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].

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.