Организация эндоплазматического ретикулума в клетках эффективных и неэффективных клубеньков гороха (Pisum sativum L.)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) является самой большой, окруженной мембраной органеллой, которая выполняет важную роль в функционировании растительной клетки и участвует в ее дифференцировке. С помощью методов просвечивающей электронной микроскопии были исследованы морфологические особенности и динамика структурных изменений ЭПР в симбиотических клубеньках гороха (Pisum sativum L.) дикого типа и мутантов, блокированных на различных стадиях развития клубенька. ЭПР развивался от сети отдельных канальцев в меристематических клетках, к развитой сети цистерн вокруг ядра и плазмалеммы и сети гранулярных и гладких канальцев, сопровождающих инфекционные структуры в колонизированных и инфицированных клетках и симбиосомы в инфицированных клетках. Была выявлена корреляция между уровнем развития сети ЭПР и степенью дифференцировки бактероидов.

Об авторах

Анна Викторовна Цыганова

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: isaakij@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3505-4298
SPIN-код: 9149-5662
http://arriam.ru/departments/laboratoriya-molekulyarnoj-i-kletochnoj-biologii/

Кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной и клеточной биологии

Россия, 196608, г. Санкт-Петербург, Пушкин 8, ш. Подбельского, д.3

Виктор Евгеньевич Цыганов

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии»; Санкт-Петербургский научный центр РАН

Email: tsyganov@arriam.spb.ru
ORCID iD: 0000-0003-3105-8689
SPIN-код: 6532-1332
http://arriam.ru/departments/laboratoriya-molekulyarnoj-i-kletochnoj-biologii/

Доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной и клеточной биологии; старший научный сотрудник Санкт-Петербургского научного центра РАН

Россия, 196608, г. Санкт-Петербург, Пушкин 8, ш. Подбельского, д.3; 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 5

Список литературы

  1. Wada M, Suetsugu N. Plant organelle positioning. Curr Opin Plant Biol. 2004;7(6):626-631. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.09.005.
  2. Agrawal GK, Bourguignon J, Rolland N, et al. Plant organelle proteomics: collaborating for optimal cell function. Mass Spectrom Rev. 2011;30(5):772-853. https://doi.org/10.1002/mas.20301.
  3. Shibata Y, Shemesh T, Prinz WA, et al. Mechanisms determining the morphology of the peripheral ER. Cell. 2010;143(5):774-788. https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.11.007.
  4. Chen J, Doyle C, Qi X, Zheng H. The endoplasmic reticulum: a social network in plant cells. J Integr Plant Biol. 2012;54(11):840-850. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2012.01176.x.
  5. Griffing LR, Lin C, Perico C, et al. Plant ER geometry and dynamics: biophysical and cytoskeletal control during growth and biotic response. Protoplasma. 2017;254(1):43-56. https://doi.org/10.1007/s00709-016-0945-3.
  6. Perrine-Walker FM, Kouchi H, Ridge RW. Endoplasmic reticulum-targeted GFP reveals ER remodeling in Mesorhizobium-treated Lotus japonicus root hairs during root hair curling and infection thread formation. Protoplasma. 2014;251(4):817-826. https://doi.org/10.1007/s00709-013-0584-x.
  7. Newcomb W. A correlated light and electron microscopic study of symbiotic growth and differentiation in Pisum sativum root nodules. Can J Bot. 1976;54(18):2163-2186. https://doi.org/10.1139/b76-233.
  8. Fournier J, Teillet A, Chabaud M, et al. Remodeling of the infection chamber before infection thread formation reveals a two-step mechanism for rhizobial entry into the host legume root hair. Plant Physiol. 2015;167(4):1233-1242. https://doi.org/10.1104/pp.114.253302.
  9. MacKenzie CR, Jordan DC. Ultrastructure of root nodules formed by ineffective strains of Rhizobium meliloti. Can J Microbiol. 1974;20(5):755-758. https://doi.org/10.1139/m74-115.
  10. Hirsch AM, Bang M, Ausubel FM. Ultrastructural analysis of ineffective alfalfa nodules formed by nif::Tn5 mutants of Rhizobium meliloti. J Bacteriol. 1983;155(1):367-380.
  11. Hirsch AM, Smith CA. Effects of Rhizobium meliloti nif and fix mutants on alfalfa root nodule development. J Bacteriol. 1987;169(3):1137-1146. https://doi.org/10.1128/jb.169.3.1137-1146.1987.
  12. Gardiol AE, Truchet GL, Dazzo FB. Requirement of succinate dehydrogenase activity for symbiotic bacteroid differentiation of Rhizobium meliloti in alfalfa nodules. Appl Environ Microbiol. 1987;53(8): 1947-1950.
  13. Newcomb W, Syono K, Torrey JG. Development of an ineffective pea root nodule: morphogenesis, fine structure, and cytokinin biosynthesis. Can J Bot. 1977;55(14): 1891-1907. https://doi.org/10.1139/b77-217.
  14. Wang TL, Wood EA, Brewin NJ. Growth regulators, Rhizobium and nodulation in peas. Planta. 1982;155(4): 350-355. https://doi.org/10.1007/bf00429464.
  15. Tsyganov VE, Borisov AY, Rozov SM, Tikhonovich IA. New symbiotic mutants of pea obtained after mutagenesis of laboratory line SGE. Pisum Genetics. 1994;26:36-37.
  16. Kosterin OE, Rozov SM. Mapping of the new mutation blb and the problem of integrity of linkage group I. Pisum Genetics. 1993;25:27-31.
  17. Tsyganov VE, Morzhina EV, Stefanov SY, et al. The pea (Pisum sativum L.) genes sym33 and sym40 control infection thread formation and root nodule function. Mol Gen Genet. 1998;259(5):491-503. https://doi.org/10.1007/s004380050840.
  18. Voroshilova VA, Boesten B, Tsyganov VE, et al. Effect of mutations in Pisum sativum L. genes blocking different stages of nodule development on the expression of late symbiotic genes in Rhizobium leguminosarum bv. viciae. Mol Plant Microbe Interact. 2001;14(4):471-476. https://doi.org/10.1094/MPMI.2001.14.4.471.
  19. Serova TA, Tsyganova AV, Tsyganov VE. Early nodule senescence is activated in symbiotic mutants of pea (Pisum sativum L.) forming ineffective nodules blocked at different nodule developmental stages. Protoplasma. 2018;255(5):1443-1459. https://doi.org/10.1007/s00709-018-1246-9.
  20. Borisov AY, Rozov SM, Tsyganov VE, et al. Identification of symbiotic genes in pea (Pisum sativum L.) by means of experimental mutagenesis. Soviet Genetics. 1994;30(1):1484-1494.
  21. Неманкин Т.А. Анализ генетической системы гороха (Pisum sativum L.), контролирующей развитие арбускулярной микоризы и азотфиксирующего симбиоза: Автореф. дис. … канд. биол. наук. – СПб., 2011. – 19 с. [Nemankin TA. Analiz geneticheskoi sistemy gorokha (Pisum sativum L.), kontrolirujushei razvitie arbuskulyarnoi mikorizy i azotfiksireujushego simbioza. [dissertation abstract] Saint Petersburg; 2011. 19 p. (In Russ.)]. Доступно по: http://earthpapers.net/analiz-geneticheskoy-sistemy-goroha-pisum-sativum-l-kontroliruyuschey-razvitie-arbuskulyarnoy-mikorizy-i-azotfiksiruyusch. Ссылка активна на 14.08.2019.
  22. Ovchinnikova E, Journet EP, Chabaud M, et al. IPD3 controls the formation of nitrogen-fixing symbiosomes in pea and Medicago spp. Mol Plant Microbe Interact. 2011;24(11):1333-1344. https://doi.org/10.1094/MPMI-01-11-0013.
  23. Ivanova KA, Tsyganova AV, Brewin NJ, et al. Induction of host defences by Rhizobium during ineffective nodulation of pea (Pisum sativum L.) carrying symbiotically defective mutations sym40 (PsEFD), sym33 (PsIPD3/PsCYCLOPS) and sym42. Protoplasma. 2015;252(6):505-517. https://doi.org/10.1007/s00709-015-0780-y.
  24. Fahraeus G. The infection of clover root hairs by nodule bacteria studied by a simple glass slide technique. J Gen Microbiol. 1957;16(2):374-381. https://doi.org/10.1099/00221287-16-2-374.
  25. Kijne JW, Pluvque K. Ultrastructural study of the endomembrane system in infected cells of pea and soybean root nodules. Physiol Plant Pathol. 1979;14(3):339-345. https://doi.org/10.1016/0048-4059(79)90053-5.
  26. Wang D, Griffitts J, Starker C, et al. A nodule-specific protein secretory pathway required for nitrogen-fixing symbiosis. Science. 2010;327(5969):1126-1129. https://doi.org/10.1126/science.1184096.
  27. Kitaeva AB, Demchenko KN, Tikhonovich IA, et al. Comparative analysis of the tubulin cytoskeleton organization in nodules of Medicago truncatula and Pisum sativum: bacterial release and bacteroid positioning correlate with characteristic microtubule rearrangements. New Phytol. 2016;210(1):168-183. https://doi.org/ 10.1111/nph.13792.
  28. Newcomb W, Wood SM. Fine structure of nitrogen-fixing leguminous root nodules from the Canadian Arctic. Nord J Bot. 1986;6(5):609-626. https://doi.org/10.1111/j.1756-1051.1986.tb00461.x.
  29. Safronova V, Belimov A, Sazanova A, et al. Two broad host range rhizobial strains isolated from relict legumes have various complementary effects on symbiotic parameters of co-inoculated plants. Front Microbiol. 2019;10:514. https://doi.org/10.3389/fmicb. 2019.00514.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эндоплазматический ретикулум в симбиотических клубеньках гороха дикого типа. а — клетка меристемы; б — клетка меристемы с профилями инфекционных нитей; в — клетка из ранней зоны инфекции; г — клетка из поздней зоны инфекции; д — инфицированная клетка из ранней зоны азотфиксации; е — зрелая инфицированная клетка из зоны азотфиксации. а, б, д, е — Sprint2; в, г — SGE. Я — ядро; В — вакуоль; ИН — инфекционная нить; ИКа — инфекционная капля; стрелки указывают на профили гранулярного ЭПР. Масштабная линейка: 5 мкм

Скачать (396KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение эндоплазматического ретикулума в симбиотических клубеньках гороха дикого типа. а — эндоплазматический ретикулум вокруг ядра; б — вдоль плазматической мембраны; в — вдоль инфекционных нитей; г — сеть агранулярного эндоплазматического ретикулума с материалом матрикса инфекционных капель; д — вокруг единичных симбиосом или группы симбиосом; е — расширение профилей эндоплазматического ретикулума в стареющих клетках. Я — ядро; М — митохондрия; В — вакуоль; КС — клеточная стенка; ИН — инфекционная нить; СИН — стенка инфекционной нити; ИКа — инфекционная капля; Б — бактерия; ВБ — высвобождающаяся бактерия; Ба — бактероид; стрелки указывают на профили гранулярного ЭПР, наконечники стрелок — на профили агранулярного ЭПР. Масштабная линейка: а — 2 мкм, б–е — 500 нм

Скачать (373KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Эндоплазматический ретикулум в симбиотических клубеньках гороха мутантной линии SGEFix–-3 (sym26). а — параллельные тяжи вокруг ядра; б — сеть агранулярного эндоплазматического ретикулума; в — вокруг единичных симбиосом или группы симбиосом; г — расширение профилей и частичная утрата рибосом на профилях гранулярного ЭПР в некоторых клетках. Я — ядро; М — митохондрия; КС — клеточная стенка; Ба — бактероид; стрелки указывают на профили гранулярного ЭПР, наконечники стрелок — на профили агранулярного ЭПР. Масштабная линейка: 500 нм

Скачать (355KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эндоплазматический ретикулум в симбиотических клубеньках гороха мутантных линий SGEFix–-1 (sym40) (а–в) и SGEFix–-2 (sym33-3) (г–е). а — вдоль вакуоли и инфекционных нитей и капель; б — вокруг симбиосом; в — расширение и фрагментация с частичной утратой рибосом профилей гранулярного ЭПР; г — вдоль плазматической мембраны; д — вокруг симбиосом; е — сеть агранулярного ЭПР. М — митохондрия; АГ — аппарат Гольджи; В — вакуоль; КС — клеточная стенка; ИН — инфекционная нить; ИКа — инфекционная капля; Б — бактерия; Ба — бактероид; * — симбиосома, содержащая несколько бактероидов, окруженных одной симбиосомной мембраной; стрелки указывают на профили гранулярного ЭПР, наконечники стрелок — на профили агранулярного ЭПР. Масштабная линейка: 500 нм

Скачать (548KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Эндоплазматический ретикулум в симбиотических клубеньках гороха мутантных линий SGEFix–-2 (sym33-3) (а, б) и Sprint-2Fix– (sym31) (в, г). а — в узком слое цитоплазмы вокруг ядра и инфекционных нитей; б — вдоль инфекционных капель, не содержащих бактерий; в — вдоль плазматической мембраны; г — вокруг симбиосом. Я — ядро; М — митохондрия; КС — клеточная стенка; ИН — инфекционная нить; ИКа — инфекционная капля; Б — бактерия; Ба — бактероид; * — симбиосома, содержащая несколько бактероидов, окруженных одной симбиосомной мембраной; стрелки указывают на профили гранулярного ЭПР. Масштабная линейка: а, в — 1 мкм, б, г — 500 нм

Скачать (364KB)
Метаданные

© Цыганова А.В., Цыганов В.Е., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах