научная статья по теме ПИНОЦИТОЗ В КЛЕТКАХ КОРНЯ СОЛЕНАКАПЛИВАЮЩЕГО ГАЛОФИТА SUAEDA ALTISSIMA И ЕГО ВОЗМОЖНОЕ УЧАСТИЕ В ТРАНСПОРТЕ ИОНОВ CL- Биология

Текст научной статьи на тему «ПИНОЦИТОЗ В КЛЕТКАХ КОРНЯ СОЛЕНАКАПЛИВАЮЩЕГО ГАЛОФИТА SUAEDA ALTISSIMA И ЕГО ВОЗМОЖНОЕ УЧАСТИЕ В ТРАНСПОРТЕ ИОНОВ CL-»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 6, с. 892-901

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 581.1

ПИНОЦИТОЗ В КЛЕТКАХ КОРНЯ СОЛЕНАКАПЛИВАЮЩЕГО ГАЛОФИТА Suaeda altissima И ЕГО ВОЗМОЖНОЕ УЧАСТИЕ

В ТРАНСПОРТЕ ИОНОВ Cl© 2007 г. Ю. В. Балнокин*, Е. Б. Куркова*, Л. А. Халилова**, Н. А. Мясоедов*, А. Г. Юсуфов** *Институт физиологии растений, им. К. А. Тимирязева Российской академии наук, Москва **Кафедра физиологии растений Дагестанского государственного университета, Махачкала

Поступила в редакцию 18.12.2006 г.

Методом трансмиссионной электронной микроскопии исследовали ультраструктуру клеток корня соленакапливающего галофита Suaeda altissima (L.) Pall. Исследование проводили на растениях, выращенных в водной культуре при концентрациях NaCl в питательной среде 3, 50, 250 и 500 мМ, а также при резком повышении концентрации NaCl от 50 до 400 мМ (условия гиперосмотического солевого шока). Выращивание растений при высоких концентрациях NaCl индуцировало в клетках корней S. altissima формирование пиноцитозных структур типа 1. Они представляли собой пиноцитозные инвагинации (ПИ) двух мембран - плазмалеммы (ПМ) и тонопласта (Т). ПИ формировали свободно "плавающие" в вакуолях мультивезикулярные тела (МВТ), которые были ограничены двумя мембранами. ПИ и МВТ содержали везикулы - производные ПМ и мембраны эндосо-мального происхождения. Гиперосмотический солевой шок индуцировал формирование пиноцитозных структур типа 2 и типа 3. Структуры типа 2 представляли собой ПИ тонопласта, которые формировали в вакуолях МВТ. В отличие от МВТ типа 1, МВТ типа 2 были ограничены лишь одной мембраной - тонопластом. Структуры типа 3 представляли собой образуемые плазмалеммой везикулы, локализованные в периплазматическом пространстве. Электронно-цитохимический метод определения внутриклеточной локализации Cl-, основанный на образовании электронно-плотных гранул AgCl при обработке тканей азотнокислым серебром, показал, что пиноцитозные структуры всех описанных типов содержат ионы Cl-. Наличие Cl- в пиноцитозных структурах предполагает участие последних в транспорте Cl- между апопластом, цитоплазмой и вакуолью.

Ключевые слова: Suaeda altissima - соленакапливающий галофит - электронная микроскопия - пиноцитозные структуры - локализация Cl- - транспорт Cl-.

ВВЕДЕНИЕ

Формирование пиноцитозных структур наблюдалось в клетках многих растений [1-4]. В зависимости от направления движения везикул и переносимых ими веществ пинозитоз делят на эн-доцитоз и экзоцитоз. Согласно определению Robinson и Hillmer [2], эндоцитоз - это поглощение экстрацеллюлярных веществ клеткой путем инвагинации и последующей везикуляции плазма-леммы. Соответственно, экзоцитозом называется процесс, при котором вещества, содержащиеся в микровакуолях (везикулах) цитоплазмы, переСокращения: ЛВТ - ламеллярно-везикулярное тело; МВТ -мультивезикулярное тело; ПИ - пиноцитозная инвагинация; ПМ - плазмалемма; ПП - периплазматическое пространство; Т - тонопласт; ЭР - эндоплазматический рети-кулум.

Адрес для корреспонденции: Балнокин Юрий Владимирович. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Факс: 007 (495) 977-80-18; электронная почта: balnokin@ippras.ru

мещаются в экстрацеллюлярное пространство путем слияния этих везикул с плазмалеммой.

Имеются сведения о том, что процесс пиноци-тоза участвует в формировании свойства устойчивости растений к Трансгенные растения Ar-abidopsis thaliana со сверхэкспрессией AtRabG3 -гена, вовлеченного в регуляцию везикулярного транспорта, характеризовались более интенсивным эндоцитозом в клетках корня и листьев (а также в полученных из них протопластах), чем исходные растения. По сравнению с последними трансгенные растения накапливали соль в побегах до более высокого уровня, в меньшем количестве содержали активные формы кислорода и демонстрировали повышенную устойчивость к засолению и осмотическому шоку [5]. В цитируемой работе отсутствуют данные, указывающие на перенос ионов везикулами. Однако повышенный уровень в побегах трансгенных растений может указывать на прямое вовлечение везикул в транс-

порт этого иона из цитоплазмы в вакуоль в клетках A. thaliana.

Ранее в клетках мезофилла и водозапасающей ткани листьев Suaeda altissima и ряда других соле-накапливающих галофитов мы обнаружили пи-ноцитозные структуры [6, 7]. С помощью метода электронной цитохимии, который основан на обработке тканей ионами Ag+, образующих с Cl-электронно-плотный осадок AgCl, было показано, что пиноцитозные структуры заполнены ионами Cl-. Наличие хлористого натрия в питательной среде стимулировало образование этих структур. В отличие от описанных в литературе "классических" эндоцитозных структур, которые ограничены одной мембраной и являются везикулами, происходящими из плазмалеммы [3], обнаруженные нами образования представляли собой инвагинации сразу двух мембран - плазмалеммы и тонопласта. Было установлено, что такие инвагинации формировали мультивезикулярные тела в вакуолях. Похожие структуры были обнаружены ранее в клетках гипокотиля и стебля солена-капливающего галофита Salicornia europaea [8], в клетках листьев и корней фасоли, выращенной на питательном растворе, который содержал NaCl [8], а также в клетках каллуса сои, подсолнечника и сосны [9]. Полученные нами данные и имеющиеся в литературе сведения привели нас к представлению о том, что образующиеся в клетках листьев и ограниченные двумя мембранами пиноцитозные структуры у S. altissima осуществляют перенос Cl- из апопласта в вакуоли. Предполагалось, что ионы Cl- при этом попадают в вакуоли клеток листьев, минуя цитоплазмати-ческий компартмент [7].

В данной работе выяснялась возможность вовлечения везикулярного транспорта и тесно связанного с ним процесса пиноцитоза в перенос ионов Cl- между апопластом, цитоплазмой и вакуолью в клетках корней соленакапливающего галофита S. altissima. С целью выявления везикулярных и пиноцитозных структур исследовали клетки с помощью электронной микроскопии. Эксперименты проводили на растениях, находящихся в стационарных условиях (при постоянных концентрациях NaCl в среде культивирования) и в условиях гиперосмотического солевого шока (при резком увеличении наружной концентрации соли). Используя метод электронной цитохимии, исследовали локализацию ионов Cl- в клетках корней, уделяя основное внимание наличию Cl-в пиноцитозных структурах.

МЕТОДИКА

Растительный материал. Семена Suaeda altissima (L.) Pall. были собраны в естественном местообитании этих растений, в окрестностях поселка Соленое Займище Астраханской обл. Их прора-

щивали во влажном песке и на пятнадцатые сутки проростки высаживали в аэрируемый раствор Robinson и Downton [10], содержавший 3, 50, 250 или 500 мМ NaCl. Растения выращивали в оранжерее при естественном освещении с подсветкой натриевыми лампами высокого давления Reflux 250 в течение 12 ч в сутки и температуре 20-29°С. Освещенность на уровне верхних ярусов листьев составляла 25-33 клк, в зависимости от погодных условий и времени суток. В экспериментах использовали растения 45-50-дневного возраста.

Условия гиперосмотического шока создавали путем резкого повышения концентрации NaCl от 50 до 400 мМ.

Электронно-микроскопические исследования. Для электронно-микроскопического анализа брали сегменты боковых корней размером 1-2 мм на расстоянии 2-6 мм от кончика корня. Материал фиксировали в 3%-ном глутаровом альдегиде с последующей дофиксацией в 1%-ном OsO4. Фиксирующие растворы готовили на 0.05 М ка-кодилатном буфере, pH 7.0, с добавлением NaCl в таких концентрациях, чтобы фиксирующие растворы были изотоничны средам, использовавшимся для выращивания растений. Для электронно-микроскопического анализа растений, испытавших гиперосмотический солевой шок, в фиксирующие растворы добавляли NaCl с таким расчетом, чтобы они были изотоничны шоковой среде. Фиксированный и обезвоженный материал заливали эпоксидной смолой эпон. После полимеризации эпона получали срезы на ультрамикротоме фирмы "Reichert" (Австрия). Срезы на сеточках контрастировали спиртовым раствором уранилацетата и цитратом свинца. Контрастиро-ванные срезы просматривали в электронном микроскопе GEM1-00X (Япония).

Для выявления мест локализации ионов Cl-в клетках применяли метод электронно-микроскопической цитохимии [11], основанный на связывании Cl- ионами Ag+ с образованием в клетках электронно-плотных гранул AgCl. Для этого использовали нитрат серебра, который вносили в фиксирующий раствор вместе с OsO4 в концентрации 1%. В этом случае срезы просматривали без дополнительного контрастирования.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Пиноцитозные структуры в клетках эпидермиса и коры корня

Электронно-микроскопическое исследование ультраструктуры клеток выявило в эпидермисе и коре корня S. altissima пиноцитозные структуры нескольких типов.

Тип 1. В клетках корней растений, выращивавшихся при относительно высоких концентрациях NaCl в среде (250 и 500 мМ) и при условии, что

концентрация в среде поддерживалась на

постоянном уровне, часто встречались структуры, подобные тем, которые мы раньше наблюдали в клетках мезофилла и водозапасающей ткани листьев [6, 7]. Они были окружены двумя мембранами и имели округлую или овальную форму (рис. 1). Процесс формирования таких структур можно представить себе, наблюдая их на разных стадиях. В месте образования пиноцитозной инвагинации (ПИ) цитоплазма под давлением пиноцитозного пузырька раздвигается в стороны. Ограничивающие цитоплазму мембраны, плазмалемма (ПМ) и тоно-пласт (Т) в этом месте сближаются и впячиваются в центральную вакуоль (рис. 1а, 16). По достижении определенного размера ПИ отделяются от плазмалеммы и тонопласта, образуя замкнутые структуры внутри центральной вакуоли (рис. 1в). Наружная мембрана таких структур является производной тонопласта, а внутренняя - плазмалеммы. В процессе "роста" ПИ по краям раздвинувшейся цитоплазмы происходит отшнуровывание везикул плазмалеммы, заполненных цитоплазма-тическим материалом (рис. 1а). После отделения ПИ от плазмалеммы и тонопласта эти везикулы оказываются внутри образовавшегося мультиве-зикулярного тела (МВТ) (рис. 1в

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком