Лаборатория сигнальной регуляции

Задачи, решаемые лабораторией в ходе исследований, связаны с выяснением механизмов сигнального обмена между растениями и почвенными микроорганизмами при развитии мутуалистических и антагонистических взаимоотношений. При выполнении исследований используются современные технологии транскриптомного и протеомного профилирования, проводится анализ межмолекулярных взаимодействий с помощью методов поверхностного плазмонного  резонанса и термофореза. Для выявленных регуляторных генов проводится нокаутирование с помощью РНК-интерференции или осуществляется сверхэкспрессия, что позволяет изучить роль этих генов в контроле развития взаимоотношений между растениями и микроорганизмами. Лаборатория имеет современную приборную базу, которая позволяет проводить исследования на высоком методическом уровне.

Основные результаты работы

Основные направления

  • Поиск и изучение рецепторов растений к сигнальным молекулам (Nod-факторам, хитоолигосахаридам, Myc-факторам), выделяемым клубеньковыми бактериями и грибами арбускулярной микоризы

    Результатом работы в этом направлении стало выявление ключевой роли новой LysM-рецептор-подобной киназы К1 в контроле развития бобово-ризобиального симбиоза как на самых ранних этапах развития этого процесса, так и на более поздних при проникновении ризобий в клетки корня растений (Kirienko et al., 2018). Удалось выяснить, как структурные изменения в различных доменах LysM-рецептор-подобной киназы К1 могут влиять на ее способность формировать комплекс с ко-рецептором, что приводит к нарушению связывающей способности клеток корня растений с сигнальными молекулами Nod-факторами, выделяемыми клубеньковыми бактериями (Kirienko et al., 2019).  Для изучения специфичности рецепторов используется молекулярное моделирование и метод микроскопического термофореза. 

    Наши исследования позволили выявить уникальную LysM-рецептор-подобную киназу LYK9, которая необходима для узнавания растением хитоолигосахаридов (ХОС) с разной степенью полимеризации. Эти молекулы со степенью полимеризации 4 и 5 (ХОС4-5) наряду с Myc-факторами выделяются грибами арбускулярной микоризы (АМ) и необходимы для формирования симбиоза. При взаимодействии растений с фитопатогенными грибами под влиянием литических ферментов в среду выделяется смесь ХОС из клеточной стенки грибов и эти соединения со степенью полимеризации более 6 вызывают сильный иммунный ответ у растений. В результате проведенной работы удалось впервые показать, что LYK9 является бифункциональной рецепторной киназой (Leppyanen et al., 2018) и при объединении с разными ко-рецепторами может связывать либо ХОС4-5 и контролировать развитие симбиоза с грибами АМ, либо активировать иммунный ответ у растений при узнавании ХОС6-8 фитопатогенных грибов.

    Изучение таких уникальных рецепторов позволит выяснить механизмы, которые определяют способность растений на уровне одного рецептора быстро переключать сигнальные пути, которые ведут к развитию либо мутуалистических, либо антагонистических взаимоотношений.

    Узнать больше »

  • Выявление и анализ компонентов сигнальных путей, которые активируются рецепторами, с помощью методов транскриптомного и протеомного анализа

    С помощью методов транскриптомного и протеомного анализа были выявлены ряд новых регуляторов сигнальных путей, которые необходимы для передачи сигнала в клетках растений, при взаимодействии с клубеньковыми бактериями и грибами АМ. Среди них гетеротримерный G-белок, фосфолипазы С и D, кальций- и фосфолипид-связывающие белки.  Для генов, кодирующих выявленные регуляторы, было проведено нокаутирование с помощью РНК-интерференции или осуществлена сверхэкспрессия. Это впервые позволило показать, например, важную роль гетеротримерного G-белка, а также кальций-связывающего белка аннексина в контроле развития бобово-ризобиального симбиоза.

    Анализ сигнальных путей, активируемых рецептор-подобной киназой LYK9, с помощью технологий транскриптомного и протеомного профилирования впервые позволил показать ключевую роль комплекса митоген-активируемых протеинкиназ (МАР-киназ) в передаче сигнала при узнавании растением ХОС4-5 и ХОС6-8. Исследования показали, что в результате активации разных комплексов MAP-киназ растение может контролировать либо развитие симбиоза с грибами АМ при узнавании ХОС4-5, либо активировать иммунный ответ при узнавании ХОС6-8.

    Узнать больше »

  • Изучение влияния генов, кодирующих рецепторы к Nod-факторам и контролирующих инициацию развития азотфиксирующих симбиозов, на небобовые растения с целью оценки возможности взаимодействия таких растений с азотфиксирующими бактериями

    Новым направлением исследований стало изучение влияния генов, кодирующих рецепторы к Nod-факторам и контролирующих инициацию развития азотфиксирующих симбиозов, на небобовые растения. С этой целью проводится генетическая трансформации растений томата и ячменя, изучается экспрессия генов рецепторов к сигнальным молекулам ризобий и транскрипционных регуляторов при переносе их в растения под контролем конститутивных и специфичных промоторов. В результате проведенных исследований удалось показать возможность активации перенесенных генов в тканях небобовых растений (анализ содержания мРНК и кодируемого белка), а также оценить изменения, к которым приводит такой перенос. Эти исследования носят приоритетный характер, поскольку являются пионерскими в данной области и позволят в перспективе расширить круг растений, вступающих в симбиоз с ризобиями.

    Узнать больше »

  • Изучение роли гормонов в контроле растительно-микробных отношений и выяснение того, как регуляторы гормональных путей взаимодействуют с транскрипционными факторами, активируемыми сигнальными молекулами

    Одним из направлений исследований лаборатории является изучение роли гормонов и транскрипционных факторов в контроле развития клубеньков бобовых растений. Известно, что под влиянием сигнальных молекул Nod-факторов в тканях корня бобовых растений происходят значительные изменения в концентрации гормонов цитокининов, ауксинов и гиббереллинов, что влияет на инфекционный процесс и органогенез клубеньков. Остается загадкой как Nod-факторы, оставаясь связанными с рецепторами, локализованными в эпидермисе, передают сигнал в удаленные клетки коры корня, где происходит закладка клубеньков. Наши исследования показали, что под влиянием Nod-факторов у бобовых растений активируются транскрипционные факторы семейств KNOX и BELL, которые стимулируют гены, контролирующие биосинтез цитокининов (Azarakhsh et al., 2015; Dolgikh et al., 2017; Dolgikh et al., 2020). В свою очередь, под влиянием цитокининов в тканях коры корня бобовых растений происходит локальное увеличение концентрации ауксинов, что стимулирует пролиферацию клеток и приводит к формированию клубеньков. Вместе с тем, цитокинины, как показывают наши исследования, оказывают значительное влияние и на более поздние стадии развития симбиоза, связанные с процессами дифференцировки тканей клубенька и дифференцировки бактероидов (Dolgikh et al., 2020).

    Узнать больше »

Сотрудники

  • Долгих Елена Анатольевна

    Долгих Елена Анатольевна

    Заведующая лабораторией, доктор биологических наук

Леппянен Ирина Викторовна – с.н.с., к.б.н.

Кириенко Анна Николаевна – н.с., к.б.н.

Павлова Ольга Андреевна – н.с., к.б.н.

Бовин Андрей Дмитриевич – м.н.с.

Козюлина Полина Юрьевна – м.н.с.

Рудая Елизавета Степановна – м.н.с.

Вашурина Мария Андреевна – м.н.с.

Велижанина Мария Евгеньевна – м.н.с.

Долгих Александра Вячеславовна – инженер-микробиолог

Ковалева Оксана Дмитриевна – инженер-микробиолог

 

Подписаться на рассылку ВНИИСХМ

Что будем искать?