. Pvz., du artimi fitochromams baltymai (žr. 5.6.3.21 sk. ir 5.8 intarpą ) PIF3 ir PIF4 gali sudaryti homodimerinius (PIF3/PIF3 arba (PIF4/PIF4) arba heterodimerinius (PIF3/PIF4) kompleksus. Šie kompleksai jungiasi su skirtingais cis elementais valdomų genų promotoriuose. Nuo aminorūgščių sekos baziniame bZIP TV domene priklauso šių TV jungimosi su DNR aktyvumas, kurį kontroliuoja oksidacinis stresas ar fosforilinimas. Ypač tai priklauso nuo aminorūgšties 19-oje padėtyje, kuri iš jų yra C, S ar Y homodime-riniame ar heterodimeriniame komplekse:

C-C → oksidacinis stresas stipriai slopina jungtį su DNR; S-S, S-Y, Y-Y → fosforilinimas visiškai slopina jungtį su DNR; C-S, C-Y → fosforilinimas stipriai, bet oksidacinis stresas silpnai slopina jungtį su

DNR (pagal G. D. Amoutzias et al. BMC Genomics. 2006, Vol. 7, P. 107). Kaip priklauso TV savybės ir reguliuojami genai/reiškiniai nuo komplekso sudėties,

geriausiai ištirta kai kuriems šiluminio šoko atsako baltymams HSF, kurie sudaro trime-rinį TV kompleksą. Kompleksai gali kontroliuoti skirtingus reiškinius: sėklų brendimą, ląstelės ciklą ar mejozę ir, suprantama, atsaką į šiluminį stresą, bet bazinė cis seka:

GAA(1)-TTC(2)-GAA(3) atpažįstama konkrečių komplekso dalių (5.41 pav.).

Bulvėse, kai jas užkrečia Phytophtora infestans, suaktyvinama vieno iš PR-genų, būtent PR-10a, raiška. Šį geną sužadina transkripcijos veiksnys BF2, kuris vertas atskiro dėmesio. Jis sudarytas iš keturių p24 baltymų (24 yra baltymo molekulinė masė kDa). Kiekvienas iš p24 turi KGKAAL aminorūgščių seką, kuria jungiasi su vienu 25 bp ilgio cis elementu, pavadintu ERE (Elicitor Responsive Element), tad BF2 baltymų kompleksas vienu metu gali jungtis su keturiais ERE. BF2 baltymas ypatingas dar tuo, kad jungiasi su vienagrande DNR. Aminorūgščių seka KGKAAL (LysGlyLysAla Ala Leu) apskritai yra būdinga



WHIRLY šeimos TV, kurie jungiasi su vienagrande DNR. Jai priklauso DNR polimera-zės, DNR rekombinacijos baltymai RecA/Rad52, telomerazė ir kt. WHIRLY (antarktinis buranas) pavadinti dėl jų ketvirtinės sandaros.

5.41 pav. Šiluminio šoko baltymų sintezę reguliuojančio transkripcijos veiksnio trimerinis kompleksas HSF ir jo pasireiškimas: R – negatyvusis reguliatorius, kuris būna prisijungęs prie sudedamųjų komplekso dalių. Pasišalina, kai tik pradeda formuotis aktyvusis trimerinis kompleksas; ŠŠB – šiluminio šoko baltymas. Kompleksas ląstelės ciklo metu (kai ląstelė dalijasi) reguliuojamas fosforilinimo (PI prijungimo) (pagal F. Schöffl et al. Plant Physiology. 1998, Vol. 117, P. 1135−1141) Tai, kad DNR sintezės ir rekombinacijos baltymai sudaro sudėtingus kompleksus

nėra naujas dalykas (žr. 5.3.4 sk.). Įdomiau tai, kad tokius kompleksus sudaro baltymai, kurie reguliuoja atsakus į abiotinius ir biotinius stresus.

MYB-bHLH-WD40 kompleksas. Jį sudaro trys skirtingo veikimo baltymai, iš kurių du patys yra transkripcijos veiksniai. Toks sudėtingas kompleksas nulemia dengiamųjų augalo audinių diferenciaciją. Kompleksą sudaro:

– WD40 baltymai, kurie turi kartotinę 40 aminorūgščių. ilgio seką. Jos ribas nustato du dipeptidai: iš vieno galo glicinas-histidinas (GH), o iš kito triptofanas-aspartatas (WD). Iš čia kilęs ir šių baltymų pavadinimas. WD 40 aminorūgščių. seka gali būti pakartota 4−16 kartų. WD 40 baltymai nėra nei TV, nei fermentai. Jų paskirtis sąveika „baltymas-baltymas“.

– Kiti du komplekso komponentai jau aptarti atskirai. Tai dviejų skirtingų šeimų ( be to, labai stambių, žr. 5.2 lentelę) TV, tad galimybės kompleksams labai didelės

bHLH (spiralė-kilpa-spiralė): baziniu rajonu šis TV jungiasi su valdomų genų E-box elementu, kurio kon-sensusas yra CANNTG, o HLH rajonu sudaromi homodimeriniai ir heterodimeriniai kompleksai su kitais baltymais;

MYB yra viena gausiausių augalų TV šeimų, bet pavadinimas kilęs nuo MYB onkogeno. Kompleksas susidaro taip: • bHLH sąveikauja su WD40 ir su MYB. Be to, bHLH dar gali sudaryti homodimerinį arba heterodimerinį

kompleksą su bHLH. Tad galimybės kompleksų įvairovei labai didelės, netgi neribotos. Kompleksą sudarantys genai jau minėti, kai nagrinėjome sėklos luobelės ir plaukelių (trichomų) raidą. Tai TTG1(TRANSPARENT TESTA GLABRA1) − WD40; TT2 (TRANSPARENT TESTA2) ir CPC (CAPRISE) – abu MYB, GL3(GLABRA3) ir TT8 – bHLH ir kt.

Cdc2a

Abi3

ŠŠB

334 |

Priklausomai nuo šių baltymų derinio, kompleksas kontroliuoja įvairius požymius ir organus: – plaukelius (trichomas);

– šaknų epidermio ląsteles be plaukelių ir su plaukeliais;

– sėklos luobelės pigmentus, antocianinus;

– sėklos luobelės gleives ir kt.

5.7.1.2. CONSTANS – HAP komplekso dalis

Atrodytų, nėra geriau ištirto augalų geno ir jo koduojamo baltymo kaip fotoperio-dizmo genas CONSTANS (CO) (žr. 5.6.3.2.2 sk. ir 5.11 intarpą). Jis kurį laiką laikytas netgi florigenu. Matyt, prie to gali dar tekti grįžti, nes tikėtina, kad florigenas toks ,,nepagaunamas“ todėl , kad veikia ne vienas, o kaip kompleksas. Esminis lūžis šiuo klau-simu vėl padarytas Kouplando laboratorijoje (S. Wenkel et al., 2006). Buvo nustatyta, kad net 45 vairenio genai, tarp jų CO, FT, FD, koduoja baltymus, kurie turi CCT domeną ir veikia ne pavieniai, o kaip kompleksai.Šie genai yra homologai mielių ir žinduolių ge-nams, turintiems dvigubą pavadinimą: iš žinduolių HAP (HEME ACTIVATOR PROTEIN) arba iš mielių kilųsį pavadinimą NF-Y (NUCLEAR FACTOR-Y) Abu jie vis dar lygiaverčiai naudojami, nors genai yra tapatūs. Genai ir atitinkami TV veiksniai vadinami dar ir tre-čiuoju pavadinimu: pagal nukleotidų seką, prie kurios šie jungiasi − CBF (nuo CCAAT Box Factor).

HAP kompleksas. HAP baltymų savybės labai gerai ištirtos mielėse. Nustatyta, kad tai transkripcijos veiksniai, kurie atpažįsta nukleotidų seką CCAAT. Šį cis elementą turi apie 25 % eukariotų genų, tad atrodytų, savitumo genui ši seka mažai suteikia. Iš tiesų yra atvirkščiai, nes HAP TV veikia kaip heteromerinis kompleksas, sudarytas iš trijų ar dar ir daugiau baltymų. Antai mielėse gali būti kompleksas:

Hap2p/Hap3p/ Hap5p arba

Hap2p/Hap3p/ Hap4p/Hap5p. Kiekvienas toks kompleksas atpažįsta savitą genų ir jų koduojamų baltymų grupę,

nes kompleksas gali atpažinti CCAAT seką ir sąveikauti „baltymas-baltymas“ būdu su kitais baltymais. Pvz., kukurūzų atsparumas sausrai yra reguliuojamas HAP komplekso, kuris sudarytas taip:

NF-YA(HAP2)NF-YB(HAP3)NF-YC(HAP5),

o iš viso jau vien tik kviečių genome žinomi 9 NF-Y ir 1 − Dr (artimas) genai, kurie lemia atsparumą stresams, tarp jų – sausrai.

Augalai ir pagal šią genų grupę užima išskirtinę padėtį HAP genų gausa. Pvz., kviečio (Triticum aestivum) genome jau nustatyti 37 HAP genai. Vairenio genome aptikta bent 45 genai, kurie koduoja CCT (nuo CONSTANS, CONSTANS-LIKE, TOC1) domeną, būdingą HAP baltymams. Tarp jų yra genai, kurie žinomi kitais pavadinimais. Tai daug kartų mi-nėti LEC1 (LEAFY COTYLEDON1 – jį galima vadinti ir NFY-B9), FUS3, kurie kartu su abscizo rūgštimi reguliuoja sėklos embriogenezę, brendimą, desikaciją (žr. 3.3 sk.). CCT domeną turi pagrindinis cirkadinio laikrodžio genas TOC-1. Kai jam pašalinama nukleoti-dų seka, kuri koduoja CCT domeną, TOC-1 genas nustoja reagavęs į šviesą, veikia pasto-viai. HAP baltymus koduoja vernalizacijos genai VRN2 ( CO-like ) ir VRN3 ( FT-like). Ry-



žių genome bent trys genai (OsHAP3A, OsHAP3B, OsHAP3C) reguliuoja chloroplastų bio-genezę, o OsHAP3E yra brasinosteroidų atsako ir šluotelės (žiedyno) raidos genas. Tarp HAP genų pakliūna ir du svarbiausi žydėjimo pradžios/fotoperiodizmo genai CO ir Hd1, o su jais kartu didelė grupė COL (CO-like) genų, tarp jų FD. Tad suprantama, kodėl atski-rai paimti CO ar FT baltymai nėra transkripcijos veiksniai, nors be jų fotoperiodizmo genų sužadinimas, žiedyno meristemos raida nepradedama.

HAP būdingas baltymų kompleksas, o kur yra bent vienas HAP/NF-Y/CBF genas, tai gali būti žymuo, kad kaip transkripcijos veiksnys veikia ne vienas baltymas, o jų kompleksas.

Tai iš esmės keičia požiūrį į šviesos signalų priėmimą, cirkadinį laikrodį, florigeną ir žydėjimo pradžios/žiedo meristemos susidarymą:

kur yra bent vienas HAP reikia ieškoti likusių bent dviejų komplekso dalyvių:

Tokia sąveika tarp CO ir HAP genų AtHAP3a, AtHAP2a yra nustatyta. Priklausomai nuo kompleksą sudarančių baltymų sudėties keičiasi reguliavimo pobūdis.

Kai kurie HAP gali būti susiję su chromatino remodeliavimu. Pvz., ryžio geno, pava-dinto NF-YB1, koduojamas baltymas jungiasi su žiedo raidos geno OsMADS18 koduojamu baltymu. NF-YB1 genas koduoja histono lankstymo motyvą HFM (nuo Histone Fold Motif). Šis baltymas negali sąveikauti su NF-YA, todėl nesijungia su CCAAT seka, tad nėra TV. NF-YB1 baltymas nesijungia ir su kitais MADS baltymais, todėl veikia labai savitai.

Taigi ir HAP baltymų sąveikos gali būti labai įvairios ir savitos.

5.7.2. Multimeriniai MADS ir kitų augalų žiedo raidą kontroliuojančių transkripcijos veiksnių kompleksai. Žiedo ABC

Raidos genų kontroliuojamų baltymų kompleksai. Daugelis sudėtingų baltymų kompleksų aptikti tik pastaruoju metu. Ne išimtis ir pagrindiniai raidos genai. Pvz., daug kartų minėto SHOOT MERISTEMLESS (STM) geno koduojamas HD baltymas sudaro heterodimerinius kompleksus su kitais HD transkripcijos veiksniais, kurie priklauso BLH (Bel1-Like Homeodomain) HD transkripcijos veiksnių klasei. Pats STM irgi koduoja TALE klasės HD TV (žr. 3.3 intarpą).

STM genas yra vienas iš ūglio viršūnės meristemos (SAM) pagrindinių genų. Būtinas ne tik SAM atsirasti, bet ir jai išsaugoti. Be to, pasireiškia visą laiką, kol susidaro SAM. Toks ilgalaikis STM pasireiškimas, kai keičiasi augalo raidos fazės nuo ankstyvosios embriogenezės iki tol, kol egzistuoja SAM, kaip tik ir kaip tik ir priklauso nuo besikeičiančių kompleksų su BLH TV, kuriuos koduojančių genų vairenio genome yra 12. Pats STM genas turi ne tik HD domeną koduojančią nukleotidų seką, bet ir MEINOX domeną, kurį pa-pildo ELR (pastarieji pirmiausia aptikti gyvūnų baltymuose):

FT FD

336 |

Savaime suprantama, kad baltymai, kurie turi HD domeną, yra TV ir sąveikauja su atitinkamomis sekomis jų valdomuose genuose. MEINOX (nuo gyvūnų Myeloid Ecotropic viral Integration HOX) domenu savitai sąveikaujama su TALE-HD TV. Tokie yra BLH TV. Tad kompleksui atsiranda galimybė sąveikauti ne su vienu, o su dviem cis elementais valdomų genų reguliacinėje dalyje, o galbūt ir su dviem genais iš karto. Be to, besikeičiantys komplekse BLH suteikia kompleksui dar didesnio savitumo ir gali reguliuoti STM pasi-reiškimą laike ir erdvėje. Kita vertus, STM baltymas, nesudaręs komplekso su BLH, netgi nepakliūna į branduolį. Taigi STM TV raiškos reguliacija laike ir erdvėje yra labai „kieta“.

Žiedo organus koduojančių pagrindinių genų TV kompleksai. Multimeriniai MADS transkripcijos veiksnių kompleksai lemia vairenio ir kitų augalų žiedo organų rai-dą. Žiedo raidos genetika apskritai ir šiuo atžvilgiu bene geriausiai ištirta. Tai atsitiko dėl mutantų, kurie keičia žiedo organų raidą, gausos genetinėse kolekcijose, ypač žiovenio (Antirrhinum majus) ir, suprantama, vairenio (žr. 1.4 pav. sp). Susidomėjimą šiais augalų mutantais labai paskatino netikėta sekmė aptikti drozofilos genų ortologus žinduolių genome. Kažko panašaus tikėtasi ir augalų genome, tačiau žiedo organus daugiausia nu-lemia ne HD TV, o MADS TV (žr. 5.5 intarpą). Jau 1990 m. buvo klonuoti pirmieji žio-veinio ir vairenio žiedo raidos genai, o po metų Koenas (E. Coen) ir Mejerovičius (F. M. Meyerowitz) paskelbė ABC žiedo organų genetikos modelį, pagal kurį žiedo orga-nus lemia genai, priklausantys trims klasėms, žymimoms ABC raidėmis. Jau pagal pradinę šio modelio versiją tris iš keturių žiedo organų, taurėlapius, vainiklapius ir kuokelius lemia sanklotiniai pagal pasireiškimą genai. Vėliau šis modelis papildytas E klasės genais (o D klasės MADS genai lemia sėklapradžio raidą).

ABC klasikinis modelis. Tipiškas žiedas yra iš keturių menturių (5.42 pav.,A). – 1-asis menturis (taurėlapiai) – jį koduoja A klasės genai AP1, AP2 (APETALA 1,2) –

pastarasis koduoja ne MADS TV, o priklauso atskirai AP2/EREBP TV šeimai (žr. 5.2 lentelę). Kai yra ap1 mutantas, vietoj taurėlapių atsiranda pažiedės ir ne-susidaro vainiklapiai. Stiprių ap2 alelių augalai neturi taurėlapių ir vainiklapių, o tik kuokelius ir piesteles. Iš čia ir jų pavadinimas APETALA – be vainiklapių.

AP1 genas yra jungiamoji dviejų genų grupių grandis: žiedo meristemos ir žiedo or-ganų raidos. Būtent AP1 kartu su MADS TV koduojančiu genu CAL (CAULIFLOWER) ir HD TV koduojančiu LFY (LEAFY) yra pagrindiniai genai, kurių koduojami baltymai inici-juoja žiedo meristemos susidarymą. Prisideda ir kitas HD TV koduojantis genas WUS (WUSCHEL). Tai atsitinka ūglio viršūninės meristemos periferijoje. Prisiminkime, kad savo eile LFY, AP1 ir CAL genus aktyvina FT, pirmasis kandidatas į florigeną.

– 2-asis menturis (vainiklapiai). Jo tapatumo yra keturi genai: kaip jungtukas vėl karto-jasi A klasės genai AP1 ir AP2, bet naujai pasipildo B klasės genais AP3 ir PI (PISTILLATA). Jie būtini korektiškai antrojo ir trečiojo menturių raidai. Mutantų ap3 ir pi taurėlapiai pakeičia vainiklapius, o piestelės – kuokelius. Tad žiedas tik su taurėlapiais ir piestelėmis. Esnt labai ankstyvai žiedo raidos stadijai AP1 genas veikia kaip žiedo meristemos genas. Žiedo užuomazgoje aptinkama AP1 mRNR. Čia AP1 genas veikia kartu su LFY (LEAFY). AP2 geno paskirtis yra slopinti AGAMOUS geną, neleisti jam pasireikšti visuose keturiuose menturiuose, bet 3−4-ajame menturiuose AP2 geną slopina miRNR 172.

LFY geno vaidmuo žiedo raidai yra daugiaplanis. Maža to, kad jis kartu su AP1 yra tarp pagrindinių žiedo meristemos genų, jis reguliuoja ir žiedo organų raišką.



5.42 pav. Vairenio mutantų (A) ir miglinių (B) žiedo ABCE klasių genų palyginimas: A – WT ir ABCE mutantų žiedai: a – WT (normalus žiedas), b – ap2 (apetala2), c – pi (pistillata), d – ag (agamous); e – visų keturių SEPALLATA (sep1-4) genų mutantas:žiedas apskritai neišsivysto, su-sidaro į lapą (L) panašūs organai; T − taurėlapiai; V − vainiklapiai; K − kuokeliai; P − piestelė; B – ku-kurūzo varputė, kurioje vienas žiedas yra sterilus, išsivystę du žiedai; 2 – kukurūzo žiedo formulė: le (lemma) ir pa (palea) – plėvelės (pl); lo – lodikulės; žiede 3 kuokeliai ir piestelė; 3 – miežio žiedas: dvi lodikulės – apačioje, trys kuokeliai ir skelta piestelė su dviem stigmomis; 4 – kukurūzo žiedo ABCE – yra trys piestelės tapatumo genai DL ir ZMM2/ZAG1 genų kompleksas (žr. taip pat tekstą; A ir B 1, 2, 4 – iš B. A. Krizek, J. C. Fletcher. Nature Genetics Reviews. 2005, Vol. 6, P. 688−698). Kartu su UFO (UNUSUAL FLORAL ORGANS) ir LFY jis aktyvina B klasės geną

AP3: AP1 UFO AP3 LFY Kartu su WUS (WUSCHEL) aktyvina jau C klasės geną AG. Tačiau yra grįžtamasis ry-šys: AG genas slopina WUS geną, o per jį ir kitus žiedo meristemos genus: LFY AG

WUS

Tai reiškia, kad žiedo raida jau tiek pažengusi, kad kelio atgal nėra. Svarbiausias krūvis vairenio genome tenka kaip tik C klasės genui AGAMOUS (AG).

Jis pasireiškia 3-ajame ir 4-ajame menturiuose, ir yra vairenio lytinių organų tapatumo

A

B

1 2

3

4

338 |

genas. Ir jam yra reguliatoriai (be jau minėto AP2) LEUNIG, SUESS, STERILE APETALA, AINTEGUMENTA, kurių koduojami baltymai AG atžvilgiu veikia kaip slo-pikliai, neleidžia pasireikšti kitose ląstelėse, o tik lytinių žiedo organų pradmenyse. Pana-šiai yra ir kitų žiedinių augalų.

– 3-asis menturis (kuokeliai). Jų raidą koduoja B ir C klasių genai. Vėl jungiamoji grandis yra jau minėti B klasės genai AP3 ir PI, bet juos papildo C klasės genas AG.

– 4 –asis menturis (piestelė) koduojamas tik C klasės geno AG, tad ag mutantas neturi nei kuokelių, nei piestelės. Tik vainiklapius ir taurėlapius. Tai tipiškas pilnaviduris žiedas. Toks augalas gali būti dauginamas kaip dekoratyvusis vegetatyviniu būdu.

Tad taurėlapius koduoja tik A klasės genai, o piesteles – C klasės genai. Vainikla-piams reikia A ir B klasių genų, o kuokeliams B ir C klasių genų:

T V K P T V K P

B A C

APETALA3 PISTILATA

APETALA 1,2 AGAMOUS

Čia T – taurėlapiai, V –vainiklapiai, K – kuokeliai, P – piestelė.

Kaip minėta, vėliau ABC pasipildė E klasės genais SEP (SEPALATA), kurių vairenio genome yra trys, o ryžio – penki. Skirtumai tarp magnolijainių ir miglinių š. augalų yra ne tik žiedo sandaros, bet ir žiedo organų identiteto genų. Pvz., ryžio genome pagrindinis piestelės tapatumo genas yra ne MADS TV, o YABBY šeimos TV koduojantis genas DL (DROOPING LEAF). Be jo raiškos piestelės neišsivysto, dl mutantuose piestelės yra virtę kuokeliais. Tad DL yra tik piestelės identiteto genas. Bet šis genas veikia ne vienas, jam antrina du genai, kurie koduoja MADS TV( 5.42 pav., B).

Tačiau nepaisant savitumų, būdingų miglinių augalų žiedui, ABC modelis tinka ir migliniams augalams. Gnetaceae š. augalai turi tik B ir C klasių genus, o Nymphaeaceae š. augalai visų trijų klasių ABC genus, bet B klasės genai pasireiškia per visą žiedo raidą. Liliaceaes š. – „karaliauja“ tik C klasės genai.

D klasės genai koduoja sėklapradį, ir jų sklaida tarp žiedinių augalų nėra taip plačiai ištirta.

E klasės genai SEPALLATA (SEP) veikia labai plačiai visuose žiedo menturiuose ir sėklapradyje. Būtent šių genų atradimas ir buvo pagrindas kvartetui. SEP genai irgi ko-duoja MADS TV. Toks šių genų pavadinimas atsiradęs todėl, kad trigubas šių genų mu-tantas turi tik taurėlapius (lot. sepalum).

MADS kvartetas. Apskritai yra neaišku, ar yra MADS TV, kurie jungiasi su DNR kaip monomerai. Paprastai jie sudaro homodimerus arba heterodimerus. Tokie dariniai buvo nustatomi, kol nebuvo aptikti SEP genai. Jie jungiasi prie dimerinių ABC klasių MADS „duetų“, o du kart du – jau keturi. Taip atsiranda MADS baltymų kompleksas iš keturių – kvartetas. Kvarteto idėja priklauso Teisenui (G. Theißen, 2001). Kvartetas labai padidina transkripcijos veiksnio galimybę jungtis tik su savitu genu, nes kvartetas turi jau keturis DB domenus, kuriais jungiamasi su MADS TV būdingais CArG cis elementais (5.43 pav.). Toks TV apsirikti negali, nes jis jungiasi su dviem CArG. Kvarteto sudėtis keičiasi priklausomai nuo to, kuriame menturyje jis pasireiškia (5.42 pav., A ir 5.43 pav.).



5.43 pav. MADS transkripcijos veiksnių kompleksai, valdantys žiedo organų raidą. Vaire-nio (Arabidopsis) ir žioveinio (Antirrhinum) palyginimas: AP1, AP2, AP3 – APETALA1,2,3; AG – AGAMOUS; GLO – GLOBOSA; SQUA – SQUAMOSA; PI – PISTTILATA;; DEFICIENS; DEF = AP3; GLO = PI; SQUA = SEP (SEPALLATA); DEF(DEFICIENS) = AP3; (vairenis – pagal G. Theissen, H. Saedler. Na-ture. 2001, Vol. 409, P. 469−471; žioveinis – M. Ezgea−Cortines et al. EMBO Journal. 1999, Vol. 18, P. 5370−5379).

Panašu, kad artimiausiu metu „kvartetą“ gali tekti pakeisti visu „kameriniu orkest-

ru“. Įrodyta, kad padidinta dviejų sėklapradžio genų SHP, SHP2 (SHATTE PROOF 1,2) raiška gali sužadinti piestelės raidą ag mutante. Tai tas pats mutantas (5.42 pav., A), kurio visi kuokeliai ir piestelė virtę vainiklapiais. stil SHP, SHP2 sėklapradyje veikia kartu su jau minėtu SEED STICK (STK, arba kitaip AGL11) genu. Be to, visuose vairenio menturiuose pasireiškia dar vienas MADS genas AGL6(AGAMOUS-LIKE 6) genas. Kol kas jo reikšmė nenustatyta, bet aišku, kad kvartetas virsta į oktetą.

Šiuos genus dar papildo genai, kurie lemia ribas tarp organų, pvz., kuokelius atskiria vieną nuo kito ir nuo piestelės ar vainiklapių.Vienas iš tokių genų yra SUPERMAN (SUP). Jo mutante sup susidaro tik kuokeliai, be to jų daug. Šis genas koduoja C2H2 cinko ,,pirštelių“ TV ir veikia 3-ajame menturyje, neleidžia jo ląstelėms virsti 4-ojo menturio ląstelėmis.

Kiti žiedo raidos genai. Yra dar dvi grupės genų, kurios reguliuoja įvairias žiedo organų savybes:

– organo simetriją (apatinę/viršutinę puses, arba radialinę); – ar žiedo organai, pvz., vainiklapiai yra kiekvienas atskirai, ar suaugę į vieną darinį;

Vainiklapiai

Taurėlapiai

340 |

– ar atskiri žiedo organai išaugę vienodai, proporcingai, ar vieni lenkia kitus, susi-daro paprasti (peloriniai) žiedai, ar tokie sudėtingi kaip žioveinio (Antirrhinum) – zigomorfiniai.

Bet visas šias žiedo organų ypatybes jau lemia genai, kurie veikia pasroviui, t. y. po organų tapatumo genų.

5.7.3. Suderinta genų raiška

5.7.3.1. Gvaizdūnės (Zinnia L.) lapo mezofilo ląstelių transdiferenciacija į trachėjinius elementus

Atsitiktinumas „padovanojo“ genetikams nuostabų modelį tirti iš karto kelis stam-bius reiškinius:

– streso ir hormonų sukeltus atsakus; – ląstelių transdiferenciaciją, vienos diferenciacijos programos pakeitimą kita; tai

susideda iš dviejų dalių dediferenciacijos, nes ląstelės jau būna diferencijuotos (mezofilo), įgyja naują diferenciacijos programą, susidaro medienos (rėtinių indų) ląste-

lės: pats modelis tirti medienos ląstelių raidą jau yra labai svarbus, nes sukauptas žinias galima taikyti medžiams;

– numatytą ląstelių žūtį, savitą apoptozės pasireiškimą augaluose (žr. 2.8 intarpą); – suderintą genų raišką, kai vieną transdiferenciacijos stadiją ar įvykį keičia kitas. Ypač svarbu, kad visi minėti reiškiniai ir įvykiai vyksta nesidalijančiose ląste-

lėse. Tai labai palengvina tirti ląstelių transdiferenciaciją ir su ja susijusius genų raiškos pokyčius.

Gvaizdūnės (Zinnia elegans L.) modelį 1980 m. atrado ir ištyrė japonų moksli-ninkai H. Fukuda ir A. Komamine.

Lapo mezofilo izoliuotų ląstelių auginimas in vitro nėra nei naujas, nei retas. Įprasta iš lapo mezofilo ląstelių išauginti kalių, gauti protoplastus ir į juos įterpti transgenus, in-dukuoti somatinę embriogenezę (žr. 3.3.2 sk.). Tik tenka kiekvienai augalo rūšiai ar net veislei parinkti mitybinės terpės sudėtį, hormonus.

Netikėta buvo tai, kad apie 30−60 % gvaizdūnės lapo mezofilo ląstelių, auginamų terpėje su auksinu (dažniausiai 1-naftilacto rūgštimi) ir citokininu (benziladeninu), po 3−4 parų virsta ne kaliumi, o trachėjos elementais. Iš trachėjos elementų yra sudaryta mediena (ksilema). Tai vandens indai, kuriais iš šaknų gabenamas vanduo su jame ištirpusiomis medžiagomis. Be to, mediena yra stuomeninių augalų atraminis audinys, daugelio augalų stiebo (ypač medžių) pagrindinis. Jo ląstelės yra negyvos, tiesiog virtusios vamzdžio su-dedamąja dalimi. Išlikusi tik savitos išvaizdos ląstelių sienelė: sustorėjusi, bet netolygiai, būdingu raštu. Pagal tai tokios ląstelės, vadinamos trachėjos elementais (TE), skirstomos į grupes. Nuo sienelių formos gali skirtis TE vieta ir funkcija medienos indų sistemoje. Ląstelių architektūros ypatumus irgi lemia genai.



TE susidarymo stadijas patogu tirti, nes kaip minėta, visi pokyčiai vyksta nesidali-jančioje ląstelėje. Stadijos nustatomos pagal dvi ypatybes: morfologinius ląstelės kitimus ir pagal genų raiškos pokyčius (5.44 pav., 1 ir 2).

5.44 pav. Izoliuotų gvaizdūnės (Zinnia elegans L.) lapo mezofilo ląstelių transdiferenciacija į trachėjinius elementus (TE): 1 – mezofilo ląstelės; 2 – jų transdiferenciacija į TE (ląstelių populiacija po 72 val., pagal E. Pesquet et al. Physiologia Plantarum. 2003, Vol. 119, P. 463−468); 3 – genų raiškos vizualizavimas pagal jų funk-cines grupes nuo indukcijos pradžios (1−96 val.): A – su fotozinteze susiję baltymai (33 genai); B – ci-toplazmos ribosomų baltymai (11 genų); C – su ląstelės sienele susiję baltymai (43 genai); D – lignino sintezės baltymai (14 genų); E – proteazės, nukleazės ir lipazės (12 genų); F – proteinkinazės (19 genų); G – neidentifikuotos paskirties baltymai (126 genai); H – skalė išreikšta kartais. NLŽ – numatyta ląste-lių žūtis (apoptozė). (pagal T. Demura et al. Proceeding of the National Academy of Sciences USA. 2002, Vol. 99, P. 15794−15799; 4 – genų raiška skirtingose transdiferenciacijacijos stadijose, linija po genais parodo genų raiškos ribas ir trukmę (žr. tekstą pagal H. Fukuda. Plant Cell. 1997, Vol. 9, P. 1147−1156). Skiriamos trys stadijos (nuo hormonų poveikio pradžios): • 0−24 val. – mezofilo ląstelės dediferencijuojasi; • 24−48 val. – ląstelės diferencijuojasi į prokambio, iš kurio paprastai in vivo išsivys-

to TE, kamienines ląsteles;

1

2

3

4

342 |

• 48−72/96 val. – kamieninės prokambio ląstelės diferencijuojasi į TE, storėja ląs-telių sienelė, o pats ląstelės turinys suskaidomas.

Daugelis pokyčių, kurie vyksta pirmojoje stadijoje, būdingi ir kaliui: staigiai slopinama fotosintezės genų raiška, suskaidomas chlorofilas, bet aktyvinami baltymų sintezės genai. Skirtumus galima aptikti tik pagal savitų genų raišką, ypač pagal koduojančių tik prokam-biui būdingas signalo molekules. Tarp jų yra unikalus arabinogalaktanas ksilogenas. Tai 12 aminorūgščių polipeptidas, artimas CLV3 (žr. 5.6.2.2 sk.) ir koduojamas vieno iš CLE(CLAVATA-LIKE) genų. Skatinti TE diferenciaciją yra šio dodekapeptido paskirtis ir in vivo. Kaip minėta, šie nedideli polipeptidai, tarp jų ir CLAVATA3, reguliuoja ūglio me-ristemos/stiebo ląstelių santykį. Ir CLV kompleksas iš tiesų skatina ksilemos ląstelių dife-renciaciją iš prokambio.

Tarp signalo molekulių yra taip pat arabinanas ksilanas ir ramnogalakturonanas. Ląs-telių kultūroje jie labai greitai išskiriami į terpę. Taip paaiškėjo, kad ir auginamos in vitro ląstelės palaiko tarpusavio santykius. Priklausomai nuo minėtų signalo molekulių, padidė-ja ląstelių tankis, jos daugiau kaupiasi vienoje vietoje, o svarbiausia, nuo signalo molekulių priklauso TE diferenciacijos pobūdis, būtent: PK/MK santykis. MK − metaksilema yra vėlyvoji mediena, tinkliniai arba taškiniai vandens indai, o PK − protoksilema, arba anks-tyvoji mediena, sudaryta iš žiedinių ir spiralinių vandens indų.

Panašiai kaip CLV3 sąveikauja su receptorine proteinkinaze CLV1/CLV2, taip ir ląs-telių kultūrose signalus priima ir perduoda irgi receptorinės proteinkinazės. TE raidos pobūdis daugiausia nulemiamas NAC TV šeimos genų VND6 ir VND7.

Santykių tarp izoliuotų ląstelių nustatymo svarba labai didelė: – ląstelių in vitro kultūra nėra paprasta ląstelių masė, ji įgyja organizuotos siste-

mos bruožų. Tarp izoliuotų ir auginamų in vitro ląstelių irgi palaikomi ryšiai, kurie yra esminiai toli-mesnei šių ląstelių raidai.

Nustatyta, kad pirmąją TE raidos iš mezofilo stadiją sužadina ne hormonai, o me-chaninio pažeidimo stresas, kurį patiria izoliuojamos ląstelės.

Antrajai TE stadijai saviti tik TE ląstelėms būdingi bruožai. Antrojoje ir trečiojoje TE raidos iš mezofilo ląstelių stadijose išryškėja TE ląs-

telėms būdingos savybės: – storėja ląstelių sienelė, įgydama savitą tik TE būdingą „piešinį“; – didėja ląstelės turinio suskaidymas iki visiško sunykimo; – pagaliau susiformuoja PK arba MK tipo TE; – likusios ląstelės apskritai žūva. Diferenciacija į TE baigiasi tuo, kad suyra vakuolės, branduolys, plastidės, mito-

chondrijos, o vėliau ir protoplastas, plazmos membrana ir pirminės ląstelės sienelės liku-čiai. Nėra fagocitozės, kuri būdinga gyvūnų apoptozei. Viskas vyksta ląstelės viduje.

Vakuolę supančios membranos tonoplasto plyšimas yra signalas pradėti skaidyti DNR. Tada labai staigiai, per 15 min. nuo tonoplasto plyšimo, suskaidoma branduolio ir chloroplastų DNR. Ląstelė netenka koordinacinio centro ir matricų naujų baltymų sinte-zei, bet esamų baltymų (hidrolazių) pakanka toliau skaidyti ląstelės turinį.



Būdingas TE antrinės ląstelės sienelės storėjimas 3-ojoje stadijoje įvyksta apie 60 val. nuo ląstelių auginimo pradžios, o maksimumas pasiekiamas maždaug po 72 val.

Genų orkestras ir „TE simfonija“. Genai, kurių koduojami produktai vykdo TE diferenciaciją iš izoliuotų lapo mezofilo ląstelių, sudaro sudėtingą orkestrą, (5.44 pav.,3 ir 4).

Orkestro sąvoka vis labiau įsigali genetikoje apibūdinti sudėtingą dinamišką genų derinį, lemiantį reiškinį, ar net vieno su kitu susietų reiškinių grupę (tuo galėsime įsitikinti grūdo ir atsarginių baltymų sintezės/desikacijos/dygimo genų pavyzdžiu, 5.7.3.2 sk.). Kaip ir dera orkestrui, genai (5.44 pav., 3) suskirstyti į grupes „pagal instrumentus“, reiš-kinio dalis, kuriose pasireiškia jų koduojami produktai, ir kaip orkestre kiekvienas genas atlieka savo „partiją“, gali pasireikšti ne vieną kartą.

Paveiksle parodyta tik labai menka dalis genų, kurie būtini mezofilo ląstelių transdiferencijacijai į TE. Tuopų, kurių genomas yra visiškai sekvenuotas, medienai atsirasti reikalingų genų priskaičiuojama iki 3000. Gvaizdūnės mezofilo ląstelių transdiferenciacijai reikalingų genų skaičius su kiekvienu darbu kol kas pasipildo dešimtimis ir netgi šimtais. Tačiau pagrindinės genų grupės nuo to nesikeičia. Jos yra akivaiz-džios pagal vykstančius procesus. Genai suskirstyti į 9 grupes: 1 ir 2 grupių genai pasireiškia 1-ojoje stadi-joje; 3 grupės – tai „pasroviui“ pirmosios stadijos signalų reguliuojami genai; kitas grupes sudaro 2-osios ir 3-osios stadijų genai. Pirmajai stadijai tenka apie 40 % visų veiklių genų. Tai genai, kurie lemia atsaką į stresus (pvz. RT, PR), hormonus ir yra būtini ląstelės dediferenciavimui į prokambio būseną. Čia pakliūna ir genai, kurie koduoja signalo molekules (ksilogeną ir kt.) ir priima jų signalus (C grupė). Aktyvinami baltymų sintezės genai, bet kita vertus, slopinams pirmalaikis baltymų skaidymas, tad 1-ojoje stadijoje labai aktyvūs genai PI1,2, kurie koduoja proteazių inhibitorius. Jie yra ir apsauginiai baltymai, priskiriami PR-baltymų grupei. Į atskirą grupę išskirti genai, kurie koduoja ribosomų baltymus (RPS33a, RPPO, EE1B). Nuo jų priklauso stipres-nė baltymų sintezė, būtina TE raidai.

Ląstelės morfologinės sandaros pokyčiai visada susiję su dviem reiškiniais, ne išimtis ir TE diferenciacija:

– kalcio gradiento pokyčiais, jo svarba labai ryški, kai pereinama iš 2-osios į 3-iąją sta-diją, visa grupė baltymų sąveikauja su Ca-surišančiu baltymu kalmodulinu (CaM), kai trūksta Ca2+, TE diferenciacija sumažėja iki 10 % arba visai nevyksta;

– ląstelės skeleto pokyčiais, kurie priklauso nuo mikrovamzdelius sudarančių baltymų tubulinų (genai Tub B1,2).

TE raidos „juodasis kardinolas“ yra steroidiniai hormonai. Augalų jie vadinami bra-sinosteroidais, nuo Brassica genties augalų, kurių ląstelėse šie hormonai pirmą kartą aptik-ti. Brasinosteroidų reikšmė labai svarbi kai pereinama iš 2-osios stadijos į 3-iąją tiesioginę TE diferenciacijos stadiją. Jeigu brasinosteroidus nuslopinti inhibitoriumi unikazolu, TE nesusidaro.

Nuo 2-osios stadijos pasireiškia TED genai, kurie lemia TE diferenciaciją (iš čia kilęs ir jų pavadinimas). Šie genai pasireiškia tik tose ląstelėse, kurios virsta TE.

Labai svarbi ir stambi grupė susijusi su sienelės sandara. Nuo pat pradžios pasireiš-kia daug genų, kurie nulemia tįstamąjį augimą (EF1B), celiuliozės ir lignino sintezę (CAD1 PAL1-3; C4H PO-C). Ši genų grupė verta ypatingo dėmesio. Ženkli dalis genų, koduojan-čių ląstelės sienelės sudėtines dalis, pasireiškia du kartus: 1-ojoje stadijoje ir įpusėjus 2-ajai stadijai (5.44 pav., 3 ir 4). PAL1-3 ir C4H (cinamono rūgšties 4-hidroksilazės) genus antrą kartą 3-čiojoje stadijoje kaip tik aktyvina brasinosteroidai. Tačiau yra tik 3-ajai stadijai

344 |

būdingų genų, tarp jų lignino polimerizacijai svarbus genas PO-C, kuris koduoja peroksi-dazę.

Labai svarbūs ir visi baltymai, kurie reguliuoja ląstelės tįstamąjį augimą, jo sandaros pokyčius, ypač ekspansinai.

Pagaliau, kai antrinės ląstelės sienelės savita sintezė jau baigta, įsijungia apoptozės genai (ZEN1, ZRNase I − nukleazių; CP4, p48h17 − Cys proteinazių, 5.44 pav. (4) parodyta tik dalis jų, veikia ir lipazės). Jų raiška yra ankstyvesnė, nei pasireiškia jų koduojami bal-tymai, nes proteazės ir nukleazės turi signalo peptidą, yra susijungę su vakuolės tonoplas-tu, todėl vakuolės suirimas sukelia tokį spartų DNR ir baltymų skaidymą.

Tai paskutiniai TE „simfonijos akordai“.

Vis tik dar daug kas neaišku. Svarbiausias klausimas: kodėl tik gvaizdūnės lapo mezofilo ląstelėms auksinas ir citokininas indukuoja TE?

Su šiuo klausimu susijęs ir kitas klausimas: • kodėl tik 30−60 %, o ne visos ląstelės virsta TE, o tarp TE virtusių ląstelių yra

dviejų tipų ląstelių: ankstyvosios medienos, arba kitaip − protoksilemos; vėlyvosios medienos − metaksilemos.

• vadinasi, yra skirtingai reaguojančių į induktorius lapo mezofilo ląstelių populia-cija. Kas lemia populiacinius ląstelių skirtumus, dar vienas klausimas.

5.7.3.2. Suderinta grūdo brendimo atsarginių baltymų sintezės ir panaudojimo genų raiška

Ne kiekvienas reiškinys yra tinkamas parodyti, kaip pasireiškia transkripcijos kodas. Reiškinys arba požymis turi būti gerai ištirtas, pakankamai dinamiškas, susidedantis iš atskirų stadijų ar fazių, kuriose veikia arba viena kitą keičiančios genų grupės arba genai išlieka tie patys, tik keičiasi reguliacijos veiksnių grupės. Šias sąlygas gerai tenkina miglinių augalų grūdo brendimas, atsarginių baltymų sintezė ir skaidymas, kai grūdas dygsta. Ga-lima aiškiai išskirti tris fazes, kuriose pasireiškia skirtingos genų grupės (žr. 3 sk.):

Brendimo/baltymų sintezės → Ramybės → Dygimo Ramybės fazė yra mažiausio genų aktyvumo, bet, esant kitoms dviems fazėms, vienu

metu veikia ne viena, bet kelios genų grupės: • esant brendimo /baltymų sintezės fazei, pasireiškia šios genų grupės:

brendimo/endospermo užpildymo; desikacijos (vandens praradimo); saugos (kad nepultų patogenai ir ypač grūdas/sėkla nepradėtų ne laiku dyg-

ti); atsarginių baltymų/cukrų/aliejų sintezės genai, kurie sudaro atskiras grupes:

prie jų reikia pridurti genus, kurių koduojami produktai vykdo ar reguliuoja atsarginių medžiagų pernašą į saugojimui skirtas talpas: baltymų ar riebalų kūnelius, saugojimo vakuoles, (žr. 4 sk.).

Pagrindinė signalo molekulė šiai fazei yra abscizo rūgštis (ABR). Jai antagonistais yra giberelinai.



• Kai grūdas/sėkla dygsta, viskas pasisuka į priešingą pusę: sėkla prisisiurbia vandens, ir tai yra pirminis signalas sėklai dygti. Hidrolizės fermentai skaido arsargines medžiagas, o juos koduojančius genus aktyvina giberelinai. Pasireiškia ne tik laiko, bet ir erdvės regu-liavimas: giberelinų ir hidrolazių (pvz., α-amilazės) sintezė vyksta aleurone, o pasireiškia (pernešamos) endosperme.

Gerą grūdo/sėklos užpildą ir panaudojimą lemiančių genų ištirtumą lėmė ekonomi-nė miglinių ir kitų žemės ūkio augalų, kurių svarbiausias produktas yra sėkla (pvz., sojos), svarba.

Atsarginių medžiagų sintezės ir skaidymo reguliavimo fragmentai. Tai kur kas sudėtingesnis genų orkestras, negu tų genų, kurių koduojami produktai vykdo TE transdiferenciaciją iš lapo mezofilo ląstelių. Šiame skyrelyje pateikiami labai sudėtingo orkestro fragmentai ne tik todėl, kad į daug klausimų kol kas neatsakyta. Atsarginių me-džiagų sintezė susieta su jų pernaša ir patalpinimu į saugojimo talpykles. Kiti veiksniai, kaip pvz., aminorūgščių sintezė, sieros kaupimas yra svarbūs atsarginių baltymų sintezei, o azotas ir cukrai reguliuoja visų atsarginių medžiagų sintezės genus. Visa tai turėtų būti jungiama į bendrą orkestrą. Kol kas tai atlikti būtų neįmanoma.

Yra ir kita priežastis: tai labai ženklūs skirtumai ir tarp augalų rūšių, ir tarp to paties tipo atsarginių medžiagų, kad ir baltymų, skirstomų į atskiras grupes (žr. 4 sk.).

Tad apsiribosime tik orkestro dalimi (ir tai ne visa), kuri supa tris pagal paskirtį, pasi-reiškimo laiką ir vietą skirtingus genus HOR2, ITR1, Amy6.4. Pirmieji du pasireiškia en-dosperme ir nors koduoja atsarginius, bet skirtingos paskirties baltymus: HOR2 koduoja vieną iš pagrindinių miežių atsarginių baltymų hordeiną, o ITR1 – gynybos baltymą tripsi-no inhibitorių. Šio baltymo paskirtis dvejopa. Jis slopina proteazes, kad tos nepradėtų ne laiku skaidyti baltymus. Kita vertus, jis yra PR-baltymas. Proteazių inhibitoriai neleidžia pasireikšti patogeno į grūdą išskiriamoms proteazėms. Jo veikla nutrūksta, kai grūdas dygsta. Šiek tiek skiriasi HOR2 ir ITR1 pasireiškimo laikas.

Amy6.4 genas koduoja α-amilazę, kuri apskritai yra ne baltymų, o polisacharidų me-tabolizmo fermentas. Be to, absoliučiai skiriasi šio geno raiškos vieta ir laikas. Tai dygimo fazės genas, kuris pasireiškia aleurono ląstelėse tada, kai jį aktyvina giberelino atsako geno GAMYB koduojamas TV (45 pav., III b1/2).

HOR2 ir ITR1 genų promotoriuose tie patys cis elementai (5.45 pav., I) išsidėstę skirtingais atstumais ir tvarka. Tai, matyt, nulemia genų raiškos skirtumus tarp šių genų. Prie to prisideda ir papildomi cis elementai (palyginkime. II ir IIIa, 5.45 pav.). Abiejų en-dosperme pasireiškiančių genų HOR2 ir ITR1 promotoriuje aptiktas dvinaris endospermio elementas. Jis yra jungtinis cis elementas, sudarytas iš dviejų atskirų cis elementų: savito prolaminams PB (Prolamine Box) ir GLM (GCN-Like Motif, pagal mielių geną GCN-4). HOR2 ir ITR1 genuose ir šie cis elementai yra išsidėstę skirtinga tvarka, bet jie sudaro jungtinį cis elementą, kuris ir nulemia, kad šie du genai pasireiškia ne kur nors kitur, o endospermo ląstelėse. Prie to prisideda ir savitas transkripcijos veiksnių kompleksas. Kiekvienas TV atpažįsta tik tam tikras sekas. Pvz., prie PB elemento jungiasi DOF (DNA binding with One Finger) − CH2CH3 cinko „pirštelių“ TV tik su vienu „piršteliu“: BPBF (P-Box Factor) ir SAD (Scutellium and Aleurone Expresid DOF) transkripcijos veiksniai.

346 |

5.45 pav. Miežių struktūrinių genų HOR2, ITR1 ir AMY6.4, pasireiškiančių esant skirtin-goms grūdo raidos (brendimo ir dygimo fazėms), palyginimas. Transkripcijos kodo fragmen-tai: I. Brendimo fazės genų HOR2 ir ITR1 promotroių cis elementų palyginimas: M − MYB TV jungimosi vieta; P1, P2-PB (Prolamine Box) – būdingos prolaminams vietos; G1, G2 – GLM (GCN4-like Motif) vietos. II. Transkripcijos veiksniai (TV), kurie jungiasi prie HOR2 geno promotoriaus (paaiškinimai tekste). III a. Transkripcijos veiksniai, kurie jungiasi prie ITR1 geno promotoriaus, sąveika su cis elementais (atkreipti dėmesį į jų kompleksą ir dvinarį endospermo elementą); III b1 ir b2. AMY6.4 genas, kuris slopinamas, kai grūdas bręsta, ir giberelino rūgšties (GR) aktyvina-mas, kai grūdas dygsta (paaiškinimas tekste, bet atkreipkite dėmesį į TV jungimosi ir pasireiškimo skir-tumus, taip pat į trinarį GR atsako elementą). IV. Giberelino rūgšties valdomų genų reguliavimas (žr. tekstą). (pagal I. Diaz, J. Vicente-Carbajosa, Z. Abraham, M. Martinez, I. Isabel-LaMoneda, P. Carbonero. Plant Journal. 2002, Vol. 29, P. 453−464; J. Vicente-Carbajosa, P. Carbonero. International Journal of Development Biology. 2005, Vol. 49, P. 645−651; I. Rubio-Somoza, M. Martinez, Z. Abraham, I. Diaz, P. Carbonero. Plant Journal. 2006, Vol. 47, P. 269−281; F. J. Woodger, F. Gubler, B. J. Po-gson, J. V. Jacobsen. Plant Journal. 2003, Vol. 33, P. 707−717). Abu šie TV atskirai paėmus sąveikauja ir su kitais genais: • PBF slopina hidrolazių genus (Amy 6.4, žr. 5.45, III b1), • SAD, kaip jau pats pavadinimas rodo, pasireiškia ne tik krakmolingojo endos-

permo, bet ir aleurono, skydelio (be to, ir kitose) ląstelėse, ir ne tik grūdo brendimo, bet ir dygimo fazėse (palyginkite 5.45 pav., II, III a, III b2).



Tačiau kartu su dviem Opaque-like TV BLZ1,2 jie sudaro unikalų tik grūdo atsargi-niams baltymams TV kompleksą. Šis kompleksas geriausiai yra parodytas 5.45 pav., III a..

Per PB ir GLM atskirai (o gal ir kartu) paimtus elementus pasireiškia ir reguliacinis azoto (N) vaidmuo.

GLM nukleotidų seka (mielių GCN-4 genas ir yra azoto apykaitos genas) sutampa su N-motyvo, per kurį pasireiškia N reguliacija, 3´-galu:

N motyvas – 5´ – TGACATGTAAAGTGAATAAGATGAGTCATG-3´ GLM elementas - 5 -́(A)(G)TGAGTCAT- 3´ N-motyvas labai puikiai parodo, kokia santykinė tos pačios DNR sekos reguliacinė

reikšmė: • kai mažai azoto, prie N-motyvo jungiasi TV, kurie slopina, o kai daug azoto, prie

N-motyvo jungiasi TV, kurie skatina atsarginius baltymus koduojančių genų raišką. Pagal padėtį N-motyvas yra enhanceris, bet tos pačios DNR sekos reguliacinis vaidmuo dvejo-pas: skatinti arba slopinti.

Per RY elementą atsarginių baltymų genus valdo (jungiasi B3 šeimos TV) abscizo rūgštis, o per AACA seką (su ja jungiasi GAMYB TV)) – giberelino rūgštis. Vadinasi, tą patį geną valdo du hormonai-antagonistai.

Amy 6.4 geną kaip ir kitus dygstančio grūdo hidrolazių genus aktyvina giberelino rūgštis (+GR, 5.45 pav., III ir IV), todėl jų promotorių sandara, ypač toje dalyje, kuri susijusi su GR, yra labai panaši. Jame yra trinaris GARC (nuo GA Response Complex) elementas, kuris sudarytas iš trijų atskirų cis elementų. Centrinę padėtį užima GARE elementas, prie kurio jungiasi giberelino atsako reguliatorius GAMYB TV, o šalimais kiti du TV - SAD ir MYBS3. Visi šie TV jungiasi ir prie HOR2 bei ITR1promotorių, tik cis elementai kitokie. Tai pavyzdys, kad tas pat TV gali jungtis su skirtingomis cis sekomis. Viena iš skirtingo jungimosi priežas-čių yra vadinamoji transaktyvacija. Vienas TV jungiasi su cis DNR seka vienoje grandinėje, o kitas TV atpažįsta ir jungiasi prie DNR sekos kitoje, priešingoje DNR grandinėje. Iš tiesų, tai būna dvi skirtingos DNR sekos. Taip yra, pvz., su augalų genais, kurie priešingoje DNR grandinėje turi GATA seką. Pvz., taip pasireiškia MCB1, kuris kaip ir MYBS3, SHAQKYF R1MYB TV, ITR1 gene jungiasi su priešingoje (antiprasminėje) DNR grandinėje esančia seka 5´-CTATTCTAT-3´-GATAAGATA–5´. (5.45 pav., III a).

Kita vertus, tai gali būti papildomas saugiklis nesupainioti valdomų genų, tačiau Amy 6.4 geno promotoriuje, prie kurio irgi jungiasi MCB1 TV, taip pat antiprasminėje grandi-nėje yra GATA:

5´-TATCCAC/T-3´/ 3´-GTGGATA-5´ Panašiai kaip grūdo atsarginių baltymų genuose, taip ir hidrolazes koduojančių genų

promotoriuose cis sekos tos pačios, bet išsidėstę skirtinga tvarka ar bent atstumais. Be to, irgi yra papildomų, savitų tik konkrečias atsargines medžiagas skaidančioms hidrolazėms būdingų cis sekų, jas koduojančių genų promotoriuose. Tai sukuria šių genų reguliavimo savitumą, ypač raiškos laiko skirtumus, kai sėkla dygsta.

Prieš prasidedant hidrolazių sintezei, turi vykti GR sintezė, o šis hormonas turi aktyvin-ti GAMYB geną (5.45 pav., IV). Visi trys TV SAD, GAMYB, MYBS3 aktyvina hidrolazių ge-nus aleurono ląstelėse. Kitaip yra esant grūdo brendimo fazei. Vėl trys TV −BPBF (B yra papildoma raidė nuo miežiai - barley), HRT ir MCB1 veikia kaip slopikliai ir neleidžia hidrola-zių genams pasireikšti ne tik krakmolingojo endospermo, bet ir aleurono ląstelėse, kol ne-

348 |

vyksta GR sintezė. Reikia atkreipti dėmesį, kad du iš šių TV − BPBF ir MCB1 pasireiškia ir esant grūdo brendimo fazei. Tada jie yra genus aktyvinančio TV komplekso dalis. Tačiau slopinimo fazėje (-GR) prie centrinio cis elemento GARC komplekse GARE jungiasi naujas TV HRT, būdingas tik GR atsako genams. Tai neįprastos sandaros trijų cinko „pirštelių“ baltymas.

Tas pats genas vieną fazę skatina, o kitą slopina, pvz., MCB ir BPBF TV yra brendimo fazės aktyvikliai, o dygimo fazės - slopikliai, kurių slopinantį poveikį nutrau-kia GR.

GR, kaip ir kitų hormonų/signalo molekulių, signalą priima receptorius ir signalas perne-šamas į branduolį, kur aktyvinamas GAMYB ir kiti GR atsako genai. Kartu GR skatina DELLA domeną turinčių baltymų, kurie veikia kaip slopikliai, pristatymą suskaidyti pro-teosomoje. Dygstančiame grūde tai yra SLN1 (SLeNder 1 –menkas, negausus ) baltymas. GR slopina ir abscizo rūgšties (ABR) valdoma proteinkinazė PKABA (Protein Kinase ABA). Yra ir dar vienas saugiklis, kuris neleidžia ne laiku pasireikšti GR. Tai KGM, kuris jungiasi jau su GAMYB TV. Taip gali laikinai nutrūkti šio TV raiška.

------------------<>--------------------- TE transdiferenciacijos ir HOR2, ITR1, Amy6.4 genų valdymo pavyzdžiais galėjome

įsitikinti, kokios sudėtingos yra genų ,,simfonijos“ ir kokie sudėtingi uždaviniai tenka genų ,,orkestrams“ ir tiems, kurie bando ,,užrašyti‘‘ šios sudėtingos ,,simfonijos natas“.

Kol kas tai tik pradžia.

SAVARANKIŠKAM DARBUI (papildomai žodynėliui)

ABCDE Apoplastas Branduolėlio organizatorius (NOR) Branduolėlis Branduolio porų kompleksas Chimeros Cirkadinis laikrodis CONSTANS Defensinai Dirbtiniai promotoriai Dirbtiniai TV Domenas (DNR, baltymo)

Doublio teorija Duomenų bazės Ektopinė raiška Fitochromai Floema (karniena) FT baltymas Genų orkestras HAP kompleksai In silico analizė Kriptochromai MADS kvartetai Meristemos Mielių dihibridinė sistema Moduliai (DNR promotoriaus, baltymų)

Plazmodezma R-avr sistema RNR brendimas Signalo peptidai Signalo pernaša Simplastas Sisteminas Šėšėlio išvengimas TV pernaša Ūglio meristema (SAM) Viršūnės dominavimas Žiedo meristema

PAGRINDINĖ LITERATŪRA


Pagrindinė literatūra 1. Agrios,G. N. Plant Pathology. V-th ed. Elsevier Acad. Press. 2004. 2. Arabidopsis Book. Electronic Book ISSN: American Society of Plant Biologist. Rockvil-

le MD. Doi 10.1119/tab.0009. Prieiga per internetą: www.aspb.org/publications/arabidopsis. 3. Botanikos vardų žodynas. Sud. R. Jankevičienė. Vilnius. Botanikos instituto leidykla,

1998. 4. Bluzmanas, P., Borusas, S., Dagys, J., Gruodienė, J., Stašauskaitė, S., V. Šlapakauskas, V.,

Vonsavičienė, V. Augalų fiziologija. Vilnius: Mokslas, 1991. 5. Buchanan,B. B., Gruissem, W., Jones, R.L. Biochemistry and Molecular Biology of

Plants. American Soc. Plant Physiol. Rockvill, Meryland, 4leid., 2002. 6. Dagys, J. Augalų anatomija ir morfologija. 2 leid., Vilnius, Mokslas, 1985. 7. Gimbutienė, E. Augalų genetika. Kaunas, Spaudos fondas, 1939. 8. Howell, S H. Molecular Genetics of Plant Development. Cambridge University. Press.

2000. 9. Mildažienė, V., Jarmalaitė, S., Daugelavičius, R. Ląstelės biologija. Kaunas, VDU, 2004. 10. Rančelis, V. Bendroji genetika. Vilnius: Mokslas, 1986. 11. Rančelis, V. Eukariotų genetika. Vilnius, Vilniaus universiteto leidykla, 1988. 12. Rančelis, V. Genetika. Vilnius, Lietuvos MA leidykla, 2000. 13. Sliesaravičius, A., Stanys, V. Žemės ūkio augalų biotechnologija. Vilnius, Enciklopedija,

2005. 14. Šlapakauskas, V. A. Augalų ekofiziologija. Kaunas: Lututė, 2006. 15. Žurnalai: Plant Cell, Plant Physiology, Genetics, Proceedings of the National Academy

of Sciences (USA), Nature, Science ir kt..

Vytautas RANČELIS

AUGALŲ GENETIKA

Vadovėlis

Redagavo L. Janickienė

SL 344. 2008-03-27. 30 leidyb. apsk. l. Tiražas 200 egz. Užsakymas 230. Išleido leidykla „Technologija“, K. Donelaičio g. 73, 44029 Kaunas

Spausdino leidyklos „Technologija“ spaustuvė, Studentų g. 54, 51424 Kaunas

Documents

Vytautas Rančelis "Augalų genetika"