Анализ распределения эпитопов арабиногалактанпротеинов-экстензинов в клубеньках гороха (pisum sativum) дикого типа и мутантов с нарушениями роста инфекционной нити

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Арабиногалактанпротеин-экстензины (AGPE) играют важную роль на нескольких стадиях бобово-ризобиального симбиоза, включая колонизацию корней и развитие инфекционных структур, особенно инфекционных нитей. Основное внимание в этом исследовании уделено участию AGPE в последовательной колонизации тканей и клеток ризобиями. Для анализа распределения и количества эпитопов AGPE в клубеньках гороха дикого типа и неэффективных симбиотических мутантов была использована иммуноэлектронная микроскопия с моноклональными антителами MAC204 и MAC236. В клубеньках линии дикого типа SGE оба эпитопа AGPE были одинаково распределены в матриксе инфекционных нитей и инфекционных капель. В клубеньках мутантной линии SGEFix-1 (sym40) количество метки MAC204 было значительно выше, чем у SGE, как в инфекционных нитях, так и в инфекционных каплях, но количество метки MAC236 было увеличено только в инфекционных каплях. У мутантной линии SGEFix-2 (sym33-3) наблюдался самый высокий уровень обоих эпитопов среди всех анализируемых генотипов. У двойной мутантной линии RBT3 (sym33-3, sym40) зафиксирован промежуточный уровень накопления метки обоих эпитопов в инфекционных нитях по сравнению с родительскими мутантами. У SGEFix-1 аномальное распределение обоих эпитопов наблюдалось в матриксе межклеточного пространства. Эпитоп MAC204 был обнаружен в клеточных стенках SGEFix-1 и в стенках инфекционных нитей SGEFix-2, тогда как у RBT3 этот эпитоп был выявлен в обоих типах стенок. Мутации sym33-3 и sym40 по-разному влияют на накопление эпитопов AGPE, распознаваемых MAC204 и MAC236. Это указывает на то, что оба гена Sym33 и Sym40 влияют на состав AGPE в матриксе инфекционных нитей и инфекционных капель.

Об авторах

Анна Викторовна Цыганова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «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, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, 3

Николас Дж. Бревин

Центр Джона Иннеса

Email: nick.brewin@jic.ac.uk
ORCID iD: 0000-0001-6120-2464
https://www.jic.ac.uk/people/professor-nick-brewin/

Почетный член, профессор

Великобритания, NR4 7UH, Норидж, Исследовательский парк Нориджа

Виктор Евгеньевич Цыганов

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «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, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, 3; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб. 5

Список литературы

  1. Brewin NJ. Plant cell wall remodelling in the Rhizobium-legume symbiosis. Crit Rev Plant Sci. 2004;23(4): 293-316. https://doi.org/10. 1080/07352680490480734.
  2. Nguema-Ona E, Vicré-Gibouin M, Cannesan M-A, Driouich A. Arabinogalactan proteins in root-microbe interactions. Trends Plant Sci. 2013;18(8):440-449. https://doi.org/10. 1016/j.tplants.2013. 03. 006.
  3. Showalter AM, Basu D. Extensin and arabinogalactan-protein biosynthesis: glycosyltransferases, research challenges, and biosensors. Front Plant Sci. 2016;7:814. https://doi.org/10. 3389/fpls.2016. 00814.
  4. Bradley DJ, Wood EA, Larkins AP, et al. Isolation of monoclonal antibodies reacting with peribacteroid membranes and other components of pea root nodules containing Rhizobium leguminosarum. Planta. 1988;173(2): 149-160. https://doi.org/10. 1007/bf00403006.
  5. VandenBosch KA, Bradley DJ, Knox JP, et al. Common components of the infection thread matrix and the intercellular space identified by immunocytochemical analysis of pea nodules and uninfected roots. EMBO J. 1989;8(2):335-341. https://doi.org/10. 1002/j.1460-2075. 1989. tb03382. x.
  6. Rae AL, Bonfante-Fasolo P, Brewin NJ. Structure and growth of infection threads in the legume symbiosis with Rhizobium leguminosarum. Plant J. 1992;2(3):385-395. https://doi.org/10. 1111/j.1365-313X.1992. 00385. x.
  7. Rathbun EA, Naldrett MJ, Brewin NJ. Identification of a family of extensin-like glycoproteins in the lumen of Rhizobium-induced infection threads in pea root nodules. Mol Plant Microbe Interact. 2002;15(4): 350-359. https://doi.org/10. 1094/MPMI.2002. 15. 4. 350.
  8. Tsyganova AV, Tsyganov VE, Findlay KC, et al. Distribution of legume arabinogalactan protein-extensin (AGPE) glycoproteins in symbiotically defective pea mutants with abnormal infection threads. Cell Tissue Biol. 2009;3(1):93-102. https://doi.org/10. 1134/S1990519X09010131.
  9. Reguera M, Abreu I, Brewin NJ, et al. Borate promotes the formation of a complex between legume AGP-extensin and rhamnogalacturonan II and enhances production of Rhizobium capsular polysaccharide during infection thread development in Pisum sativum symbiotic root nodules. Plant Cell Environ. 2010;33(12):2112-2120. https://doi.org/10. 1111/j.1365-3040. 2010. 02209. x.
  10. Gucciardo S, Rathbun EA, Shanks M, et al. Epitope tagging of legume root nodule extensin modifies protein structure and crosslinking in cell walls of transformed tobacco leaves. Mol Plant Microbe Interact. 2005;18(1): 24-32. https://doi.org/10. 1094/MPMI-18-0024.
  11. Kosterin OE, Rozov SM. Mapping of the new mutation blb and the problem of integrity of linkage group I [Internet]. 1993. Available from: https://www.researchgate.net/publication/312428570_Mapping_of_the_new_mutation_blb_and_the_problem_of_integrity_of_linkage_group_I.
  12. 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.
  13. Tsyganov VE, Borisov AY, Rozov SM, Tikhonovich IA. New symbiotic mutants of pea obtained after mutagenesis of laboratory line SGE. Pisum Genet. 1994;26:36-37.
  14. 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.
  15. Tsyganov VE, Seliverstova EV, Voroshilova VA, et al. Double mutant analysis of sequential functioning of pea (Pisum sativum L.) genes Sym13, Sym33, and Sym40 during symbiotic nodule development. Ecol Genet. 2010;8(2):3-8. https://doi.org/10. 17816/ecogen823-8.
  16. Nemankin TA. Analysis of pea (Pisum sativum L.) genetic system, controlling development of arbuscular mycorrhiza and nitrogen-fixing symbiosis. [dissertation] Saint Petersburg; 2011. 18 p. (In Russ.). Available from: http://earthpapers.net/analiz-geneticheskoy-sistemy-goroha-pisum-sativum-l-kontroliruyuschey-razvitie-arbuskulyarnoy-mikorizy-i-azotfiksiruyusch.
  17. Ovchinnikova E, Journet E-P, 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.
  18. 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.
  19. Borisov AY, Rozov SM, Tsyganov VE, et al. Sequential functioning of Sym13 and Sym31, two genes affecting symbiosome development in root nodules of pea (Pisum sativum L.). Mol Gen Genet. 1997;254(5):592-598. https://doi.org/10. 1007/s004380050456.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Маркировка иммуноголдом, показывающая распределение арабиногалактановых эпитопов белка-экстенсина в тонких срезах из клубеньков SGE гороха дикого типа: a – c - МАС204; д – ф - МАС236. IT - инфекционная нить, ITW - стенка инфекционной нити, ID - капля инфекции, B - бактерия, RB - высвобождающая бактерия, Ba - бактериоид, * - вновь синтезированная матрица; стрелки указывают частицы золота. Бар: 500 нм

Скачать (715KB)
3. Рис. 2. Распределение арабиногалактановых белково-экстенсиновых эпитопов в клубеньках мутантной линии гороха SGEFix –- 1 (sym40): a, b - МАС204; с, д - МАС236. IT - инфекционная нить, ID - инфекционная капля, B - бактерия, M - митохондрия; стрелки указывают частицы золота. Бар: а, b = 1 мкм, с, d = 500 нм

Скачать (461KB)
4. Рис. 3. Распределение арабиногалактановых эпитопов белка-экстенсина в клеточных стенках клубеньков мутантных линий гороха SGEFix –1 (sym40) (a, b) и SGEFix –2 (sym33-3) (c, d): a , c, d - МАС204, b - МАС236. V - вакуоль, M - митохондрия, A - амилопласт, CW - клеточная стенка, ICS - межклеточное пространство, IT - инфекционная нить, ITW - стенка инфекционной нити, B - бактерия; стрелки указывают частицы золота. Бар: 500 нм

Скачать (483KB)
5. Рис. 4. Распределение арабиногалактановых белково-экстенсиновых эпитопов в клубеньках мутантной линии гороха SGEFix –- 2 (sym33-3): а, б - МАС204; с, д - МАС236. IT - инфекционная нить, ITW - стенка инфекционной нити, ID - капля инфекции, B - бактерия; стрелки указывают частицы золота. Бар: 500 нм.

Скачать (499KB)
6. Рис. 5. Распределение арабиногалактановых белково-экстенсиновых эпитопов в клубеньках линии двойного мутанта гороха RBT3 (sym33-3, sym40): a – c - МАС204; д – ф - МАС236. IT - инфекционная нить, B - бактерия, ITW - стенка инфекционной нити, CW - клеточная стенка, M - митохондрия, ^ - транспортные пузырьки с межклеточным матриксом; стрелки указывают частицы золота. Бар: 500 нм

Скачать (596KB)

© Цыганова А.В., Бревин Н., 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