Вполне возможно, что и в нашем случае какие-то компоненты, выделяемые слюнными железами насекомого, индуцировали специфическую экспрессию одного из множества изоферментов ГМГР, который катализировал образование мевалоновой кислоты, служащей источником углерода при биосинтезе стероидной группы гликоалкалоидов, что способствовало повышению содержания последних в клетке. При этом надо полагать, что у растений в этой цепочке должен присутствовать как минимум еще один «фактор», осуществляющий информационную связь между поврежденными и интактными тканями. Распространение этого «фактора» должно осуществляться посредством как ближнего (внутри листа), так и дальнего транспорта (между отдельными листьями), так как только это могло быть причиной почти синхронного увеличения содержания гликоалкалоидов как в поврежденных, так и в интактных листьях, расположенных на том же поврежденном растении (контроль 1).
При анализе качественного состава и электрофоретических спектров белков из листьев интактных и поврежденных растений картофеля нами установлено, что у всех образцов, характеризовавшихся увеличением содержания гликоалкалоидов в ответ на повреждение, уже через 1 сут после начала эксперимента появлялась новая фракция белков, молекулярная масса которых составляла около 93 кД (рис. 3). Такое сходство молекулярной массы вновь образованного белка у всех исследованых образцов картофеля, в том числе и дикорастущих видов, позволяет сделать предположение о структурной гомологии этого белка и, возможно, общем характере механизма формирования устойчивости, по крайней мере, для представителей рода Solanum.
Рис. 3. Электрофореграмма денатурированных белков из листьев растений различных видов и сортов картофеля при повреждении колорадским жуком (10 % ПААГ, 0,1 % додецилсульфата натрия): 1 -- Solanum andigenum ssp. argentinicun; 2 -- S. andigenum ssp. colombianum; 3 -- S. commersonii; 4 -- S. demissum; 5 -- S. goniocalyx; 6 -- S. spegazzini; 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 14 -- S. tuberosum соответственно сорта Вятка, Елизавета, Жуковский, Зарево, Луговской, Невский, Петербургский и Темп; М -- маркер молекулярной массы, К -- контроль (интактные растения), 1 и 3 -- повреждающее воздействие в течение соответственно 1 и 3 сут.
Сопоставив данные об изменении содержания гликоалкалоидов и качественного состава белков, можно предположить, что белком, синтезированным de novo в листьях поврежденных растений, как раз и является ГМГР, лимитирующая синтез гликоалкалоидов на стадии образования мевалоновой кислоты. Еще одним косвенным подтверждением этого предположения является сообщение Choi с соавт. о дифференциальной активации двух картированных ГМГР-генов (hmg-1 и hmg-2) S. tuberosum в зависимости от внешних условий, причем повреждение растения индуцировало образование только hmg-1-транскриптов (15). Длина hmg-1-тран-скрипта, по данным тех же авторов, составляет приблизительно 2,5 тыс. пар нуклеотидов. Нетрудно подсчитать, что молекулярная масса белкового продукта, синтезируемого на мРНК такой длины, должна составлять как раз около 90 кД.
Далее у всех без исключения экспериментальных образцов картофеля отмечено образование одного-двух, а чаще сразу нескольких низкомолекулярных белков -- от 15 до 24 кД. В целом белки этой группы отличались от белка с молекулярной массой 93 кД значительно бульшим разнообразием, но вместе с тем у них наблюдается определенная видоспецифичность. У отдельных сортов S. tuberosum белки с молекулярной массой 15-24 кД были более или менее однородными (см. рис. 3). Вполне возможно, что эти белки являются оксипролин- и пролинбогатыми гликопротеинами (ПБГП), физиологическая роль которых до конца еще не выяснена. Предполагают, что ПБГП представляют собой, с одной стороны, специфические агглютинины, синтезируемые в ответ на чужеродный белок, а с другой -- являются компонентами клеточных мембран, принимающих участие в регуляции проницаемости и хеморецепции клеток (16).
Таким образом, повреждение растений картофеля (род Solanum) колорадским жуком индуцирует синтез гликоалкалоидов и вызывает прогрессирующее увеличение их концентрации во всех листьях; механическое повреждение листьев не отражается на содержании гликоалкалоидов. Показано, что содержание адреналина у колорадского жука тесно коррелирует с содержанием гликоалкалоидов в поврежденных листьях. У всех исследованных образцов картофеля, которые характеризовались высоким содержанием гликоалкалоидов в листьях при повреждении растений колорадским жуком, происходит образование de novo высокомолекулярного белка (93 кД), а также целого ряда низкомолекулярных белков (15-24 кД). По нашему мнению, выделение гликоалкалоидов в листьях и кожуре клубней поврежденных колорадским жуком растений картофеля служит одним из факторов системной индуцированной устойчивости последних к листогрызущим насекомым, специфическим в отношении характера наносимого повреждения. Содержание гликоалкалоидов в листьях картофеля, а также содержание адреналина у имаго колорадского жука, заселяющего последние, могут служить критерием оценки устойчивости образцов различных видов и сортов картофеля к листогрызущим насекомым.
Литература
К е ф е л и В.И. Природные ингибиторы роста. Физиол. раст., 1997, 44, 3: 471-480.
П а с е ш н и ч е н к о В.А. Регуляция терпеноидного биосинтеза в растениях и его связь с биосинтезом фенольных соединений. Физиол. раст., 1995, 42, 5: 787-804.
В и л к о в а Н.А., Г у с е в а Н.Н. Проблемы иммунитета растений к вредителям и болезням. Вест. РАСХН, 1994, 6: 11-13.
B u s h w a y R.J., S a v a g e S.A., F e r g u s o n B.S. Inhibition of acetyl cholinesterase by solanaceous glycoalkaloids and alkaloids. Amer. Potato J., 1987, 64, 8: 409-413.
R o d d i c k J.G., R i j n e n b e r g A.L., O s m a n S.F. Synergistic interaction between potato glycoalkaloids б-solanine and б-chaconine in relation to destabilisation of cell membranes: ecological implication. J. Chem. Ecol., 1988, 14, 3: 889-902.
С в и д е р с к и й В.А. Основы нейрофизиологии насекомых. М., 1986.
Ф а с у л а т и С.Р. Анализ структуры популяций колорадского жука и его значение для разработки зональных систем защиты картофеля. Бюл. ВИЗР. СПб, 1987, 63: 38-43.
Р о н и н Б.С., С т а р о б и н е ц Г.М. Руководство к практическим занятиям по методикам клинических лабораторных исследований. М., 1989.
Методические рекомендации по изучению и оценке форм картофеля на устойчивость к колорадскому жуку /Под ред. Н.А. Вилковой. М., 1993.
Т у к а л о Е.А., Ц а р и к Г.Н. Ускоренный метод количественного определения гликоалкалоидов картофеля. Науч. докл. высшей школы (сер. Биологические науки), 1970, 12: 115-117.
L a e m m l i U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of the bacteriophage T4. Nature, 1970, 227, 5259: 680-685.
H a m m e r l i n A., B a c h T.J. Farnesol-induced cell death and stimulation of 3-hydroxy-3-methylglutaril-coenzyme A reductase activity in tobacco cv Bright Yellow-2 cells 1,2. Plant Physiol., 2000, 123, 8: 1257-1268.
L a n g e M.B., S e v e r i n K., B e c h t h o l d A. e.a. Regulatory role of microsomal 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase for shikonin biosynthesis in Lithospermum erythrorhizon cell suspension cultures. Planta, 1998, 204, 2: 234-241.
Y a n g Z., P a r k H., L a c y G.H. e.a. Differential activation of potato 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase genes by wounding and pathogen challenge. Plant Cell, 1991, 3, 8: 397-405.
C h o i D., B o s t o c k R., A v d i u s h k o S. e.a. Lipid-derived signals that discriminate wound- and pathogen-responsive isoprenoid pathways in plants: Methyl jasmonate and the fungal elisitor arachidonic acid induce different 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase genes and antimicrobial isoprenoids in Solanum tuberosum L. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1994, 91, 3: 2329-2333.
Л о м о в а Л.А. Исследование экспрессии генов защитных белков в клубнях картофеля при ответе на стресс и после обработки индукторами устойчивости. Автореф. канд. дис. Новосибирск, 1995.