Сигнальный хаб клеток растений с участием активных форм кислорода и ионов кальция

86-е Тимирязевское чтение, Доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси Вадим Викторович Демидчик

Вадим Викторович Демидчик
доктор биологических наук,
профессор, член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси

Высшие растения и многие водоросли успешно эволюционировали как «стационарные» биосистемы, ведущие прикрепленный образ жизни и выживающие за счет своевременной адаптации к изменяющимся условиям существования. Они способны, как и животные, воспринимать и обрабатывать информацию об окружающем мире, факторах питания и повреждающих воздействиях, хотя и не обладают специализированными органами чувств и нервной системой. Сложная многоуровневая машинерия клеточной сигнализации растений позволяет принимать, кодировать и транслировать внутрь клетки практически любые внешние физико-химические сигналы, регулируя активность генов и белков. Растения постоянно модифицируют свой метаболизм и оптимизируют фенотип, чтобы наилучшим образом отвечать на изменяющиеся условия окружения, включая в том числе «акты агрессии» со стороны патогенных организмов и дестабилизирующие воздействия абиотических стресс-факторов. Будучи многоклеточными организмами, растения также обладают грандиозным комплексом внутренних химических регуляторов, которые управляют координированным ростом и развитием миллионов клеток, обеспечивая формирование тканей и органов. В последние десятилетия в физиологии растений сложилась парадигма, согласно которой практически любой регуляторный или стрессовый сигнал, задействуют у растений системы кальциевой и редокс-сигнализации, т.е. временное повышение уровня цитоплазматической активности ионов кальция ([Ca2+]цит.) и генерацию активных форм кислорода (АФК). Стало практически общепризнанным, что [Ca2+]цит. и АФК являются важнейшими вторичными посредниками растительной клетки, которые кодируют информацию о первичных посредниках (экзо- и эндогенных стимулах) в виде так-называемых кальциевых и редокс-сигналов или «Са2+- и АФК-волн». Показано, что [Ca2+]цит. и АФК совместно регулируют важнейшие физиологические процессы, находясь в центре сигнальной сети клетки. Предположительно, они функционируют в тесной взаимосвязи и формируют своего рода центральный «сигнально-регуляторный хаб» клетки растения – центр кодирования, амплификации и трансдукции внешних и внутренних стимулов.

В лекции будут рассмотрены механизмы генерации Са2+- и АФК-сигналов и их взаимодействия в клетках растений, обобщены знания о кодировании информации при помощи Са2+ и АФК. Будут раскрыты детали строения и функционирования систем, обеспечивающих пассивный вход Са2+ в цитоплазму и его выкачивание из данного компартмента, а также АФК-продуцирующих НАДФН-оксидаз и других редокс-систем, участвующих в работе сигнального «АФК/Са2+-хаба». Будут освещены особенности рецепторной активации и регуляции данных систем, их роли в нормальной и стрессовой физиологии. Также будут затронуты аспекты практического применения знаний об АФК/Са2+-хабе, как инструменте контроля стрессовых ответов, роста, развития и продуктивности растений.