Цитокинины

Открытие цитокининов связано с обширными исследованиями по выращиванию каллуса, образовавшегося из изолированной ткани сердцевины стебля табака на питательной среде (Ф. Скуг и К. Миллер). Было показано, что клетки каллуса в стерильной культуре через определенный промежуток времени прекращают деление. Однако при добавлении к питательной среде производных ДНК, полу­чающихся после ее автоклавирования, деление клеток возобновляется. В 1955 г. было выделено активное начало, вызывающее деление клеток, — 6-фурфуриламинопурин, названное кинетином. 6-фурфуриламинопурин в растениях не встречается. Однако в растениях были найдены близкие химические соедине­ния, регулирующие процесс деления клеток,— цитокинины. Один из цитокининов, выделенный из кукурузы, был назван зеатином. Все известные ци­токинины — это производные пуриновых азотистых оснований, а именно аденина, в котором аминогруппа в шестом положении замещена различными радикалами.

Соединения цитокининового типа обнаруживаются в растениях не только в свободном состоянии, но и в составе некоторых тРНК. Богаты цитокининами клетки апикальных побегов и меристем корня. Цитокинины образуются глав­ным образом в корнях (О.Н. Кулаева) и пассивно в виде зеатинрибозида пере­двигаются в надземные органы по ксилеме. Цитокинины во многом определя­ют физиологическое влияние корневой системы на обмен веществ надземных органов (К. Мотес). Вместе с тем имеются данные об образовании цитокининов в семенах {зрелые зародыши) и развивающихся плодах. Нанесенные на лист син­тетические цитокинины передвигаются плохо.

Долгое время вопрос о синтезе цитокининов в растении оставался не ясным. Даже высказывались предположения, что цитокинины в растениях являются продуктом жизнедеятельности бактерий, которые живут на растениях (бакте­рии ризосферы). Открытия последних лет позволили установить, что цитоки­нины синтезируются в растениях. С помощью генной инженерии в 2001 г. из Arabidopsis thaliana был выделен ген, кодирующий ключевой фермент синтеза цитокининов — изопентенилтрансферазу и назван ipt-геном. Изопентенилтранс-фераза катализирует синтез зеатина и рибозидзеатина из изопентенилпирофос-фата. Фермент является нестабильным, что затрудняет его изучение. Поэтому исследования ведутся путем трансформации растений ipt- геном с использова­нием Т-ДНК Ti-плазмид. Изопентениловый остаток может образовываться из мевалоновой кислоты. Высказывается предположение, что цитокинины могут также образовываться при расщеплении тРНК. Содержание цитокининов оп­ределяется скоростью их синтеза и разложения. Распад цитокининов регулиру­ется ферментом цитокининоксидазой.

В литературе мало данных о влиянии условий среды на образование цитоки­нинов. Имеются сведения, что улучшение питания растений азотом усиливает образование цитокининов. Вместе с тем и для проявления действия цитокини­нов необходимо достаточное снабжение растения питательными веществами, особенно азотом.

Физиологические проявления действия цитокининов

Действие цитокининов, как и других фитогормонов, многофункционально. Ци­токинины в первую очередь оказывают влияние на деление клеток, хотя в не­которых случаях могут регулировать и их растяжение. Особенно ярко влияние цитокининов на процессы деления проявляется на культуре изолированных тканей. На листьях целого растения показано соответствие активности цитоки­нинов и скорости клеточных делений (А.Т. Мокроносов). Высказывается пред­положение, что цитокинины регулируют последнюю стадию деления, а именно цитокинез (деление самой клетки). Показано, что цитокинины стимулируют экс­прессию специфического циклина и ускоряют переход от фазы g₂ к митозу. Кро­ме того, они активируют рост растяжением изолированных листьев и семядолей у двудомных растений. Цитокинины также оказывают влияние на направление дифференциации клеток и тканей. Так, на стеблевом каллусе табака показано их участие в органообразовании.

Влияние цитокининов тесно связано с присутствием ауксинов. Взаимосвязь в действии этих фитогормонов проявляется по-разному. В некоторых случаях действие цитокининов требует определенной концентрации ауксинов. В других случаях проявляется антагонизм этих фитогормонов. Цитокинины способству­ют пробуждению и росту боковых почек. В опытах К. Тиманна обработка па­зушных почек растворами кинетина устраняла тормозящее влияние верхушечных почек, вызывая их рост. В этом случае цитокинины являются как бы антагони­стами ауксинов, которые задерживают рост боковых побегов (апикальное до­минирование).

Цитокинины задерживают старение листьев. Одним из показателей процес­са старения является разрушение хлорофилла. Так, если срезанные листья выдер­живать во влажной атмосфере, они постепенно желтеют. Анализы показывают, что в них происходит разрушение хлорофилла и белка. Обработанные цитокининами листья остаются в течение долгого времени зелеными. Цитокинины не только задерживают распад белка и хлорофилла, но и стимулируют синтез этих соединений (омолаживающее влияние). Показано усиление под действием ци­токининов синтеза хлоропластных белков, в т. ч. тех, которые кодируются гено­мом ядра. Нельзя не отметить, что такое же омолаживающее влияние на листья проявляется при их укоренении. Это является еще одним доказательством, что цитокинины вырабатываются в корнях.

Цитокинины оказывают влияние на ультраструктуру хлоропластов. Опыты показали, что обработка кинетином ускоряет дифференциацию пластид, об­разование в них мембран и фан. Цитокини­ны повышают содержание хлорофилла, ускоряя образование его предшественни­ка — протохлорофиллида. Под влиянием цитокининов усиливается интенсив­ность фотофосфорилирования, возрастает активность сопрягающего фактора (АТФ-синтаза) в хлоропластах, содержание АТФ увеличивается. Вместе с тем цитокинины активируют синтез ключевого фермента темновых реакций фотосинтеза — РБФ-карбоксилазы/оксигеназы. Интенсивность фотосинтеза у обработанных цитокинином ли­стьев возрастает. Возможно, отчасти повышению интенсивности фотосинтеза способствует усиление оттока ассимилятов, а также изменение степени откры­тости устьиц. Цитокинины, подобно ауксинам, усиливают передвижение веществ к обогащенным ими тканям (аттрагирующее влияние), Так, в опытах немецких физиологов К. Мотеса и Л. Энгельбрехт показано, что аминокислоты и угле­воды перетекают из необработанной половины листа к половине, которая обо­гащена кинетином. Это проявляется как на изолированных листьях, так и на интактных растениях. Имеются данные о стимуляции кинетином флоэмного транспорта. Усиливая поглощение калия замыкающими клетками устьиц, цитокинины способствуют их открыванию.

Цитокинины влияют на азотный обмен растений, стимулируя синтез белка-фермента нитратредукатазы. В ряде исследований отмечается, что обработка рас­тений цитокининами повышает устойчивость к различным неблагоприятным условиям среды. Подобно гиббереллинам, цитокинины способствуют выходу из покоящегося состояния спящих почек, семян, клубней. Как уже говорилось, цитокинины образуются в корнях и у клубненосных растений, передвигаясь акропетально, вызывают утолщение столонов и образование клубней.