Салициловая кислота

Предполагается, что в высших растениях существуют два возможных пути биосинтеза CK (рис. 9.11). В обоих случаях CK синтезируется из транс-коричной кислоты либо через о-кумаровую кислоту, либо через бензойную кислоту. По первому пути транс-коричная кислота вначале превращается в оксикоричную, а потом в СК. Такой путь образует связующее звено между патогенной индукцией фенилпропаноидного биосинтеза и SAR-сигнальной индукцией.
По другому пути транс-коричная кислота окисляется в бензойную, а затем гидроксилируется по орто-положению в СК. Конечным этапом синтеза второго пути является превращение бензойной кислоты в CK с помощью кислой бензоил 2-гидроксилазы с возможным участием цитохрома Р-450. Установлено, что активность кислой бензоил 2-гидроксилазы в инфицированных тканях возрастает примерно в 10 раз, и это возрастание блокируется ингибиторами белкового синтеза.

CK была давно известна в медицине как терапевтическое средство, но лишь недавно стало ясно, что она является активным ингредиентом и для синтезирующих ее растений. Из всех испытанных производных бензойной кислоты только СК, ее ацетильное производное (аспирин) и 2,6-дигидро-бензойная кислота были способны индуцировать в табаке устойчивость к вирусу некроза табака и PR-белки. Устойчивость к различным патогенам индуцируется не только у табака, но и у томатов, огурцов, картофеля, сои и некоторых других растений. Роль CK в устойчивости растений представляется достаточно сложной и противоречивой, она зависит от многих обстоятельств (концентрации СК, интервала между обработкой и инфицированием и других факторов), а иногда переходит в свою противоположность — в повышение восприимчивости к болезни. CK регулирует отложение полисахарадов каллозы в устьях плазмодесм и, тем самым, препятствует ближнему транспорту вирусов через плазмодесмы, т. е. отложение каллозы, наряду с СВЧ-реакцией, отграничивает зараженный симпласт от здорового.
CK хорошо соответствует требованиям к системным сигнальным молекулам: она легко распространяется по сосудам флоэмы, поскольку ее физические свойства близки к идеальным для дистанционного транспорта по ситовидным трубкам, системно возрастает в десятки раз под влиянием патогенов и способна индуцировать у растений некоторые защитные механизмы.
В растениях CK присутствует не только в свободной форме, но и в виде гликозидов, хотя по флоэме транспортируется только свободная форма. Предполагается, что гликозид-СК является неактивной запасающей формой, которая может быстро высвобождать CK на участке развивающейся инфекции. Чрезвычайно интересно, что CK накапливается в растительных тканях только в ответ на инфицирование, но не возрастает в механически пораненных тканях.
Наиболее убедительные доказательства участия CK в качестве сигнала SAR получены из опытов с трансгенным табаком, в геном которого встроен ген nahG из бактерии Pseudomonas putida, кодирующий синтез салицилат гидроксилазы. Этот фермент катализирует превращение CK в катехол, который не является SAR-индуктором. Растения, экспрессирующие ген nahG, не накапливают CK в ответ на инфекцию патогенами и не способны индуцировать SAR в ответ на вирусные, бактериальные или грибные инфекции.
Эти опыты прямо свидетельствуют об участии CK в SAR-сигнализации, но из них остается неясным, является ли CK дистанционным, продолжительным системным сигналом, передвигающимся по флоэме, или какие-то иные сигналы индуцируют ее синтез в отдалении от инфицированного листа. Ряд опытов показывают, что более вероятно последнее предположение.
В ряде опытов концентрации CK и кислой пероксидазы (как маркера SAR-гена в огурцах) были измерены в различных тканях огурца после удаления листа-индуктора, инокулированного Pseudomonas syringae. Оказалось, что удаление индукционного листа через 4—8 часов после инокуляции (перед накоплением СК), не предотвращало системной индукции CK и экспрессии генов SAR. Эти опыты свидетельствуют о наличии системных сигналов, отличных от СК. Такие же данные получены и в опытах с прививками. Сигнал SAR сохранялся у подвоя, несущего ген салицилат гидроксилазы (nahG), который был привит на зараженный локальной инфекцией подвой привой.
В 1991 г. Чен и Клессинг выделили из тканей табака белок, с которым связывается СК. Этот белок связывал только CK и ее аналоги, способные индуцировать устойчивость и экспрессию PR-генов. СК-связывающий белок оказался каталазой, активность которой блокировалась после связывания с СК. Отсюда возникло предположение, что в результате блокирования каталазной активности накапливается перекись водорода, которая либо сама по себе, либо через другие формы активного кислорода активирует экспрессию защитных генов, действуя как внутриклеточный мессенджер.
Вероятно, ингибирование каталазы перекрывает основной канал расходной части перекиси водорода, вызывая ее накопление. Это приводит не только к интоксикации патогена, но и к СВЧ, укреплению клеточных стенок в результате сшивок белков и углеводов, производимых при участии пероксидазы, образованию ингибиторов протеиназ и т. д.
Предполагается, что образующихся в клетке активных форм кислорода недостаточно, для того чтобы вызвать реакцию СВЧ. Как показано выше активные формы кислорода действуют синергически с оксидом азота. CK принимает активное участие в системе трансдукции, вызываемой активными формами кислорода и оксидом азота. На этом основании CK даже заслужила название «системного усилителя» этого каскада реакций.
Дальнейшие исследования показали, что CK способна связываться не только с каталазой, но и с некоторыми другими Fe-содержащими ферментами: аскорбатпероксидазой, аконитазой, липоксигеназой.
Еще один СК-связывающий белок найден в листьях табака. Он обратимо связывался с CK и имел к ней сродство в 150 раз более высокое, чем сродство к каталазе.
Интересные данные были получены при исследовании нового синтетического элиситора защитных реакций растений бензотиадиазола, который является функциональным аналогом СК. Так же как и СК, это вещество способно ингибировать каталазу и аскорбатпероксидазу и даже в большей степени, чем СК, индуцирует экспрессию защитных генов (генов кислых PR-1, PR-2 и PR-3).
С тех пор как было установлено участие CK в системной сигнальной индукции PR-белков и SAR, оптимистический настрой успел смениться чувством легкого разочарования.
1. Прежде всего, оказалось, что с помощью CK удается индуцировать SAR совсем не у всех растений, а иногда кратковременный период устойчивости сменяется восприимчивостью к болезни.
2. Эксперименты, проведенные с трансгенными растениями, однозначно показали, что CK не является единственной сигнальной молекулой SAR, однако ее присутствие необходимо как для передачи сигнала, так и для индуцирования устойчивости.
3. Новые надежды в понимании роли CK возникли, когда было обнаружено, что рецептором CK является каталаза, а накапливающаяся в результате блокирования каталазы перекись водорода индуцирует защитные реакции клеток. Однако оказалось, что CK связывает не только каталазу, но и некоторые другие Fe-содержащие ферменты. Связывать каталазу и, как следствие, индуцировать SAR и PR-белки кроме CK способны также 2,6-дихлоризоникотиновая кислота, бензо-тиадиазол и янтарная кислота.
CK обладает способностью связываться с каталазой лишь в некоторых видах растений или их органах.
Все вышесказанное отнюдь не отрицает участие CK в SAR и индуцировании защитных ответов, лишь ставит под сомнение универсальность ее действия. Возможно, что характер SAR может различаться у разных растений, находящихся в условиях различных стрессов. По прежнему очевидной остается активная роль CK в трансдукции сигнала от внешнего лиганда до экспрессии защитных ответов, хотя нельзя забывать, что параллельно с участием CK могут функционировать и иные пути трансдукции таких сигналов.