Кіріспе

Гибереллиндер (ГА) – өсімдік гормондарының класы, сабақтың өсуін, тұқымның қанатын жаруын, тыныштық күйге түсуін, гүлдеуін, гүлдің дамуын, жапырақтар мен жемістердің қартаюын қоса алғанда, әртүрлі даму процестерін реттейді. Бұл ашылым әлемдік деңгейде миллиардтан астам адамның өмірін сақтап қалған революциялық жаңалық саналады.

Биоактивті газдар

Биоактивті ГА-лар – ГА1, ГА3, ГА4 және ГА7. Осы ГА-лардың арасында үш ортақ құрылымдық ерекшелік бар: С 3β-дегі гидроксил тобы, С 6-дағы карбоксил тобы және С 4 пен С 10 арасындағы лактон сақинасы.

Биологиялық қызметі

Гибереллиндер ұйықтап қалудың табиғи процесіне және өскіннің басқа да аспектілеріне қатысады. Фотосинтез аппараты жеткілікті дамымай тұрып, өскінді крахмалдың жинақталған энергия қорымен қамтамасыз етеді. Әдетте, тұқымның өсуі кезінде, эндоспермдегі крахмалдың глюкозаға ыдырауы тұқым суға түскеннен кейін жақын уақытта басталады. Тұқым эмбрионындағы гиббереллиндер алюрон жасушаларында α-амилаза ферментінің синтезін күшейту арқылы крахмалдың гидролизіне сигнал береді деп саналады. Гибереллиннің α-амилаза өндірісін қоздыру моделінде скотчельде түзілген гиббереллиндер (GA деп белгіленген) алюрон жасушаларына таралып, α-амилазаның секрециясын ынталандырады. Бұл жолмен транс-геранилгеранилдифосфаттан (GGDP) биоактивті ГА түзіледі. Көп генді отбасылар GA12-ні биоактивті GA4-ке айналдыратын 2ODD-ларды кодтайды. Сыртқы орта факторлары тұқымның өсуі кезінде AtGA3ox1 және AtGA3ox2 белсенділігін реттейді. Арабидопсисте GA20ox-тің жоғары экспрессиясы ГА концентрациясының артуына алып келеді.

Биосинтез орындары

Көптеген биоактивті гиббереллиндер өсімдіктердің белсенді өсіп жатқан мүшелерінде жиі кездеседі. Гүлдің даму кезеңінде, аталықтың тапетум қабаты гиббереллиндердің негізгі синтез ортасы деп саналады.

Саңырауқұлақтар мен төменгі сатыдағы өсімдіктердегі биосинтез арасындағы айырмашылықтар

Арабидопсис, өсімдік және Gibberella fujikuroi, саңырауқұлақтың әртүрлі GA жолдары мен ферменттері болады. Өсімдіктердегі CPS және KS функцияларын саңырауқұлақтардағы CPS/KS бір ферменті атқарады. Саңырауқұлақтарда GA биосинтез гендері бір хромосомада орналасқан, ал өсімдіктерде олар бірнеше хромосомаларға кездейсоқ таратылған. Өсімдіктер аз мөлшерде GA3 өндіреді, сондықтан GA3 өнеркәсіптік мақсаттар үшін микроорганизмдер арқылы өндіріледі. Гиберел қышқылын өнеркәсіптік жағдайда су астында ферментация арқылы өндіруге болады, бірақ бұл процесте өнім аз, өндіріс шығындары жоғары және тиісінше сату бағасы да жоғары. Дегенмен, GA3 өндірісінің құнын төмендету үшін тағы бір балама әдіс бар – ол агроөнеркәсіптік қалдықтарды пайдалануға мүмкіндік беретін қатты күйдегі ферментация (SSF).

Катаболизм

ГА-ны белсенділігін жоғалтудың бірнеше механизмі анықталды. 2β гидроксилдеу ГА-ны деактивациялайды, және бұл процесті ГА2 оксидазалары (ГА2окс) катализдейді. Ұзын жоғарғы интернод (eui) генімен кодталған цитохром P450 монооксигеназасы ГА-ны 16α,17 эпоксидтерге айналдырады. Күріштегі eui мутанттарында биоактивті ГА-ның жоғары деңгейі жиналады, бұл цитохром P450 монооксигеназасы күріште ГА-ны деактивациялауға жауапты негізгі фермент екенін көрсетеді. gamt1 және gamt2 мутанттарында дамитын тұқымдарда ГА концентрациясы артады. ГА жетіспеушілігі бар жағдайда AtGA20ox1 және AtGA3ox1 экспрессиясының деңгейі жоғарылайды, ал биоактивті ГА қосылғаннан кейін төмендейді. Апикалды бүрді (ауксин көзін) алып тастау ГА1 концентрациясын төмендетеді, ал ауксинді қайта енгізу бұл әсерді кері қайтарады, нәтижесінде ГА1 концентрациясы артады. Арпа шабында ауксин ГА3 тотығуын күшейтеді және ГА2 тотығуын азайтады. Ауксин сондай-ақ бұршақ даму кезінде ГА биосинтезін реттейді. Өсімдіктердің әртүрлі түрлеріндегі осы жаңалықтар ауксинмен ГА метаболизмін реттеудің әмбебап механизмы болуы мүмкін екенін көрсетеді. Этилен биоактивті ГА-ның концентрациясын төмендетеді.

Қоршаған орта факторлары арқылы реттеу

Жақында алынған деректер ГА концентрациясының өзгеруі жарықпен реттелетін тұқымның қанатын жаруына, деэтиоляция кезіндегі фотоморфогенезге, сондай-ақ сабақтың өсуі мен гүлдеудің фотопериодымен реттелуіне әсер ететінін көрсетеді.

Тұқымның дамуындағы рөлі

Биоактивті ГА және абсцис қышқылы деңгейлері кері пропорционалды және тұқымның дамуы мен өніп-өсуін реттейді. Arabidopsis транскрипция факторы FUS3 деңгейі АВА-мен жоғарылатылады және ГА-мен төмендейді, бұл ГА және АВА арасындағы тепе-теңдікті қамтамасыз ететін реттеу циклы бар екенін көрсетеді.

Қабылдаушы

1990 жылдардың басында жүгері тұқымдарында плазмалық мембранада орналасқан ГА рецепторының бар екенін көрсететін бірнеше дәлелдер болды. Алайда, қарқынды зерттеулерге қарамастан, бүгінгі күнге дейін мембранаға байланысқан ГА рецепторы оқшауланбады. Бұл, сондай-ақ ерігіш рецептор – ГА сезімтал нанғы қақты (GID1) табылуы көптеген ғалымдарды мембранаға байланысқан рецептордың бар екендігіне күдік тудырды. GID1 алғаш рет күріште анықталды, ал Arabidopsis-та GID1-дің үш ортологы – AtGID1a, b және c бар. ГА-ның GID1-ге байланысуы GID1 құрылымында өзгерістерге алып келеді, нәтижесінде GID1-дегі «қақпақ» ГА байланысатын қуысты жабады. Бұл қақпақтың қозғалуы GID1-дің DELLA белоктерімен байланысуына мүмкіндік беретін беттің ашылуына себеп болады. DELLA белоктері DELLA мотивінің болуымен сипатталады (аспартат-глутамат-лейцин-лейцин-аланин немесе бір әріпті амин қышқылы кодында D E L L A). F-қораптық белоктар өз мақсаттарына убиквитиннің қосылуын катализдейді. Кейіннен DELLA белоктері көптеген басқа транскрипция факторларын басатыны анықталды, олардың ішінде ауксин, брассиностероид және этилен сигналдарын күшейтетін факторлар да бар. DELLA белоктері транскрипция факторларын ДНК-ға байланысуын тоқтату арқылы немесе олардың ыдырауын жеделдету арқылы баса алады. Микротубулалар мембраналық көпіршіктерді тасымалдау үшін де қажет. Гормон тасымалдаушыларды дұрыс орналастыру үшін мембраналық көпіршік тасымалы қажет. Жақсы зерттелген гормон тасымалдаушылардың бірі – ПИН белоктері, олар жасушалар арасында ауксин гормонының қозғалысына жауапты. ГА болмаған жағдайда DELLA белоктері микротубулалар деңгейін төмендетіп, мембраналық көпіршік тасымалын тежейді. Бұл жасуша мембранасындағы ПИН белоктерінің және жасушадағы ауксин деңгейінің төмендеуіне әкеледі. ГА бұл процесті кері қайтарады және ПИН белоктерінің жасуша мембранасына тасымалдануына мүмкіндік береді, осылайша жасушадағы ауксин деңгейін арттырады.