Алейроновым слоем называют периферический слой клеток, содержащих большое количество белка и расположенных вокруг эндосперма семян злаков. Эта ткань очень активна при прорастании и на ранних стадиях роста проростков, а затем быстро дегенерирует и отмирает. До прорастания алейроновый слой служит запасающей тканью, а при прорастании он является источником ряда гидролитических ферментов, секретируе-мых в эндосперм и участвующих в мобилизации его запасных веществ. Таким образом, алейроновый слой представляет собой однородную ткань, состоящую из одинаковых клеток, запрограммированных на выполнение небольшого числа функций на ранних этапах жизни растения. После набухания семян, вышедших из состояния покоя, клетки алейронового слоя выполняют свои функции при условии получения ими соответствующих гормональных сигналов. Основным гормоном, регулирующим метаболизм алейронового слоя у семян ячменя, является гиб-береллин, поступающий из прорастающего зародыша. Одиако он, очевидно, вступает в сложное взаимодействие с абсцизовой кислотой и, возможно, с этиленом. Подавляющее большинство экспериментов было проведено на алейроновом слое семян ячменя, но такая же ситуация типична и для семян других злаков. Исключение составляют -семена пшеницы, у которых в регуляции начала гидролиза принимают участие также ауксины и цитокинины.[ ...]
Из ферментов алейронового слоя наиболее изученным в связи с механизмом действия гиббереллина является а-амилаза,.. особенно а-амилаза ячменя, однако ферментные системы из семян пшеницы и риса ведут себя аналогичным образом. Имеются весьма достоверные данные о том, что гиббереллииы (обычно в опытах использовали ГАз) вызывают de novo синтез а-амн-лазы в клетках алейронового слоя. В 1967 г. Филиер и Варнер показали, что вся -а-амилаза, образуемая в ответ на обработку ГА3, синтезируется de novo из аминокислот. Эти авторы использовали методику плотностного течения тяжелой водой. Алейроновые слои ячменя инкубировали с ГАз в присутствии нормальной воды (Н2160) или воды, содержащей тяжелый изотоп кислорода (Н2180). В результате естественный гидролиз запасных белков клеток алейронового слоя протеазами происходил в присутствии либо И2160, либо Н2180 и образующиеся при этом аминокислоты содержали соответственно либо 1G0, либо 180.. О таких, содержащих тяжелый изотоп аминокислотах говорят, что они мечены по плотности и синтезирующиеся из них белки также будут мечеными по плотности (они будут тяжелее, т. е. обладать большей плотностью, чем белки, образовавшиеся из аминокислот, содержащих lüO). Подвергнув экстракты ферментов ультрацентрифугированию, Филнер и Варнер обнаружили, что а-амилаза, синтезированная в клетках алейронового слоя, обработанного ГА3 в присутствии Н2180, была в соответствии с теоретическими подсчетами на 1% плотнее, чем а-амилаза из-клеток алейронового слоя, инкубированного с Н2160 (рис. 4.16). Следовательно, при инкубации с Нг180 вся индуцированная а-амилаза была синтезирована заново из аминокислот. Позднее с помощью такой же методики (правда, чаще вместо Н2180 использовали D20) было показано, что четыре изофермента а-амилазы, а также рибонуклеаза и 3(1—>-3)-глюка и аз а синтезируются de novo в ответ на обработку ГАз.[ ...]
Запасные белки в клетках эндосперма представлены в форме алейроновых зерен. Алейроновый слой всегда один, он формируется только из наружных, пограничных клеток нуклеар-ного эндосперма. Работами Н. В. Цингер (1958) и других установлено, что алейроновый слой клеток злаков физиологически более активен по сравнению с остальной частью эндосперма, так как содержит различные ферменты, участвующие в гидролизе крахмала.[ ...]
Имеются сведения о том, что холинэстеразная активность обнаруживается даже у эмбриона и в клетках алейронового слоя семян пшеницы, овса, тыквы. Она отмечается на стадии дифференцировки корней и стеблей, в эпидермисе, флоэме, камбии и апикальных меристемах этих растений.[ ...]
Хотя большинство авторов, исследовавших механизм действия гормонов (в частности, гиббереллина) в алейроновой системе, связывают их действие с синтезом РНК и белка, теперь известно, что ГА3 повышает активность а-амилазы в клетках алейронового слоя ячменя раньше, чем начинается активация синтеза РНК. Поэтому можно думать, что сначала в клетках алейронового слоя происходит высвобождение уже синтезированного фермента, и только после этого становится важной стимуляция ГА3 синтеза а-амилазы. И действительно, в настоящее время многие считают, что в первую очередь гиббереллииы в алейроновой системе из ячменя влияют на различные уже существующие в клетках мембраны.[ ...]
С помощью метода электронной цитохимии изучали изменения, происходящие в периплазматическом пространстве и плазмалемме клеток корешков прорастающих зародышей ячменя, а также алейроновом слое эндосперма. После намачивания семян в первые часы после прорастания в клетках корешков происходит увеличение периплазматического пространства и плазмалемма приобретает извилистые очертания. Многочисленные плазмодесмы пронизывают толстые (3—6 мкм) стенки клеток алейронового слоя.[ ...]
До сих пор мы говорили о механизме действия фитогормо-иов на развитие, основываясь главным образом на результатах, полученных на целых растениях или изолированных органах растений. В этих случаях экспериментатор имеет дело с интегрированными системами разных тканей, клетки каждой из которых, по-видимому, не одинаково реагируют на гормон, что осложняет анализ полученных результатов. В связи с этим становится очевидным теоретическое преимущество изучения влияния гормона на какую-либо одну ткань, состоящую из клеток, одинаково реагирующих на гормон. До сих пор лучшей системой такого типа является система, полученная из злаков. Это алейроновый слой ячменя. Следующий шаг в направлении упрощения системы для изучения механизма действия гормонов — переход к работе с бесклеточиыми системами (т. е. добавление гормона in vitro к различным компонентам клеток после их гомогенизации и фракционирования). Таковы некоторые работы по влиянию гормонов на транскрипцию и трансляцию, которые мы рассмотрим ниже, в разд. 4.6.2.[ ...]
В процессе прорастания зерен ячменя повышается активность различных ферментов, необходимых для расщепления запасных веществ, в частности липаз, протеаз и амилаз. Некоторые из этих ферментов, например а-амилаза, отсутствуют в сухом зерне и образуются под влиянием гиббереллина (рис. 3.4). Этот синтез происходит в клетках алейронового слоя, откуда ферменты переходят в эндосперм, где и выполняют свою гидролитическую функцию. Образовавшиеся в результате гидролиза растворимые углеводы, аминокислоты и т. п. резорбируются щитком и используются в процессах роста и метаболизма зародыша (рис. 3.5).[ ...]
Большое число работ было посвящено изучению влияния ростовых веществ на синтез РНК и белка в семенах, правда, полученные результаты оказались весьма различными и нередко противоречивыми. По некоторым данным, АБК ингибирует синтез РНК и ферментов, а ГА3 или кинетин снимают этот эффект в определенных системах. В зародышах груши АБК ингибирует активность РНК-полимеразы, но этот эффект снимается кинетином и ГА3. Образование мРНК для «-амилазы в клетках алейронового слоя ячменя происходит в ответ на действие ГА3 (с. 149), но этот эффект ингибируется АБК. В других работах указывается, что ГА3 увеличивает доступность ДНК-матрицы для транскрипции в семенах лещины. Значение этих наблюдений в связи с гормональной регуляцией покоя и прорастания недостаточно ясно.[ ...]
Для изучения анатомического строения зерновки хлебных злаков лучше взять зерно мягкой пшеницы. Острым ланцетом или ножом делают продольный срез и рассматривают его иод лупой. Отмечают местоположение зародыша, эндосперма, оболочек и зарисовывают их. Затем эти части зерна изучают на готовом (постоянном) препарате под микроскопом. На препарате видны все части зародыша. Если препарат окрашен йодом, крахмальные зерна мучнистой части эндосперма будут темно-фиолетовыми, а клетки алейронового слоя — желтыми. Крахмальные зерна округлые, имеют разную величину: более мелкие в клетках эндосперма, прилегающих к алейроновому слою, а более крупные в центральной части эндосперма. На препарате обычно отчетливо видны также оболочки зерна.[ ...]
Уже в процессе набухакия семян начинается мобилизация питательных веществ — жиров, белков и полисахаридов. В процессе прорастания происходит перевод пх в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша, поэтому необходимы соответствующие фарменты. Частично ферменты находятся в вндосперме или зародыше в связанном неактивном состояпни и под влиянием вабухапня переходят в активное состояние. Однако все же ферменты образуются и de novo. Показано, что уже через 3 ч после намачивания в клетках семени паблюдается образование и-РНК. Таким образом, стаповнтся возможным новообразование белков-ферментов. Крахмал распадается до сахаров в основном под влиянием двух ферментов — о- и Р-амилазы. Еще работами А. И. Опарина показано, что (3-амилаза находится в сухих семенах в связанном (неактивном) состоянии, вместе с тем а-аыилаза вновь образуется в процессе прорастапия. Оказалось, что если удалить зародыши, то а-амилаза и протеазы не образуются. Если эндосперм, лишенный зародыша, обработать гормоном гиббервл-лпном, то в алейроновом слое появляются а-амилаза и протеазы. При этом установлено, что если эндосперм замачивать в тяжелой воде «HsO, то белок а-амилаза содержит ,60. Следовательно, под влиянием гибберелкина оп синтезируется 8аново. Источником гиббереллииа в семени является зародыш.[ ...]
Изучение влияния гиббереллинов на ядра и хроматин in vitro привели к результатам, очень близким к только что описанным для ауксинов. Так, обработка гиббереллином иитакт-ных тканей изменяла трансляционную активность выделенных затем из этих тканей ядер или хроматина. Однако добавление гиббереллина к изолированным хроматину или ядрам не вызывало такого эффекта. Влияние гиббереллинов на трансляционную способность хроматина может включать транскрипцию дополнительных матриц или изменение активности полимеразы, хотя для этого нет строгих доказательств. Одни из лучших данных, показывающих связь между стимуляцией гиббереллином -de novo синтеза фермента и образованием соответствующей мРНК, получены в работе с экстрактами из тканей алейронового слоя ячменя. Обработка алейронового слоя ГА?, приводила к увеличению содержания транслируемой in vitro мРНК для д-амилазы с такой же скоростью, с которой происходила активация синтеза фермента. Некоторые исследователи рассматривают это наблюдение как пример избирательной индукции .мРНК гиббереллином, но, как мы уже говорили ранее в этой главе, состав мРНК и ферментов, синтезируемых клетками .алейронового слоя, определяется пока еще невыясненными механизмами запрограммированного развития, а гиббереллии только вызывает эти предварительно запрограммированные ответные реакции. Другими словами, это действие гиббереллина нельзя рассматривать как пример избирательной дерепрессии генов гормоном. К тому же очевидно, что и в этих опытах влияние гиббереллина не было в действительности его действием in vitro, так как гормоном обрабатывали интактные клетки алейронового слоя, a in vitro определяли только последствия этого действия. Поэтому нет оснований считать, что даже иеиз- бирателы-юе влияние гиббереллина на транскрипцию является первичным действием гормона. Кроме того, пока нельзя не принимать в расчет, что гиббереллины могут влиять и на пост-транскрипционном уровне.[ ...]