Пути трансдукции сигналов при регулирующем воздействии нейротрансмиттеров на транспорт воды и водонагнетающую деятельность корня

Ранее в лаборатории руководителя проекта обнаружено стимулирующее влияние нейротрансмиттеров - ацетилхолина, адреналина, норадреналина, серотонина на нагнетание корнем воды в надземную часть растения (экссудацию). Подобное воздействие нейротрансмиттеров оказалось цитоскелет-зависимым, т.к. в присутствии дезинтеграторов микрофиламентов и микротрубочек оно не только полностью снималось, но экссудация тормозилась в такой же степени, как будто в инкубационной среде присутствовали только одни ингибиторы белков цитоскелета, а никаких нейротрансмиттеров вовсе не было. Это делало вероятным нацеленность воздействия нейротрансмиттеров при стимуляции ими водонагнетающей деятельности корня именно на компоненты цитоскелета. Последние, судя по ранее полученным в лаборатории данным, принимают непосредстваенное участие в регуляции транспорта воды в растении, выполняя, по-видимому, функции сфинктеров водных каналов (периодическое открывание/закрывание).Тем самым генерируется короткопериодная автоволновая динамика транспорта воды, а сам транспорт приобретает пульсирующий характер. Нейротрансмиттеры усиливают как интенсивность, так и пульсирующий характер водонагнетающей деятельности корня: амплитуда автоколебаний экссудации увеличивается, а их период уменьшается. Вместе с тем полученные данные делают вероятным, что действие нейротрансмиттеров на компоненты цитоскелета в процессе стимулированния водного тока может быть как более или менее непосредственным, так и связанным с участием различных интермедиатов. Например, адреналин действует и на микрофиламенты, и на микротрубочки относительно непосредственно, ацетилхолин, напротив, только опосредованно, тогда как норадреналин взаимодействует с микрофиламентами относительно непосредственно, а с микротрубочками - через цепь вторичных мессенджеров. Однако конкретные пути трансдукции сигналов пока остаются неизвестными. Проектом предусматривается выяснение роли унифицированных звеньев сигнальных систем - G-белков, протеинкиназ и протеинфосфотаз при трансдукции сигналов, связанных с вызываемой нейротрансмиттерами стимуляцией транспорта воды в корне и нагнетания ее в надземную часть растения.

В опытах c отделенными корнями этиолированных проростков кукурузы (Zea mays L.) нейротрансмиттеры адреналин и норадреналин стимулировали экссудацию за счет увеличения метаболической (неосмотической) составляющей корневого давления. Одновременно осмотическое давление экссудата несколько снижалось, а температурный коэффициент (Q10) интенсивности экссудации, напротив, возрастал. Это согласуется с увеличением как абсолютной величины метаболической составляющей, так и ее доли в суммарном корневом давлении. С целью выяснения путей трансдукции соответствующих сигналов применены стауроспорин (ингибитор протеинкиназ) и окадаевая кислота (ингибитор протеинфосфатаз). У корней контрольного варианта стауроспорин существенно замедлял, а окадаевая кислота, напротив, ускоряла экссудацию. Это может свидетельствовать об участии протеинкиназ и протеинфосфатаз в регуляции водонагнетающей деятельности корня в норме. В присутствии стауроспорина стимулирующий эффект адреналина и норадреналина не только полностью нивелировался, но интенсивность экссудации становилась ниже, чем у контрольного варианта. Окадаевая кислота оказывала прямо противоположное действие - она заметно усиливала стимулирующий эффект обоих нейротрансмиттеров. Таким образом, полученные данные делают вероятным участие протеинкиназ и протеинфосфатаз в трансдукции индуцируемых как адреналином, так норадреналином сигналов, стимулирующих водонагнетающую деятельность корня.