Введение
Тканевой слой в зерновых семенах
Алеуроны (от греческого aleuron, мука) – это белок, содержащийся в белковых гранулах созревающих семян и клубней. Этот термин также обозначает один из двух основных типов клеток эндосперма – алевроновый слой. Алевроновый слой является самым внешним слоем эндосперма, за которым следует внутренний крахмалистый эндосперм. Этот слой клеток иногда называют периферическим эндоспермом. Он расположен между перикарпием и гиалиновым слоем эндосперма. В отличие от клеток крахмалистого эндосперма, клетки алевронового слоя остаются живыми при созревании. Плоидность алеурона составляет (3n) [в результате двойного оплодотворения].
Aleurone (from Greek aleuron, flour) is a protein found in protein granules of maturing seeds and tubers. The term also describes one of the two major cell types of the endosperm, the aleurone layer. The aleurone layer is the outermost layer of the endosperm, followed by the inner starchy endosperm. This layer of cells is sometimes referred to as the peripheral endosperm. It lies between the pericarp and the hyaline layer of the endosperm. Unlike the cells of the starchy endosperm, aleurone cells remain alive at maturity. The ploidy of the aleurone is (3n) [as a result of double fertilization].
Описание
Алевроновый слой окружает ткань эндосперма семян злаков и морфологически и биохимически отличается от неё. Клетки крахмалистого эндосперма крупные, неправильной формы и содержат крахмальные зёрна, в то время как клетки алеврона имеют кубовидную форму и содержат зерна алеврона. У большинства культивируемых зерновых (пшеницы, ржи, овса, риса и кукурузы) алевроновый слой однослойный, тогда как у ячменя он многоклеточный. Толстые первичные клеточные стенки окружают и защищают клетки алеврона. Алевроновый слой важен как для развивающегося семени, так и для зрелого растения. Ткань алеврона накапливает значительное количество масел и липидов, которые полезны в процессе развития семян. Он также является местом хранения минеральных веществ и у некоторых видов участвует в состоянии покоя семян. Алеурон может экспрессировать несколько белков, защищающих от патогенов, включая PR 4. Алеурон также является наиболее ценной с диетической точки зрения фракцией во многих отрубях. Кроме того, ткань алеврона содержит множество вакуолей, запасающих белки, известных как белковые тельца. У злаков с крахмалистым эндоспермом алеурон содержит около 30% белка зерна. У разноцветной кукурузы антоциановые пигменты в алевроновом слое придают зернам тёмно-синевато-чёрный цвет. Белки алеврона могут иметь два различных морфологических признака: однородные и гетерогенные. Однородный алеурон состоит из схожих белковых телец (например, у Phaseolus vulgaris), а гетерогенный алеурон состоит из гранул различной формы и типов белков, покрытых мембраной (например, у Ricinus communis).
Разработка
Развитие алевронового слоя включает в себя несколько периклинальных и антиклинальных клеточных делений и несколько этапов генетической регуляции. Ген *dek1* и киназа *crinkly4* (*cr4*) оба функционируют как положительные регуляторы судьбы клеток алеврона. Нормальный ген *dek1* необходим для восприятия и реагирования на позиционные сигналы, определяющие судьбу клеток алеврона в процессе развития. Мутанты гена *dek1* блокируют формирование алеврона и приводят к развитию клеток в крахмалистые эндоспермовые клетки вместо клеток алеврона, что приводит к отсутствию алевронового слоя в семени. Эта мутация вызвана вставкой Mu-транспозона в ген *dek1*, что приводит к его некорректному функционированию. Однако этот транспозон иногда может самопроизвольно удаляться из гена, восстанавливая функцию *dek1*. Эксперименты в этой области показали, что сигналы, определяющие позиционирование алеврона, сохраняются на поздних стадиях развития, и клетки алеврона продолжают на них реагировать. Подобно мутации *dek1*, гены с мутацией в гене *cr4* также вызывают изменение судьбы клеток алеврона. Ген *cr4* кодирует рецепторную киназу и, следовательно, участвует в путях передачи сигналов, связанных с судьбой клеток алеврона. Растения с мутировавшим геном *cr4* имеют меньший рост, чем обычно, и формируют листья с завитками. Кроме того, на развитие алевронового слоя влияют несколько гормонов, включая ауксин, цитокинин, абсцизовую кислоту (ABA) и гиббереллин (GA). Ауксин и цитокинин играют роль на ранних стадиях развития алеврона, в то время как созревание алеврона стимулируется ABA, а прорастание – GA.
Функция
Алеуронный слой выполняет разнообразные функции, способствующие нормальному развитию семени. Одним из примеров является поддержание низкого pH в апопласте. У злаков алеуронный слой выделяет органические и фосфорные кислоты для поддержания pH эндосперма в пределах от 3,5 до 4. У ячменя алеуронный слой также выделяет нитриты в крахмалистый эндосперм и апопласт в анаэробных условиях. Кроме того, хотя функция неясна, определенный класс гемоглобинов присутствует во внешнем слое живых клеток, включая ткань алеуронов в семенах ячменя и риса. Во время прорастания семян зародыш растения производит гормон гиббереллин, который стимулирует клетки алеуронового слоя к высвобождению α-амилазы для гидролиза крахмала, протеаз и запасных белков в эндосперм. Получены данные о том, что G-белки играют роль в сигнальных путях гиббереллина. Расщепление крахмалистого эндосперма обеспечивает сахара для роста корней и акроспира. Этот выброс амилазы считается наиболее важной и единственной функцией алеуронного слоя. Этот эффект ингибируется растительным гормоном абсцизовой кислотой, которая поддерживает семя в состоянии покоя. После выполнения этой функции клетки алеуронового слоя в развивающемся семени подвергаются апоптозу. Эксперименты, проведенные в 1960-х годах, подтвердили, что для секреции алеуронным слоем ферментов, расщепляющих крахмал, необходимо присутствие зародыша. После удаления зародыша ферменты, расщепляющие крахмал, не выделялись и не происходило деградации крахмалистой ткани. Эффект гиббереллина на алеурон используется в пивоварении, в частности, при производстве ячменного солода, где обработка обеспечивает равномерное прорастание партии семян ячменя.