Гиббереллин: действие, плюсы и минусы, для чего подходит, как правильно применять

Гиббереллин – собирательное название обширной (136 веществ на сегодня) группы фитогормонов – стимуляторов роста дитерпеновой природы. Обнаружил гиббереллины в патогенном грибке риса Gibberella fujikuroi Sow Е. Куросава в 1926 г; в чистом виде первый гиббреллин выделил Т. Ябута в 1935 г. В химической прикладной номенклатуре гиббереллины обозначаются ГКn на кириллице и GAn на латинице. ГК и GA от Гибберелловая Кислота и Gibberellic Acid, т.к. почти все гиббреллины – кислоты. n – номер в порядке открытия. В агротехнике применяются (в порядке убывания силы действия) ГК1, ГК3, ГК4, ГК5 и ГК6. Остальные гиббереллины либо их предшественники в растениях, грибах и бактериях, либо продукты распада.

Примечание: в некоторых популярных источниках гиббереллины обзываются ГА. То ли из преклонения перед латиницей, то ли, чтобы читатель перепутал с гетероауксином. То или другое неверно до глупости.

Свойства и применение гиббереллинов

Гиббереллины влияют на морфогенез растений совместно с ауксинами, но, в отличие от последних, концентрируются в быстро растущих органах: созревающих семенах и плодах, гипокотиле, проростках, семядольных и разворачивающихся настоящих листьях. Образно говоря, если ауксины для растений гормоны бодрости, то гиббреллины – гормоны молодости. Антагонистами (подавляющими действие) гиббереллинов являются цитокинины и абсцизовая кислота АБК. По соотношению активности и доступности (цены) для частных хозяйств наиболее эффективный стимулятор роста из гиббереллинов – гибберелловая кислота ГК3 (слева внизу, и в центре на рис.). Продажные препараты гиббереллина для целей садоводства и виноградарства (справа на рис.) представляют собой смеси разных ГК. Торговые марки – Бутон, Завязь, Гибберсиб, Гибберсиб У, Гиббор-М, Гибберросс, Цветень и др. Количество действующего вещества указывается приведенным к чистой ГК3. Зависимости действия на растения от соотношения компонент не замечено, если выдерживается правильная дозировка относительно ГК3. Исключение – использование гиббереллина в цветоводстве, см. далее.

Структурная формула, действие на растения, внешний вид и продажная форма гибберелловой кислоты

Уменьшения опадения завязей и, как следствие, увеличение урожайности.
Увеличение крупности и сахаристости плодов, т.е. улучшение их товарных качеств.
Замедление созревания плодов и удлинение срока сбора урожая. Это важно для товарных хозяйств, т.к. позволяет «проскочить» с наименьшими потерями дохода обвал цен вследствие залпового выброса на рынок продукции в пик плодоношения.
Увеличение лежкости плодов и старения их на хранении.
Ускорение зацветания, удлинение цветения и укрупнение цветков цветочных культур.
Наращивание зеленой массы зеленных культур без ухудшения ее потребительских качеств.
Вытягивание карликовых растений путем опрыскивания молодых 2-3 раза в сезон раствором 100 мг/л (см. далее). Если, допустим, саженец в молодом саду отстает в росте от остальных деревьев, его можно подтянуть гиббереллином. Но если взять на вырост семя или подвой от такого дерева, карликовость снова проявится, т.к. не геном растения гиббереллин не влияет.

Достоинства и недостатки

Главное достоинство гиббереллина – сильное действие без постэффектов. Если гетероауксин нельзя применять систематически, то гиббереллин можно и нужно. Помимо этого, обработка гиббереллином возможна опрыскиванием, тоже в отличие от гетероауксина. Но не поливом, т.к. через корни гиббереллин не действует, также в отличие от гетероауксина. Кроме того, ГК3 – вещество 5 класса опасности, т.е. не опасное, хотя СИЗ при работе с гиббереллином использовать все-таки желательно, как и с любым не съедобным веществом. Гипсовая штукатурка тоже 5 класса, но кто же стены мажет голыми руками с открытым лицом? И еще важно, что накопления гиббереллина в растениях не отмечено. Его избыток в пределах допустимого распадается за 18-24 час, а большая передозировка портит растения до полной несъедобности или губит их.

Эффективен для высоких агроформ в благоприятных условиях при правильной агротехнике, т.е. требует грамотного ведения хозяйства достаточно опытным растениеводом;
Крайне специфичен не только для групп и видов, но и отдельных сортов культур, см. далее. Попросту – отзывчивость растений на гиббереллин выражена очень резко и сильно зависит от условий их культивирования;
В силу высокой активности требует очень точной дозировки и особых способов приготовления рабочего раствора, см. ниже;
Экономически наиболее эффективен при «точечной» (узконаправленной) достаточно трудоемкой ручной обработке отдельных органов растений;
Активен на свету, что затрудняет выбор времени обработки опрыскиванием;
При обработке генеративных органов усиливает мужскую сексуализацию растения, т.е. цветы плодовых культур нужно обрабатывать вручную выборочно.

Опрыскивание

Опрыскивание раствором гиббереллина проводится также направленно из малого ручного опрыскивателя (с нажимной помпой), дающего туманную струю. Техника обычная: до пленки мороси на обрабатываемом органе; появление стекающих капель недопустимо. Опрыскивание нужно проводить с утра, как только спадет роса, или в теплый день с легкой облачностью днем. Наружная температура должна быть в пределах, благоприятных для фотосинтеза, т.е. 15-26 градусов.

Примечание: прочие процедуры обработки растений гиббереллином будут описаны далее по ходу изложения, т.к. единых регламентов его применения для более-менее широких групп культур нет.

Подготовка

Использование гиббереллина требует полной гомогенности (однородности) очень слабого рабочего раствора, поэтому непосредственно в воде его не растворяют, а готовят предварительно маточный спиртовой раствор. Инструкция по подготовке гиббереллина к использованию такова:

Запасаются дистиллированной, дождевой отстоянной и профильрованной или мягкой водопроводной водой, до 8 немецких градусов жесткости. Применять умягчители воды нельзя!
Берут 96% этиловый спирт (можно технический сульфатированный) в количестве (мл), равном числу мг препарата в упаковке, деленному на 10, или, если вес указан в г, умноженному на 10. Напр., для упаковки на 300 мг нужно 30 мл спирта, а для 1-граммовой – 100 мл;
Препарат гиббереллина растворяют в спирте, получается маточный раствор. Хранить гиббереллин во вскрытой фабричной упаковке нельзя. Маточный раствор хранится до полугода в стеклянном флаконе с двойной пробкой из полиэтилена (как на аптечных пузырьках) в темном прохладном месте, напр. в овощном отделении холодильника;
Перед использованием вычисляют количество воды, необходимое для получения рабочего раствора нужной концентрации. Обычно ее дают в мг/л или ppm (parts per million, частей на миллион). Если по регламенту для данного сорта указано, напр. 50 мг/л или 50 ppm, а в 30-мл флаконе маточного раствора препарата 300 мг, то на весь флакон нужно 300 мл/50 мл/л = 6 л воды, а на 1 л рабочего раствора 30 мл/6 л = 5 мл из пузырька;
Вливают маточный раствор или отмеренную его порцию в воду, перемешивают и немедленно используют.

ГЛ

Приобретают медицинский лейкопластырь от 1х2 см до 5х10 см в зависимости от количества кистей, подлежащих обработке, см. далее;
Приобретают также препарат гиббереллина из расчета 10 мг на 1 кв. см пластыря для 10% ГЛ или 20 мг на 1 кв. см для 20% ГЛ;
Растворяют гиббереллин в спирте в расчете 20 мл спирта на 1 г препарата;
В раствор препарата вводят сахарозу или свекловичный сахар-рафинад в количестве, равном таковому препарата, т.е. 1 г сахарозы на 1 г гиббереллина. Сахароза является связующим и переносчиком препарата в растение;
По растворении сахарозы полученной массой равномерно покрывают всю липкую сторону заготовленного пластыря.

Примечание: медицинский ЛП закупают на виноградник в расчете, что на одну гребненожку кисти требуется полоска ГЛ от 1х1,5 до 1х2 см, смотря по крупности кистей данного сорта. Препарат закупают исходя из полученной площади ГЛ и желательной его концентрации, см. ниже.

Применение гиббереллина для винограда

Из съедобных культур наиболее отзывчив на гиббереллин виноград. В зависимости от методики применения, гиббереллин на винограде позволяет:

Повысить урожайность до 160-230% (!) от базовой без истощения растений и ухудшения потребительских качеств продукции.
Получать с лоз одного сорта большие плотные грозди с крупными ягодами (высокотоварные) для немедленной продажи или, наоборот, выдвинутые (вытянутые) рыхлые для сушки на изюм.
В благоприятные годы на кустах сортов с семенами получать кисти с большим количеством партенокарпических (бессемянных или малосемянных) ягод, т.е. опять-таки высокотоварных.

Примечание: кишмишный виноград сушат на изюм кистями. Плотная кисть при сушке может загнить.

Однако применение гиббереллина для винограда нужно проводить прежде всего с учетом общих его особенностей:

Гиббереллин для винограда эффективен в благоприятные годы. В неурожайные вместо прироста получите горошение.
Однозначно хорошо гиббереллин зарекомендовал себя для кишмишных сортов.
Семенные сорта отзываются на гибереллин только в благоприятные годы и районированные на данную местность, т.е. приспособленные к ее климатическим условиям. Сорта, выращиваемые в данном месте на грани их выносливости, обрабатывать гиббереллином бесполезно.
Изолировать кисти семенных сортов, обрабатываемых гиббереллином, от опыления нельзя, усохнут.
Срок первой обработки семенных сортов критичен – 50% цветения плюс-минус 1-2 дня. Раньше – получите горошение; позже – сильное опадение завязей.
Обрабатывать гиббереллином винные и коньячные сорта (саперави, рислинг, ркацители, каберне, шардоне и др.) недопустимо, противная кислятина выходит.
Гиббереллин абсолютно неэффективен для винограда избелла и производных от него сортов. Биологически виноград изабелла и столовый/винный виноград – разные виды.

Примечание: регламенты использования и дозировки гиббереллина для винограда отличаются также для диплоидных и полиплоидных, европейских и американских сортов, см. далее.

Способы

Опрыскиванием соцветий – для ленивых. Наименее эффективен, зависит от погоды, большая потеря препарата, нестабильный эффект.
Обмакиванием соцветий в рабочий раствор – традиционный. Эффект хороший, зависимость от погоды слабая. Но раствора много теряется зря, обмакивать большие кисти неудобно, а иногда и невозможно (если гребненожки короткие).
Наложением ГЛ на гребненожку – оптимальный для виноградаря-хозяина способ.
Контактный – инъекцией 2% раствора ГК3 не хуже 90% чистоты в гребненожку. Потери препарата исключены, но трудоемок и требует высокой профессиональной подготовки.

Сравнительные результаты применения этих способов для Белградского бессемянного даны в табл. на рис. Для других кишмишных сортов результаты сходны. Оттуда же видно, что с помощью ГЛ большей или меньшей концентрации можно регулировать крупность ягод и рыхлость кисти.

Результаты применения гиббереллина для винограда Белградский бессемянный

Примечание: семенные сорта обрабатывают гиббереллином опрыскиванием и обмакиванием по дозе 25 мг/л. При успехе на след. год можно переходить на 50 мг/л. ГЛ это ограничение не касается.

Стратегии обработки

Существуют по крайней мере 2 стратегии обработки винограда гиббереллином: европейская и японо-китайская. Первая оправдывает себя в субтропическом и умеренном климате от морского до континентального (Средняя Азия, юг Сибири); вторая – в муссонном (у нас – в Приморье) и в тропиках. По евростатегии обработку проводят на 50% цветении (в цветение) и на стадии формирования завязей (на постоплодотворение); по «муссонной» – за неделю до цветения и спустя неделю после него. При условии, разумеется, что сорт районирован для данной местности. Пришлые сорта нужно обрабатывать по стратегии места селекции. Все это касается сортов бессемянных или с функционально женским типом цветка (ФЖЦ). Сорта с обоеполыми цветками обрабатывают на крупные мясистые ягоды однократно, спустя 1-2 недели после пика цветения.

Прочие особенности

Указанные выше дозировки действенны для диплоидных сортов. Столовые сладчайшие, с крупными ягодами полиплоиды нужно обрабатывать по той же стратегии, но половинными дозировками (12,5-25 мг/л). Американские сорта обрабатываются гиббереллином 3-мя способами, причем его влияние на урожайность и товарность продукции выражено меньше, чем для евроазиатских, см. рис.:

Результаты обработки гиббереллином американских сортов винограда

Опыт любителей

Ввиду высокой специфичности действия гиббереллина и резких колебаний отзывчивости на него, полезно будет также ознакомиться с опытом использования гиббереллина на винограде любителями средних широт, т. наз. бореального пояса, см. видео:

Чим обприскати троянди, щоб вони не хворіли і пишно квітнули: знадобляться два аптечні засоби

Троянди — улюблена квітка багатьох дачників. Ця рослина служить окрасою будь-якого саду та двору. Щоб квіти радували пишнотою і були здоровими, важливо правильно їх удобрювати.

Як підживлення для троянд підійде саморобний розчин із двох аптечних продуктів. Про це пише видання “Вона”.

Часта недуга у троянд — марсонін, більш відома як чорна плямистість. Грибок може виникнути з різних причин, включаючи нестачу харчування або несприятливі погодні умови. “Вилікувати” рослину в такому разі непросто, тому краще приділити час профілактиці.

Завдяки саморобному добриву троянди не хворітимуть. Крім того, підживлення сприяє пишному цвітінню. Проводити обприскування можна як з метою запобігання чорній плямистості, так і безпосередньо для усунення хвороби.

Чим удобрювати троянди

Як виготовити підживлення для троянд своїми руками? Вам знадобляться 2% розчин саліцилової кислоти й аміак. У поєднанні ці два аптечні засоби зміцнять імунітет квітів. Необхідно розчинити в 0,5 л теплої води 100 мл саліцилової кислоти та 40-50 мл аміаку. Потім вилийте розчин у відро води: добриво готове.

Як обприскувати троянди саморобним добривом? Наносьте рідину рівномірно, не пропускайте жодного листочка. Регулярність обробки: щотижня.

Раніше “Телеграф” розповідав, чому троянди можуть не квітнути. Є кілька поширених помилок садівників.

Гиббереллины

Гиббереллины — группа фитогормонов дитерпеновой природы, которые выполняют в растениях разнообразные функции, связанные с контролем удлинения гипокотиля, прорастания семян, зацветания и т. д. В контроле большинства морфогенетических процессов гиббереллины действуют в одном направлении с ауксинами и являются антагонистами цитокининов и абсцизовой кислоты.

Химическая структура и классификация

Наиболее распространенными активными гиббереллинами являются GA1, GA3, GA4 и GA7, более слабой активностью обладают GA5 и GA6, которые тем не менее играют ключевую роль в гиббереллин-зависимой индукции цветения у однодольных. Среди прочих гиббереллинов большинство являются предшественниками в биосинтезе активных гиббереллинов либо продуктами их инактивации.

В отличие от ауксинов, критерием отнесения вещества к группе гиббереллинов является скорее соответствие определенной химической структуре, нежели наличие биологической активности. У растений, грибов и бактерий найдено 136 различных, близких по строению, веществ, относимых к группе гиббереллинов. Таким образом, гиббереллины — самый обширный класс фитогормонов. Гиббереллины представляют собой производные энт-гиббереллана и являются дитерпеноидами, однако предшественником биосинтеза служит энт-каурен. Гиббереллины могут иметь тетра- или пентациклическую структуру (дополнительное пятичленное лактонное кольцо) и соответственно содержат 20 (C₂₀-гиббереллины, например ГК₁₂) или 19 (C₁₉-гиббереллины) атомов углерода. Большинство гиббереллинов — кислоты и поэтому принято обозначение ГК (гибберелловая кислота) с индексом, означающим порядок открытия, например ГК₁, ГК₃. Индекс никаким образом не отражает близость химической структуры или положения в метаболических путях. Несмотря на многообразие гиббереллинов, значительной биологической активностью обладает несколько соединений (ГК₄, ГК₁, ГК₇, ГК₃), остальные являются предшественниками биосинтеза или неактивными формами. В экспериментальной работе наиболее часто используется ГК₃. Гиббереллины неустойчивы и быстро разрушаются в кислой или щелочной среде.

История открытия

Гиббереллины открыты японским учёным Е. Куросава (1926) при исследовании болезни риса (чрезмерном его росте), вызываемой грибом Gibberella fujikuroi Sow, поражающего посевы риса и вызывающего специфическое заболевание, при котором растения имеют аномально удлиненные междоузлия и низкую продукцию семян. В 1935 японский учёный Т. Ябута выделил гиббереллины из этого гриба в кристаллическом виде и дал им существующее название.

У высших растений наиболее богаты гиббереллинами быстрорастущие ткани; они содержатся в незрелых семенах и плодах, проростках, развёртывающихся семядолях и листьях.

Биосинтез и инактивация гиббереллинов

Основное место синтеза гиббереллинов в растении — листовые примордии и молодые листья. Можно выделить три основных этапа биосинтеза гиббереллинов:

Синтез энт-каурена из ГГДФ — катализируется ферментами группы терпен-синтаз (TPS): CPS (копалил-дифосфат-синтазой) и KS (энт-каурен-синтазой). Эти же ферменты принимают участие в синтезе фитоалексинов. Все ферменты TPS локализованы в пластидах.
Синтез GA12 из энт-каурена — катализируется ферментами группы Р450-монооксигеназ: КО (энт-каурен-оксидазой) и КАО (оксидазой энт-кауреновой кислоты). Этот этап биосинтеза гиббереллинов проходит в эндоплазматической сети.
Синтез прочих гиббереллинов из GA12 происходит в цитозоле и катализируется ферментами группы 2-оксоглютарат-зависимых диоксигеназ (2ODD). Среди ферментов 2ODD следует выделить GA-20-оксидазы и GA-3-оксидазы, которые осуществляют синтез биологически активных GA1, GA3, GA4 и GA7; а также GA-2-оксидазы, катализирующие реакции инактивации гиббереллинов (например, превращение активного GA1 в неактивный GA8).

У арабидопсиса и риса каждый из ферментов, катализирующих первые этапы биосинтеза гиббереллинов, кодируется одним-двумя генами: например, в геноме арабидопсиса имеется по одному гену, кодирующему ферменты CPS, KS и KO. Потеря функции этих генов у мутантов ga1, ga2 и ga3 соответственно приводит к серьезному сокращению уровня гиббереллинов и развитию фенотипа, типичного для гиббереллин-дефицитных мутантов — это карлики с низкой плодовитостью, без добавления экзогенных гиббереллинов их семена имеют низкую всхожесть, а взрослые растения не формируют цветоноса. В то же время ферменты 2ODD, действующие на последнем этапе биосинтеза гиббереллинов, кодируются большими мультигенными семействами, члены которых обладают ткане- и органоспецифическим характером экспрессии, а также по-разному регулируются в зависимости от внешних условий и стадии онтогенеза. Мутации с потерей функции любого из этих генов имеют более слабое фенотипическое проявление.

Основными путями инактивации гиббереллинов являются 2β-гидроксилирование с помощью GA-2-оксидаз; эпоксидирование с помощью фермента из группы цитохром-Р450-монооксигеназ EUI (Elongated Uppermost Internode, назван по фенотипу мутанта с потерей функции соответствующего гена) и метилирование с использованием S-аденозил-метионина как донора метильных групп — эту реакцию катализируют ферменты GAMT1 и GAMT2 (GA Methyl Transferase). По-видимому, все эти пути инактивации имеют одинаково важное значение в регуляции пула активных гиббереллинов в растении, так как потеря функции любого из перечисленных генов у мутантов eui, gamt1 и gamt2, а также у трансгенных растений с косупрессией генов GA2ox ведет к повышению концентрации активных гиббереллинов в десятки раз. Кроме того, существует слабо изученный путь инактивации гиббереллинов за счет образования конъюгатов с глюкозой — GA-глюкозильных эфиров.

Пути регуляции уровня активных гиббереллинов в тканях растений

Последний этап биосинтеза — синтез активных гиббереллинов из GA12 — играет ключевую роль в контроле уровня активных гиббереллинов в растении. Действительно, повышение уровня экспрессии гена GA20ox у трансгенных растений арабидопсис вызывает резкое повышение уровня гиббереллинов в тканях и серьезные фенотипические изменения, тогда как сверхэкспрессия гена AtCPS приводит только к накоплению энт-каурена, энт-кауреновой кислоты и GA12. В связи с этим основным способом регулирования концентрации активных гиббереллинов в тканях растения является контроль экспрессии генов, кодирующих ферменты семейства 2ODD, разные представители которого катализируют как реакции активации гиббереллинов (синтез GA1, GA3, GA4 и GA7 из GA12, который катализируется GA-3 и GA-20-оксидазами), так и реакции их инактивации (2β-гидроксилирование GA1, GA3, GA4 и GA7, которое катализируется GA-2-оксидазами). В настоящее время изучены генетические механизмы регуляции уровня экспрессии генов 2ODD в разных органах растений, а также в зависимости от определенных факторов внешней среды.

Регуляция конечным продуктом. Важную роль в поддержании гомеостаза гиббереллинов играет регуляция их биосинтеза конечным продуктом. Например, у арабидопсис повышение концентрации активных гиббереллинов вызывает транскрипции генов AtGA20ox и AtGA3ox, а снижение их концентрации повышает уровень экспрессии этих же генов. С другой стороны, активные гиббереллины позитивно регулируют уровень экспрессии генов AtGA2ox, участвующих в их инактивации. Точные механизмы, лежащие в основе регуляции экспрессии вышеперечисленных генов в зависимости от концентрации активных гиббереллинов, неизвестны, но показано, что в этот процесс вовлечены компоненты пути передачи сигнала гиббереллинов: рецептор GID1, репрессоры гиббереллинового сигналинга DELLA-белки, F-бокс-содержащий белок SLY/GID2.

Регуляция другими гормонами. В контроле развития растений гиббереллины являются антагонистами цитокининов, этилена и АБК и действуют в одном направлении с ауксинами. Для некоторых групп фитогормонов установлена способность регулировать концентрацию активных гиббереллинов через контроль экспрессии генов 2ODD. Например, ауксины, которые выполняют сходные с гиббереллинами функции, могут регулировать концентрацию активных гиббереллинов путём позитивной регуляции уровня экспрессии генов GA3ox и негативной регуляции экспрессии генов GA2ox. Основную роль в ауксин-зависимом контроле концентрации активных гиббереллинов играет транскрипционный фактор NPH4/ARF7, который регулирует экспрессию генов 2ODD, напрямую связываясь с их промоторами. Антагонистом NPH4/ARF7 в этом процессе является транскрипционный репрессор MSG2/IAA19.

Регуляция концентрации гиббереллинов в разных органах растений. Помимо регуляции экспрессии генов 2ODD в зависимости от концентрации активных гиббереллинов и других гормонов, существуют также механизмы регуляции их экспрессии в разных органах растения; некоторые из них:

В апикальной меристеме побега (ПАМ). Транскрипционные факторы KNOX напрямую репрессируют экспрессию генов GA20ox, контролирующих биосинтез гиббереллинов, и позивно регулируют экспрессию генов IPT, контролирующих биосинтез цитокининов. Гены KNOX экспрессируются в корпусе ПАМ, в результате баланс гиббереллинов и цитокининов в центральной части ПАМ смещен в сторону цитокининов, что приводит к активной пролиферации клеток без дифференцировки. На периферии ПАМ, в зоне закладки листовых примордиев, экспрессия генов KNOX подавляется, что приводит к экспрессии гена GA20ox, повышению концентрации гиббереллинов и дифференцировке клеток. В основании ПАМ экспрессируется ген GA2ox, контролирующий инактивацию гиббереллинов, что важно для поддержания конститутивно низкого уровня гиббереллинов в ПАМ.
В семенах. В темноте, при отсутствии активного фитохрома, активируется белок PIL5, который негативно регулирует экспрессию гена GA3ox и позитивно — экспрессию гена GA2ox; снижение уровня активных гиббереллинов подавляет процесс прорастения. НА свету активация фитохромов вызывает инактивацию PIL5, усиление экспрессии GA3ox и подавление экспрессии GA2ox — в результате повышается уровень активных гиббереллинов, что приводит к прорастанию (регуляция светом).

Рецепция и передача сигнала гиббереллинов

Путь передачи сигнала при ответе на гиббереллины включает в себя четыре основных компонента:

Рецептор GID1 — растворимый ядерный белок.
Компоненты убиквитин-лигазного комплекса SCF SLY/GID2 .
Репрессоры ответа на гиббереллин — белки DELLA, относящиеся к семейству транскрипционных факторов GRAS.
Гиббереллин-зависимые транскрипционные факторы GAMYB, которые относятся к MYB-семейству транскрипционных факторов.

При отсутствии гиббереллинов с промоторами гиббереллин-регулируемых генов связаны репрессоры транскрипции DELLA, глюкозаминтрансферазы SPY/SEC стабабилизируют DELLA-белки. При связывании молекулы гиббереллина с рецептором GID1 индуцируется его взаимодействие с DELLA-белком и F-бокс содержащим белком SLY/GID2. В результате DELLA-белок присоединяется к убиквитин-лигазному комплексу SCF SLY/GID2 , что стимулирует его убиквитин-зависимый протеолиз. К промоторам гиббереллин-регулируемых генов присоединяется транскрипционный фактор GAMYB, который запускает их экспрессию.

Белки DELLA — репрессоры ответа на гиббереллин. Транскрипционные репрессоры семейства DELLA были первыми из обнаруженных компонентов пути передачи сигнала гиббереллинов. Установлено, что ответ растений на гиббереллины зависит от деградации DELLA-белков, которые при отсутствии сигнала конститутивно связаны с промоторами гиббереллин-регулируемых генов. Мутанты с потерей функции генов, кодирующих DELLA-белки, обладают повышенной чувствительностью к гиббереллинам, напротив, мутанты с усилением их функций и трансгенные растения со сверхэкспрессией генов DELLA-белков — карлики.

Белки DELLA — небольшое подсемейство белков, относящихся к семейству GRAS, к которому также принадлежат транскрипционные факторы SCARECROW и SHORT-ROOT, участвующие в поддержании стволовых клеток апикальной меристемы корня и формировании его радиальной структуры. Молекулы DELLA-белков включают в себя ДНК-связывающий домен GRAS на С-конце и уникальный для этого подсемейства домен DELLA на N-конце, необходимый для взаимодействия с рецептором GID1 и F-бокс-содержащим белком SLY1/GID2. Мутации по GRAS-домену приводят к потерям функции DELLA-белков и усиливают ответ на гиббереллин. В то же время делецин в DELLA-домене приводят к накоплению DELLA-белков и конститутивной репрессии передачи сигнала гиббереллинов.

Белок GID1 — рецептор гиббереллинов. По своей последовательности и структуре рецептор GID1 относится к семейству гормон-чувствительных липаз, но не имеет ферментативной активности. Активированный рецептор GID1 взаимодействует с DELLA-белками. В результате происходит изменение конформации DELLA-белка, что делает возможным присоединение к нему ключевого компонента убиквитин-лигазного комплекса SCF — F-бокс-содержащего белка SLY/GID2. Это взаимодействие стимулирует убиквитинирование DELLA-белков комплексом SCF SLY/GID2 с последующей их деградацией 26S-протеасомой — таким образом происходит депрессия ответа на гиббереллины.

Компоненты убиквитин-лигазного комплекса У SCF (Scp1-Cullin-F-box) включают в себя четыре белка с разными функциями, за присоединение к ним белков-мишеней отвечает F-бокс-содержащий белок.

Гиббереллин-зависимые транскрипционные факторы GAMYB. Относятся к MYB-семейству транскрипционных факторов, действуют в передаче сигнала гиббереллинов находятся ниже DELLA-белков и позитивно регулируют транскрипцию гиббереллин-зависимых генов. Первым из идентифицированных транскрипционных факторов этой группы был транскрипционный фактор GAMYB1 ячменя, действующий в алейроновом слое эндосперма и позитивно регулирующий гиббереллин-зависимую экспрессию генов α-амилаз. В дальнейшем было установлено, что у ячменя, арабидопсис и риса транскрипционные факторы группы GAMYB участвуют также в гиббереллин-зависимом контроле цветения и развития органов цветка. Например, у арабидопсис прямой мишенью одного из белков GAMYB — GAMYB33 — является ген идентичности органов цветка LEAFY; активация другого GAMYB-белка — GLABROUS1 — необходима для гиббереллин-зависимого развития трихомов.

Другие известные компоненты передачи сигнала гиббереллинов. К числу негативных регуляторов передачи сигнала гиббереллинов у арабидопсис относятся белки SPY (SPINDLY) и SEC (SECRET AGENT), которые принадлежат к семейству N-ацетилглюкозаминтрансфераз. Мутации с потерей функции соответствующих генов приводят к фенокопиям растений, обработанных гиббереллинами.

Предположительной функцией белков SPY и SEC является стабилизация белков DELLA путём их посттрансляционной модификации.

В геноме арабидопсис обнаружено более 500 гиббереллин-регулируемых генов, половина из которых регулируется гиббереллинами напрямую, через деградацию DELLA-белков и присоединение транскрипционных факторов GAMYB. К их числу относятся:

Гены, участвующие в контроле различных онтогенетических процессов, — в частности, прорастания (гены α-амилаз) и цветения (ген LEAFY);
Гены, контролирующие метаболизм гиббереллинов — GA20ox, GA3ox, GA2ox;
Гены, контролирующие передачу сигнала гиббереллинов — GID1, гены убиквитин-конъюгирующих ферментов Е1 и убиквитин-лигаз Е3, гены транскрипционных факторов GAMYB;
Гены, контролирующие метаболизм и передачу сигнала других фитогормонов — например, убиквитин-лигаза XERICO, играющая роль в метаболизме АБК.

Функции

К числу наиболее известных функций гиббереллинов относятся контроль прорастания семян, роста стебля в длину, перехода к цветению и развития органов цветка. В настоящее время изучены молекулярные механизмы реализации этих функций: все они связаны с деградацией DELLA-белков, опосредованной рецептором GID1.

Контроль прорастания семян

Созревание семян связано с накоплением питательных веществ в зародыше и эндосперме. При прорастании происходит лизис запасных макромолекул эндосперма различными гидролитическими ферментами. Основную функцию в гидролизе крахмала в эндосперме выполняют α- и β-амилазы: α-амилазы гидролизуют крахмал до олигосахаридов, которые затем превращаются в мальтозу с помощью β-амилаз.

Гены α-амилаз были первыми генами, для которых установлен прямой контроль экспрессии с помощью гиббереллин-зависимого транскрипционного фактора GAMYB. Таким образом, гиббереллины, выделяемые зародышем, вызывают запуск экспрессии генов α-амилаз в алейроновом слое, что приводит к лизису крахмальных гранул эндосперма и обеспечивает молодой проросток питательными веществами.

Обработка растений гиббереллинами стимулирует пролиферацию клеток междоузлий и их рост растяжением. Гиббереллин-зависимое повышение частоты митозов наиболее хорошо заметно в субапикальных районах побега при переходе к цветению у розеточных растений длинного дня, а также в интеркалярных меристемах риса, растущего в глубокой воде. При этом в апикальной меристеме побега гиббереллины выполняют строго противоположную функцию — ингибируют пролиферацию и стимулируют дифференцировку клеток, благодаря чему для нормального развития растения важно поддерживание конститутивно низкой концентрации гиббереллинов в ПАМ. Таким образом, гиббереллины могут выполнять противоположные функции в контроле развития разных меристем.

Регуляция зацветания

Согласно многочисленным исследованиям существуют четыре основных пути регуляции зацветания: путь длинного дня, отвечающий за переход к цветению при увеличении продолжительности светового периода; автономный путь, который контролирует зацветание как при длинном, так и при коротком дне; путь вернализации, запускающий цветение после кратковременного периода низких температур; и гиббереллин-зависимый путь, который наиболее важен для перехода к цветению в условиях короткого дня.

Все эти пути могут взаимодействовать между собой — например, у арабидопсис, который может цвести как при длинном, так и при коротком дне. В связи с ослаблением гиббереллин-зависимого пути контроля зацветания, гиббереллин-дефицитные ga-мутанты арабидопсис совсем не цветут при коротком дне, а также демонстрируют задержку цветения в условиях длинного дня.

В основе гиббереллин-зависимого контроля зацветания лежит позитивная регуляция экспрессии генов, играющих ключевую роль в интеграции процессов цветения: индуктора экспрессии гомеозисных генов цветка — гена LEAFY (LFY), основного инициатора цветения — гена FLOWERING LOCUS T (FT) и его мишени — гена SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1).

В промоторе гена LFY обнаружена GAMYB-связывающая последовательность, с которой напрямую взаимодействует транскрипционный фактор GAMYB33. Мутации по GAMYB-связывающей последовательности делают невозможным повышение уровня экспрессии LFY в условиях короткого дня. В то же время трансформация гиббереллин-дефицитных ga-мутантов геном LFY под конститутивным промотором запускает их цветение при коротком дне.

У растений длинного дня роль гиббереллинов в контроле зацветания менее понятна. У этих растений увеличение продолжительности светового периода стимулирует рост стебля в длину (особенно хорошо это заметно у розеточных растений) с последующей индукцией цветения. Причиной этого, по-видимому, является фитохром-зависимое повышение уровня экспрессии генов GA20ox, которое приводит к увеличению концентрации свободных гиббереллинов в побегах. На арабидопсис было показано, что повышение концентрации гиббереллинов в листьях приводит к усилению экспрессии гена FT, кодирующего белок-флориген, который синтезируется в листьях и в дальнейшем перемещается в ПАМ. К сожалению, молекулярные механизмы влияния гиббереллинов на экспрессию FT в настоящее время не выяснены.

Роль в регуляции перехода к цветению

Фитохром-зависимое повышение концентрации GA20ox в листьях вызывает повышение концентрации гиббереллинов, которое, в свою очередь, вызывает повышение концентрации белка FT. Этот процесс может также регулироваться фотопериодом, через ТФ СО. Белок FT перемещается из листьев в ПАМ.
Повышение уровня гиббереллинов в ПАМ вызывает усиление экспрессии гена SOC, который негативно регулируется DELLA-белками GAI и RGA. Этот процесс негативно регулируется ТФ KNOX, которые стимулируют экспрессию генов GA2ox в Rib-зоне ПАМ.
Экспрессия гена LFY напрямую позитивно регулируется гиббереллин-зависимым ТФ GAMYB33. DELLA-белки GAI и RGA негативно регулируют этот процесс через miPHK 156.
Белки SOC1 и AGAMOUS-LIKE 24 (AGL24) формируют гетеродимер и позитивно регулируют экспрессию гена LFY; ТФ LFY позитивно регулирует экспрессию генов SOC1 и AGL24.

Итак, функции гиббереллинов связаны со стимуляцией вегетативного развития растений (прорастание, рост стебля в длину) и генеративного развития (перехода к цветению). Гиббереллины действуют в одном направлении с ауксинами и стимулируют биосинтез и передачу сигнала друг друга; кроме того, системы их рецепции передачи сигнала организованы по одному плану (рецептора взаимодействуют с компонентами убиквитин-лигазных комплексов Е3 и индуцируют протеолиз транскрипционных репрессоров). Цитокинины и АБК, напротив, являются антагонистами гиббереллинов.

Получение и применение

Гиббереллины получают главным образом микробиологическим способом из продуктов жизнедеятельности грибов рода Fusarium.

Гиббереллины применяют в практике растениеводства для повышения выхода волокна конопли и льна, для увеличения размеров ягод у бессемянных сортов винограда, для повышения урожайности трав, стимуляции прорастания семян (обработка гиббереллинами нарушает состояние покоя тканей и оказывает стратифицирующее действие на семена; при естественном выходе семян из состояния покоя содержание эндогенных гиббереллинов повышается) и др. Так как гиббереллины вызывают резкое ускорение роста зелёной массы растений, применение их должно сопровождаться усилением питания растений.

Для ускоренного созревания томатов, черешни, яблок, а также для предотвращения вылегания злаковых культур, используют обработки растений веществами-ретардантами, тормозящими действие гиббереллинов, например, 2-хлорэтилфосфоновой кислотой (этефоном).

Гіббереллін для троянд