Локализация фитохрома в растении

Знание того, где находится фитохром в растении, конечно, помогло бы нам понять механизм его действия, и для получения этой информации было использовано несколько методов. Самые подробные данные о распределении фитохрома на уровне световой микроскопии получены нами с помощью метода иммуноцитохимии - с использованием антител, синтезируемых в организме животного после введения ему в кровь чужеродного белка. Кролики, которым вводят выделенный из растительной ткани фитохром, синтезируют антифитохромный иммуноглобулин. Это вещество после очистки специфически связывается с фитохромом в срезах растительной ткани. Присутствие здесь иммуноглобулина можно выявить благодаря связыванию другого его конца с ферментом пероксидазой, при действии которого на субстрат образуется нерастворимый окрашенный продукт. Распределение фитохрома в молодых побегах ячменя, выясненное этим методом, показано на рис. 11.15.

Рис. 11.15. Распределение фитохрома в 3-дневном побеге ячменя (иммунохимические данные). Поперечные срезы были сфотографированы как в темном поле (слева), так и в светлом (справа). На микрофотографиях слева (в темном поле) видны структурные детали, а справа - распределение фитохрома. Цифры - расстояние от кончика колеоптиля в миллиметрах; X24. (Pratt, Coleman. 1974. Amer. J. Bot., 61, 195-202.)

Позже иммунохимические методы были использованы для определения субклеточной локализации фитохрома в побегах овса и риса, выращенных в темноте. До облучения красным светом фитохром обычно распределен во всей цитоплазме и ее мембранах, а после короткого облучения выявляется лишь в определенных участках клетки. Видимо, эти участки - не ядра, не пластиды и не митохондрии, а, возможно, эндоплазматический ретикулум, разбросанный по всей цитоплазме. Длительное воздействие света приводит к появлению фитохрома также и в ядрах. В пользу таких выводов говорят и эксперименты с изолированными субклеточными фракциями, однако не все исследователи согласны с интерпретацией полученных результатов. Данные физиологических экспериментов позволяют предполагать, что фитохром может находиться в клетке во многих местах в соответствии с его многочисленными функциями. По-видимому, он локализован внутри этиопластов и митохондрий или в их наружных мембранах, так как изолированные органеллы реагируют на воздействие красным и дальним красным светом, произведенное после их выделения.

Наиболее подробные данные были получены в серии простых, но изящных опытов с нитевидной водорослью Mougeotia. Каждая клетка этой водоросли содержит только один крупный хлоропласт, который поворачивается так, что его широкая сторона устанавливается параллельно верхней поверхности клетки при облучении водоросли красным светом и перпендикулярно ей - при последующем облучении дальним красным светом (рис. 11.16). Чтобы получить такой эффект, нет необходимости облучать сам хлоропласт: уже при облучении микропучком какого-то участка клетки движется только примыкающая часть хлоропласта. При использовании микропучка плоскополяризованного света плоскость поляризации оказывает заметное влияние на его эффективность. Это означает, что фитохром ориентирован в клетке не беспорядочным образом; зондирование микропучками показывает, что хромофору фитохрома свойственна определенная ориентация в плазмалемме. Кроме того, поскольку облучение поляризованным красным светом наиболее эффективно, когда плоскость поляризации параллельна клеточной стенке, а последующее воздействие дальним красным светом - когда эта плоскость перпендикулярна стенке, фитохром, по-видимому, изменяет свою ориентацию в мембране на 90° при фототрансформации.

Рис. 11.16. Влияние кратковременного воздействия красного и дальнего красного света на ориентацию гигантского хлоропласта у Mougeotia. Слева: красный свет вызывает поворот хлоропласта широкой стороной к свету. Дальний красный свет снимает эффект красного. Справа: эффективность облучения микропучком диаметром 3 мкм (облученный участок отмечен черным кружочком) показывает, что фоторецептор (фитохром) находится не в хлоропласте. Одна из вероятных областей его локализации - плазмалемма. (Bock, Haupt. 1961. Plant а, 57, 518-530.)