Fitocitokinai veikia kaip imunologiniai augalų imuniteto moduliatoriai

Abstraktus

Augalų plazmos membranoje gyvenantys imuniniai receptoriai reguliuoja augalų imunitetą atpažindami su mikrobais susijusius molekulinius modelius (MAMP), su pažeidimais susijusius molekulinius modelius (DAMP) ir fitocitokinus. Fitocitokinai yra pasodinti endogeniniai peptidai, kurie paprastai gaminami citozolyje ir patenka į apoplastą, kai augalas susiduria su patogeninėmis infekcijomis. Fitocitokinai reguliuoja augalų imunitetą aktyvuodami persidengiantį signalizacijos kelią su kai kuriomis unikaliomis savybėmis pasižyminčiais MAMP / DAMP. Čia pabrėžiame dabartinį fitocitokinų gamybos, suvokimo ir augalų imuniteto funkcijų supratimą ir aptariame, kaip augalai ir patogenai manipuliuoja fitocitokinų signalizacija, kad gautų naudą augalų ir patogenų karo metu.

Raktiniai žodžiai:

Fitocitokinas, su pažeidimais susijęs molekulinis modelis (DAMP), modelio atpažinimo receptorius (PRR), modelio sukeltas imunitetas (PTI), augalų imunitetas.

Endogeninis peptidas yra tam tikras polipeptido junginys, kurį gamina pats žmogaus kūnas, kuris atlieka svarbias biologines funkcijas organizmo imuninėje sistemoje. Endogeniniai peptidai daugiausia pasiskirsto limfoidiniame audinyje, tarpląsteliniame skystyje, serume ir kt., gali suaktyvinti ir reguliuoti imuninių ląstelių funkciją, taip pat gali paveikti biologinius procesus, tokius kaip uždegiminis atsakas, antibakterinė gynyba, ląstelių proliferacija ir diferenciacija.

Ryšys tarp endogeninių peptidų ir imuniteto daugiausia pasireiškia šiais aspektais:

1. Stiprinti savarankišką imunitetą: endogeniniai peptidai gali skatinti imuninių ląstelių, tokių kaip baltieji kraujo kūneliai ir limfocitai, dauginimąsi ir aktyvumą, sustiprinti organizmo imunitetą ir taip pagerinti organizmo atsparumą išoriniams patogenams.

2. Antibakterinė apsauga: endogeniniai peptidai gali tiesiogiai kovoti su bakterijomis, virusais ir kitais mikroorganizmais, turėti antibakterinį poveikį ir neleisti bakterijoms įsiskverbti į organizmą ir sukelti infekciją.

3. Uždegiminio atsako reguliavimas: endogeniniai peptidai gali reguliuoti uždegiminio atsako atsiradimą ir eigą, sumažinti uždegiminio atsako žalą organizmui ir taip apsaugoti organizmą nuo uždegiminio atsako pažeidimo.

4. Skatinkite audinių atstatymą: endogeniniai peptidai gali skatinti audinių atstatymą ir regeneraciją, taip pat pagreitinti audinių atsigavimą ir reabilitaciją, taip sustiprindami organizmo imunitetą. Apskritai endogeniniai peptidai atlieka svarbų vaidmenį imuninėje sistemoje, reguliuoja ir stiprina organizmo imunitetą. Jis veikia organizmo imunitetą stiprindamas organizmo imunitetą, antibakterinę apsaugą, reguliuodamas uždegiminį atsaką ir skatindamas audinių atstatymą. Taigi šiuo požiūriu turime atkreipti dėmesį į mūsų žmogaus imuniteto gerinimą. Cistanche turi reikšmingą gerinimo efektą. Mėsoje esantys polisacharidai gali reguliuoti žmogaus imuninės sistemos imuninį atsaką, pagerinti imuninių ląstelių atsparumą stresui ir stiprinti imunines ląsteles. baktericidinis poveikis.

Spustelėkite cistanche deserticola papildą

Įvadas

Dešimtojo dešimtmečio pradžioje sisteminas buvo identifikuotas kaip pirmoji peptidą signalizuojanti molekulė pomidoruose (Pearce ir kt., 1991). Per pastaruosius tris dešimtmečius dešimtys mažų peptidų, priklausančių skirtingoms šeimoms, buvo identifikuoti ir funkciškai apibūdinti kaip signalinės molekulės įvairiose augalų rūšyse, ypač etaloniniuose augaluose Arabidopsis thaliana. Svarbūs įrodymai rodo, kad šie peptidai, panašūs į įprastus fitohormonus, yra labai aktyvūs esant mažai koncentracijai ir atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant augalų vystymąsi, dauginimąsi, imunitetą ir prisitaikymą prie aplinkos streso. Tačiau, skirtingai nuo klasikinių fitohormonų, kurie biosintetinami per specializuotas metabolines reakcijas ir kurių struktūra bei funkcijos visoje augalų karalystėje yra išsaugotos, šie peptidai yra genų produktai, pasižymintys didele sekų įvairove ir funkciniu specifiškumu įvairiose augalų rūšyse (Matsubayashi 2014; Olsson ir kt., 2019; Takahashi). ir kt., 2019).

Pastaraisiais metais įvairių tipų maži išskiriami peptidai buvo susiję su augalų imuniteto reguliavimu. Daugelį šių imunomoduliuojančių peptidų koduojantys genai greitai ir iš esmės indukuojami patogeninių infekcijų arba gydymo su patogenais/mikrobiškais molekuliniais modeliais (PAMP/MAMP) metu (Li ir kt., 2016a). MAMP atpažinimas augalų plazminės membranos (PM) reziduojančiais modelio atpažinimo receptoriais (PRR) sukelia augalų modelio sukeltą imunitetą (PTI), pirmąją indukuojamos apsaugos nuo infekcijų liniją (Couto ir Zipfel, 2016; Yu ir kt., 2017; Zhou ir Zhang 2020). Augalų PRR taip pat atpažįsta su šeimininku susijusius su pažeidimu susijusius molekulinius modelius (DAMP), tokius kaip ekstraląsteliniai nukleotidai, augalų ląstelių sienelės kilmės polisacharidų fragmentai ir su imunitetu susiję baltymai bei peptidai, kurie paprastai išsiskiria pažeidžiant ląsteles (Gust ir kt. 2017 m.; Hou ir kt., 2019a; Tanaka ir Heil, 2021).

Nors imunomoduliuojantys peptidai buvo laikomi DAMP rūšimi, dauguma imunologinių peptidų išskiriami į ekstraląstelinius apoplastus, kai jų nėra arba prieš ląstelių pažeidimą. Be to, imunologiniai peptidai turi skirtingas chemines charakteristikas, brendimo procesus ir veikimo būdą, palyginti su įprastiniais DAMP. Šie imunologiniai peptidai yra funkciškai analogiški gyvūnų citokinams – imuninių ląstelių, endotelio ląstelių ir fibroblastų gaminamų signalinių peptidų grupei, veikiančiai sveikatai ir ligoms, ypač šeimininko imunitetui, uždegimams, traumoms, sepsiui ir vėžiui kaip imunomoduliuojantys agentai (Banchereau). ir kt., 2012; Luo 2012). Todėl augalų citokinai arba fitocitokinai buvo sukurti kaip augalų peptidų hormonai, reguliuojantys augalų imunitetą ir vystymąsi, kaip ląstelių ir ląstelių ryšio signalai (Luo 2012). Taigi, augalinės kilmės imunogeniniai faktoriai buvo suskirstyti į dvi kategorijas, kurių viena klasė yra klasikiniai DAMP: molekulės, kurios pasyviai išsiskiria pažeidžiant ląsteles, ir viena klasė kaip fitocitokinai: imunomoduliuojantys peptidai, kurie yra apdorojami ir (arba) išskiriami po infekcijų (Gust ir kt. 2017 m.; Tanaka ir Heil 2021).

Pažymėtina, kad kai kurie peptidiniai hormonai, kurie iš pradžių buvo nustatyti kaip augalų vystymosi, dauginimosi ar abiotinio streso atsako reguliatoriai, yra susiję su augalų imunitetu. Panašiai kai kurie imunologiniai peptidai taip pat vaidina vaidmenį kituose fiziologiniuose procesuose. Taigi tie imunologiniai fitocitokinai atlieka dvigubą vaidmenį augalų imunitetui, vystymuisi, augimui, dauginimuisi ar prisitaikymui prie streso, panašiai kaip citokinai gyvūnų fiziologijoje. Įdomu tai, kad mikrobuose buvo nustatytos kai kurios į fitocitokinus panašios sekos, kurios gali suaktyvinti arba susilpninti augalų imunitetą. Šioje apžvalgoje akcentuosime naujausius fitocitokinų sukelto augalų imuniteto mechanizmų pažangą ir aptarsime, kaip augalai ir fitopatogenai manipuliuoja fitocitokinų signalizacija, kad kiekviena vieta išgyventų šeimininko ir patogeno sąveikos metu.

Fitocitokinų klasifikacija, identifikavimas ir funkcija

Fitocitokinai gali būti suskirstyti į dvi pagrindines klases, atsižvelgiant į tai, ar jų pirmtakų baltymuose yra signalinio peptido (Matsubayashi 2014). Sisteminas, augalo sukeliantis peptidas (PEP1), Z. mays imuninis signalinis peptidas 1 (ZIP1) ir sojos pupelių GmPEP priklauso fitocitokinų grupei, kurių pirmtakuose nėra signalinio peptido ir jie yra klasifikuojami kaip neišskiriami peptidai. Kiti fitocitokinai, įskaitant sistemas, kuriose gausu hidroksiprolino (HypSys), PAMP sukeltą išskiriamą peptidą 1 (PIP1)/PIP2, serino turtingą endogeninį peptidą 12 (SCOOP12), fitosulfokinus (PSK), augalų peptidą, kuriame yra sulfatinio tirozino 1 (PSY1), žiedyną. abscisijos (IDA) / IDA-LIKE 6 (IDL6), šaknų meristemų augimo faktorių (RGF) / GOLVEN (GLV) ir greito šarminimo faktorių (RALF) trūkumas sudaro kitą grupę, kurios pirmtakai turi signalinį peptidą ir yra klasifikuojami kaip išskiriami. peptidai (1 lentelė).

Sisteminas yra 18-aminorūgšties (aa) peptidas, identifikuotas iš pažeistų pomidorų lapų ekstraktų ir pavadintas kaip galintis tarpininkauti tolimojo nuotolio sisteminės gynybos atsakams (McGurl ir kt., 1992; Pearce ir kt., 1991). Sisteminas buvo rastas daugelyje Solanaceae šeimos rūšių (Ryan ir Pearce 2003). Pomidorų apdorojimas sisteminu sukelia daugybę atsparumo reakcijų, įskaitant proteinazės inhibitorių gamybą, ekstraląstelinio šarminimo ir etileno emisijos indukciją bei apsaugą nuo vabzdžių žolynų (Zhang ir kt., 2020a). PEP1, 23-aa peptidas, yra pirmasis fitocitokinas, nustatytas Arabidopsis. Arabidopsis genomas koduoja aštuonis PEP, o jų ortologai buvo nustatyti daugelyje augalų rūšių, įskaitant kukurūzus, ryžius, bulves ir sojų pupeles (Huffaker ir kt., 2011; Huffaker ir kt., 2006; Poretsky ir kt., 2020).

AtPEP1 suaktyvina PTI atsako požymį ir skatina augalų atsparumą įvairiems patogenams, įskaitant bakteriją Pseudomonas syringae, grybelį Botrytis cinerea ir oomycete Phytophthora infestans (Huffaker ir kt., 2006; Yamaguchi ir kt., 2010; Liu ir kt., 2013). ZIP1 yra 17-aa peptidas, išskirtas iš salicilo rūgštimi (SA) iš anksto apdorotų kukurūzų lapų apoplastinių skysčių. Gydymas ZIP1 stipriai skatina SA kaupimąsi, sukelia labai persidengiančius transkripcijos pokyčius, susijusius su SA reaguojančiais genais, ir padidina kukurūzų atsparumą biotrofiniam grybui Ustilago maydis, bet jautrumą nekrotrofiniam grybui B. cinerea (Ziemann ir kt., 2018). GmPEP914 ir GmPEP890 yra du homologiniai aštuonių amino rūgščių peptidai, išskirti iš sojos pupelių lapų ekstraktų ir identifikuoti kaip suspensijoje auginamų ląstelių šarminimo faktoriai (Yamaguchi ir kt., 2011). Abu peptidai gali sukelti gynybos genų, dalyvaujančių patogenų gynyboje, ekspresiją.

HypSys yra homologinių glikopeptidų, kuriuose gausu hidroksiprolino, grupė, nustatyta Solanaceae ir Convolvulaceae šeimos augaluose (Chen ir kt., 2008; NarvaezVasquez ir kt., 2005; Pearce ir kt., 2001a). HypSys dydžiai ir funkcijos yra panašaus į sistemino dydžius ir funkcijas, tačiau nesidalija sekos homologija su sisteminu. PIP1 ir PIP2 peptidai atitinka dviejų išskiriamų peptidų pirmtakų baltymų prePIP1 ir prePIP2 C-galus, identifikuojamus kaip MAMP sukeltus genų produktus (Hou ir kt., 2014). Arabidopsis turi 11 prePIP paralogų, o prePIP ortologai buvo rasti daugelyje vienaląsčių ir eudikotų rūšių. PIP1 ir PIP2 gali suaktyvinti klasikinius PTI atsakus ir sustiprinti Arabidopsis atsparumą P. syringae pv. pomidorų (Pst) DC3000 ir Fusarium oxysporum (Hou et al. 2014). Kaip ir PIP1 ir PIP2, SCOOP12 yra kilęs iš į patogeną reaguojančio išskiriamo peptido pirmtako PROSCOOP12 C-galo (Gully ir kt., 2019).

Arabidopsis buvo nustatyti mažiausiai 23 PROSCOOP (Hou ir kt., 2021a; Rhodes ir kt., 2021). PROSCOOP ortologai aptinkami tik Brassicaceae šeimos augaluose. Dauguma SCOOP peptidų sukelia įvairius PTI atsakus ir (arba) atsparumą Pst DC3000 (Gully ir kt., 2019; Hou ir kt., 2021a; Rhodes ir kt., 2021; Yu ir kt., 2020). Arabidopsis augalai, turintys SCOOP12 defektų, yra atsparesni Erwinia amylovora (Gully ir kt., 2019). Panašiai kaip HypSys, PIP ir SCOOP, IDA yra serino ir glicino turtingas peptidas. Iš pradžių jis buvo nustatytas kaip pagrindinis Arabidopsis gėlių organų abscisijos reguliatorius (Butenko ir kt., 2003). IDA homologai yra konservuoti daugelyje augalų rūšių (Butenko ir kt., 2003). IDA šeimą sudaro aštuoni Arabidopsis nariai (Vie ir kt., 2015). Pranešama, kad iš jų IDA ir IDL6 yra susiję su augalų imunitetu. IDA reguliuoja augalų atsparumą greičiausiai per ankstyvą lapų nukritimą (Patharkar ir Walker, 2016). IDL6 skatina Arabidopsis jautrumą Pst DC3000 (Wang ir kt., 2017).

PSK yra penkių aminorūgščių peptidai su dviem sulfatuotomis tirozino liekanomis. Iš pradžių jie buvo nustatyti kaip augalų augimą skatinantis veiksnys ir nustatyta, kad jie reguliuoja daugybę augalų augimo, vystymosi ir atsako į stresą procesus (Matsubayashi ir Sakagami, 1996; Sauter 2015; Yang ir kt., 2001). PSK yra plačiai paplitę augalų karalystėje. Arabidopsis atveju PSK signalizacija susilpnina PTI atsaką, pažeidžia augalų atsparumą hemibiotrofiniam Pst DC3000 ir oomicetui Hyaloperonospora arabidopsidis, bet padidina atsparumą nekrotrofiniam grybelio patogenui Alternaria brassicicola (Igarashi ir kt. Rodiuc et al. 20131;2; 2016).

Pomidoruose PSK padidina atsparumą nekrotrofiniam grybelio patogenui B. cinerea (Zhang ir kt., 2018). Arabidopsis PSY1 yra 18-aa glikopeptidas su sulfatuota tirozino liekana. Iš pradžių jis buvo nustatytas kaip funkcinė analogija su PSK, skatinant augalų ląstelių dauginimąsi ir plėtimąsi (Amano ir kt., 2007). PSY homologai buvo nustatyti įvairiose augalų rūšyse, įskaitant ryžius, bananus, pomidorus ir kviečius (Pruitt ir kt., 2017). Kaip ir PSK, PSY1 signalizacija greičiausiai slopina PTI atsaką ir skatina Arabidopsis atsparumą A. brassicicola, bet jautrumą Pst DC3000 ir F. oxysporum (Mosher ir kt., 2013; Shen ir Diener 2013). RGF šeimos peptidai, dar žinomi kaip GLV peptidai, yra kita tirozino sulfatuotų peptidų grupė, kuri iš pradžių buvo identifikuota kaip pagrindiniai Arabidopsis šaknų meristemų palaikymo ir gravitropizmo reguliatoriai (Matsuzaki ir kt., 2010; Whitford ir kt., 2012). RGF peptidų šeimą sudaro 11 Arabidopsis narių (Matsuzaki ir kt., 2010). Tarp jų RGF7/GLV4 ir RGF9/GLV2, kurie yra transkripcijos reguliuojami augaluose, užsikrėtus P. syringae, prisideda prie imuninio atsako aktyvinimo ir atsparumo P. syringae didinimo (Stegmann ir kt., 2021; Wang ir kt. . 2021).

RALF, 5-kilodaltonų (kDa) polipeptidų grupė, iš pradžių išgauta iš tabako lapų, skatina greitą ekstraląstelinio skyriaus šarminimą ir šaknų augimo ir vystymosi funkciją (Pearce ir kt., 2001b). Skirtingai nuo kitų linijinių peptidų, RALF turi keturis konservuotus cisteinus, kurie sudaro dvi disulfidines jungtis, kurios yra gyvybiškai svarbios peptido aktyvumui. RALF yra plačiai paplitę įvairiuose skirtingų augalų rūšių audiniuose ir organuose (Pearce ir kt., 2001b). Arabidopsis genomas koduoja daugiau nei 30 RALF, o kai kurie iš jų vaidina teigiamą arba neigiamą vaidmenį augalų imunitetui (Blackburn ir kt., 2020) (1 lentelė).

Fitocitokinus suvokia ląstelės paviršiaus receptoriai

Pagrindinis bendras citokinų ir fitocitokinų bruožas yra tai, kad juos suvokia specifiniai ląstelės paviršiaus receptoriai. Citokinų receptoriai yra struktūriškai įvairūs ir daugiausia suskirstyti į penkias pagrindines superšeimas: I tipo (hematopoetinė šeima) ir II tipo (interferonų šeima) citokinų receptorius, naviko nekrozės faktoriaus (TNF) šeimos receptorius, imunoglobulino superšeimos receptorius, receptorių tirozino kinazes ir chemokinų receptorius. (Wang ir kt. 2009). Priešingai, fitocitokinus paprastai suvokia ląstelės paviršiuje reziduojančios į receptorius panašios kinazės (RLK), kuriose yra tarpląstelinis domenas, transmembraninė sritis ir citoplazminis kinazės domenas, panašus į gyvūnų receptorių tirozino kinazes (Couto ir Zipfel 2016; Escocard de Azevedo). Manhaes ir kt., 2021; Shiu ir Bleecker, 2001) (1 lentelė).

Augalų RLK yra klasifikuojami į skirtingus pošeimius pagal jų tarpląstelinius domenus. Leucino turtingi pakartotiniai RLK (LRR-RLK) su ekstraląsteliniais LRR sudaro didžiausią RLK pošeimį ir veikia kaip kai kurių imunologinių fitocitokinų receptoriai. Iš jų pomidorai SYSTEMIN RECEPTOR 1 (SYR1) ir SYR2 suvokia sisteminą (Wang ir kt. 2018), Arabidopsis PEP1 RECEPTOR 1 (PEPR1) / PEPR2 atpažįsta PEP (Yamaguchi ir kt. 2006), Arabidopsis RECEPTOR-LIKE) atpažįsta 7 (RL). PIP1 ir PIP2 (Hou ir kt., 2014), Arabidopsis MALE DISCOVERER 1-INTERACTING RECEPTOR LIKE KINASE 2 (MIK2) atpažįsta SCOOP (Hou ir kt. 2021a; Rhodes ir kt. 2021), HAESA-KELIA ir 2HAES HSL2) atpažįsta IDA (Santiago ir kt. 2016), RGF1 INSENSITIVE 3 (RGI3) pats arba kartu su RGI4 atpažįsta RGF7 ir RGF9/GLV2 (Stegmann ir kt. 2021; Wang ir kt. 2021), PSK RECEPTOR 1 (PSKR1) atpažįsta PSK (Matsubayashi ir kt., 2002; Wang ir kt., 2015) ir PSY1R greičiausiai atpažįsta PSY1 (Amano ir kt., 2007). Visi šie fitocitokinų receptoriai priklauso LRR-RLK LRR X ir LRR XI kladams, kurie filogenetiškai yra artimi LRR-RLK LRR XII pošeimiui, įskaitant kai kuriuos gerai ištirtus baltyminių MAMP receptorius, tokius kaip bakterijų flagelino receptorius FLAGELLIN. SENSING 2 (FLS2) ir pailgėjimo FACTOR-Tu RECEPTOR (EFR).

Tai rodo glaudų evoliucinį ryšį tarp fitocitokinų ir MAMP sukelto imuniteto. Fitocitokinų suvokimo metu LRR-RLK receptoriai dažnai heterodimerizuojasi su SOMATINĖS EMBRIOGENEZĖS RECEPTORIAUS KINAZĖS (SERK) LRR-RLK, pvz., BRASSINOSTEROID NEJAUTINGA 1 (BRI1) - SUSIJUSI RECEPTORINĖ KINAZE (BRI1) - SUSIJUSIOS RECEPTORINĖ KINAZĖ (ir al. 2020b; Ma ir kt., 2016).

Catharanthus roseus receptorių tipo kinazės 1-(CrRLK1L) baltymai su dviem ekstraląsteliniais galektino tipo domenais atlieka svarbų vaidmenį augalų vystymesi, pvz., poliarizuotą augimą, ląstelių pailgėjimą, ląstelės sienelės vientisumo jutimą ir hormoninius atsakus (Franck ir kt. 2018; Li ir kt., 2016b; Zhu ir kt., 2021). Naujausi tyrimai rodo, kad CrRLK1L vaidina svarbų vaidmenį augalų imunitete kaip RALF receptoriai. Arabidopsis CrRLK1L FERONIA (FER) veikia kaip skirtingų RALF, įskaitant RALF1 ir RALF23, receptorius (Haruta ir kt., 2014; Stegmann ir kt., 2017) (1 lentelė). Įdomu tai, kad RALF23/RALF33 neigiamai, o RALF17 teigiamai reguliuoja PRR sukeltą imunitetą priklausomai nuo FER (Stegmann ir kt., 2017). Struktūriniai ir biocheminiai rezultatai rodo, kad RALF23 indukuoja kompleksinį susidarymą tarp FER ir LORELEI (LRE) PANAŠŲ GLIKOSILFOSFATIDILINOZITOLIO (GPI)-INCHORUOTO BALTYMO 1 (LLG1) arba LLG2, kad būtų galima surinkti RALF23-LLG1/{{7 trijų dalių kompleksas (Xiao ir kt., 2019). Nors iš pradžių LLG buvo pasiūlyti kaip FER pagrindiniai receptoriai, jie galėjo tiesiogiai prisijungti prie RALF be FER. Atrodo, kad RALF23 iš pradžių atpažįsta LLG, todėl FER buvo įtrauktas į heteromerinį kompleksą (Xiao ir kt., 2019). Taigi, LLG gali būti bona fide RALF receptoriai, o CrRLK1L veikia kaip pagrindiniai receptoriai, stiprinantys sąveiką.

Fitocitokinų ekspresijos reguliavimas

Fitocitokinų pirmtakų ekspresijos reguliavimas yra vienas iš ankstyvųjų imuninių atsakų (Li ir kt., 2016a). Atitinkamai, kai kurie fitocitokinai yra identifikuojami, nes juos reguliuoja MAMP gydymas arba patogeninės infekcijos. Pavyzdžiui, prePIP1 ir prePIP2, PIP1 ir PIP2 pirmtakai, buvo nustatyti analizuojant MAMP reguliuojamą genų transkripciją (Hou ir kt., 2014). PrePIP1 ir prePIP2 ekspresija greitai sureguliuojama praėjus 30 minučių po gydymo bakteriniu MAMP flg22 arba elf18 ir pasiekia piką maždaug po vienos valandos po gydymo.

Be to, prePIP1 ekspresiją taip pat labai skatina chitinas, grybų MAMP, o tai rodo, kad prePIP1 gali atlikti konservuotą vaidmenį augalų atsparumui įvairiems patogenams. Nuosekliai prePIP1in lapų ir šaknų ekspresiją skatina bakterija Pst DC3000 ir grybelis F. oxysporum f. sp. 699 (Foc 699) konglutinacinė padermė ir PIP1 skatina augalų atsparumą tiek Pst DC3000, tiek Foc 699 (Hou et al. 2014). Nustatyta, kad PROSCOOP12 yra labai sukeltas įvairių patogenų, įskaitant B. cinerea, Pst DC3000 ir E. amylovora, infekcijų (Gully ir kt., 2019); preRGF7 buvo sukeltas Pst DC3000 infekcijos transkripcijos ir potranskripcijos lygiais (Wang ir kt., 2021). Du PROPEP1 paralogai PROPEP2 ir PROPEP3 yra labai indukuojami MAMP arba patogenų, įskaitant Pst DC3000, B. cinerea ir P. infestans (Huffaker ir kt., 2006); PSK ir PSY1 pirmtakai, proPSK ir proPSY1, buvo sureguliuoti per B. cinerea arba A. brassicicola infekciją Arabidopsis ir pomidoruose (Igarashi ir kt., 2012; Mosher ir kt., 2013; Zhang ir kt., 2018).
Atsižvelgiant į fitocitokinų genų reguliavimą, jų receptorių ekspresiją kai kuriais atvejais taip pat reguliuoja MAMP. Pavyzdžiui, gydymas MAMP arba patogeno infekcija skatina PEPR1, PEPR2, RLK7, MIK2, HAESA ir PSKR1 ekspresiją (Kemmerling ir kt., 2011; Lewis ir kt., 2015). Įdomu tai, kad kai kuriuos fitocitokinų pirmtakų genus transkripciškai sumažina patogeninės infekcijos. Pavyzdžiui, preRGF9/GLV2 ekspresija lapuose slopinama užsikrėtus P. syringae pv. maculicola ir Pst DC3000 (Stegmann ir kt., 2021). Dar reikia nustatyti, kaip sumažintas preRGF9 / GLV2 reguliavimas vaidina teigiamą vaidmenį augalų imunitetui.

MAMP sukelti fitocitokinų genai gali dar labiau padidinti jų pirmtakų genų ekspresiją, taip sustiprindami fitocitokinų signalizaciją per teigiamą grįžtamojo ryšio kilpą. Pavyzdžiui, Pep1, PIP1, SCOOP12 ir RGF7 gali atitinkamai sukelti savo pirmtakų genų ekspresiją (Gully ir kt., 2019; Hou ir kt., 2014; Huffaker ir kt., 2006; Wang ir kt., 2021). Indukuojama per didelė preRGF7 ekspresija augaluose sukelia MPK3 ir MPK6 aktyvavimą, o aktyvuoti MPK3 ir MPK6 savo ruožtu padidina preRGF7 ekspresiją per pasroviui esantį WRKY33 transkripcijos faktorių, o tai rodo savaiminio amplifikacijos kilpą reguliuojant preRGF7 ekspresiją (Wang ir kt. 2021). MIK2, kaip SCOOP receptoriaus, atradimą nušviečia šis teigiamas grįžtamojo ryšio reguliavimas. MIK2 kinazės aktyvinimas RLK7-MIK2 chimeriniame receptoryje (tarpląstelinis RLK7 domenas, susiliejęs su transmembraniniais ir tarpląsteliniais MIK2 domenais) po gydymo PIP1 paskatino kai kurių PROSCOOP genų ekspresiją, todėl buvo patvirtinta, kad jie yra MIK2 ligandai. (Hou ir kt. 2021a). Be to, kai kurie fitocitokinai gali ne tik sukelti savo pirmtakų genų, bet ir kitų fitocitokinų pirmtakų genų ekspresiją. Pavyzdžiui, PIP1 ir Pep1 gali reguliuoti vienas kito pirmtakų genų ekspresiją (Hou ir kt., 2014), o tai rodo signalizacijos tinklą, reguliuojamą skirtingų fitocitokinų.

Fitocitokinų brendimo ir išsiskyrimo reguliavimas

Kaip minėta pirmiau, fitocitokinai paprastai gaunami iš pirmtakų baltymų, turinčių šias charakteristikas: amino (N) galinį signalinį peptidą (tik išskiriamiems peptidams), karboksilo (C) galinę sritį, konservuotą toje pačioje peptidų šeimoje, ir kintamoji sritis (taip pat vadinama prodomenu) tarp signalinio peptido ir konservuotos srities (1 pav.) (Matsubayashi 2014; Olsson ir kt. 2019). Išversti fitocitokinų pirmtakai patenka į sekrecijos kelią signalo peptido vedliu ir galiausiai išskiriami į tarpląstelinį augalų ląstelių skyrių (apoplastą) kaip biologiškai aktyvūs, subrendę fitocitokinai. Endoplazminio tinklelio (ER) ir Golgi arba apoplasto sekrecijos kelyje reikalingi proteolitiniai signalo peptido ir prodomeno skilimai bei potransliacinės modifikacijos, tokios kaip tirozino sulfacija, prolino hidroksilinimas, hidroksiprolino arabinozilinimas ir intramolekulinis disulfidinis ryšys. fitocitokinų brendimą (Matsubayashi 2014; Olsson ir kt. 2019). Fitocitokinų pirmtakai, neturintys signalinio peptido (neišskiriami peptidai), jie nepatenka į kanoninį ERGolgi sekrecijos kelią ir nevyksta po transliacijos modifikacijų, todėl siūloma išleisti į ekstraląstelinį skyrių netradiciniu sekrecijos keliu arba pažeidžiant ląsteles. (Ding ir kt. 2012). Fitocitokinų pirmtakų apdorojimas, siekiant pašalinti jų domenus, esančius citozolyje arba apoplaste, taip pat yra būtinas jų brendimui (1 pav.).

Esminiai tyrimai rodo, kad fitocitokinų brendimą ir sekreciją / išsiskyrimą skatina patogeninės infekcijos ar kiti aplinkos įtempiai (Hou ir kt., 2021b). PROPEP1, PEP1 pirmtakas, neturi kanoninės N-galinės signalo sekos ir yra pririštas citozolinėje tonoplastų pusėje. Arabidopsis METACASPASE 4 (MC4) ir kitos II tipo metakaspazės (MC5–MC9) reikalingos PEP1 skilimui iš PROPEP1 po arginino liekanos (R69) (Hander ir kt., 2019; Shen ir kt., 2019). Augalų metakaspazės yra struktūriškai homologiškos gyvūnų kaspazėms (Hou ir kt., 2018). Arabidopsis MC4 aktyvuojamas, kai citozolinio Ca2 plius koncentracija pasiekia slenkstį, kai suardoma ląstelių membrana arba MAMP flagellino peptidas flg22- suaktyvina Ca2 plius padidėjimą citozolyje (Hander ir kt., 2019; Shen ir kt., 2019). Naujausi struktūriniai tyrimai atskleidė nuo Ca2 plius priklausomo MC4 aktyvacijos ir PROPEP1 apdorojimo molekulinį pagrindą (Zhu et al. 2020). Be to, infekcija virulentiškais arba avirulentiškais bakteriniais patogenais, gydymas druskos stresu ir ląstelių sienelių pažeidimas (CWD) taip pat skatina PROPEP3 skilimą į PEP3 (Engelsdorf ir kt., 2018; Yamada ir kt., 2016). Neaišku, ar citozolinio Ca2 plius ir MC aktyvacijos padidėjimas yra atsakingas už sukeltą PROPEP3 skilimą. Ląstelių membranos pažeidimas gali būti PEP išsiskyrimo priežastis, tačiau glumina, kaip PEP išsiskiria PTI ir druskos streso metu, kai nėra pastebimo ląstelių membranos sutrikimo.

Pomidorų sisteminas yra apdorojamas iš pirmtako baltymo pro sistemino (PS) C-galo dviem pomidorų subtilazėmis SLPHYTASPASE 1 (SlPhyt1) ir SlPhyt2, dviejose aspartato liekanose (Beloshistov ir kt., 2018). Subtilazės yra į subtiliziną panašių serino proteazių šeima (Hou ir kt., 2018). Dėl SlPhyt tarpininkaujamo skilimo susidaro modifikuotas sisteminas su papildoma leucino liekana N-gale (Leu-systemin), kurį toliau apdoroja leucino aminopeptidazė, kad susidarytų brandus sisteminas (Beloshistov ir kt., 2018). PSK taip pat brandžiai perdirbami iš jų pirmtakų proPSK po to, kai pomidoruose SlPhyt2 palieka aspartato likučius. PSK apdorojimą pomidorų abscisijos regione sukelia sausros stresas (Reichardt ir kt., 2020). Tačiau proPSK1 ir proPSK4 yra apdorojami subtilazėmis SBT1.1 ir SBT3.8 atitinkamai Arabidopsis (Srivastava ir kt., 2008; Stuhrwohldt ir kt., 2021). IDA pirmtakų baltymų skilimą atlieka SBT4.12, SBT4.13 ir SBT5.2 (Schardon ir kt., 2016).

Kai kuriuose RALF, įskaitant RALF1, RALF22 ir RALF23, yra signalinis peptidas ir RRXL skilimo vieta jungties srityje tarp prodomeno ir subrendusių RALF peptidų, kuriuos skaldo ER lokalizuota subtilazės SITE-1 PROTEASE ( S1P) (Srivastava ir kt. 2009; Stegmann ir kt. 2017). Gydymas elf18, MAMP pailgėjimo faktoriaus Tu (EF-Tu) epitopiniu peptidu, arba inokuliacija Pst DC3000 hrcC mutantu, kuriam trūksta III tipo bakterijų sekrecijos sistemos, žymiai skatina PRORALF23 apdorojimą (Stegmann ir kt., 2017). ). Dėl šio skilimo RALF peptidai aktyvuojami ir išskiriami kaip aktyvūs fitocitokinai. RALF be RRXL skilimo vietos, pvz., RALF17, S1P neskaldo (Stegmann ir kt., 2017). ZIP1 yra apdorojamas iš PROZIP1 kukurūzų papaino tipo cisteino proteazės (PLCP) CP1 ir CP2 (Ziemann ir kt., 2018). ZIP1 apdorojimą skatina SA, su imunine sistema susijęs fitohormonas, kuris paprastai labai sukeliamas augaluose užpuolus biotrofinius ir hemibiotrofinius patogenus (Ziemann ir kt., 2018). ZIP1 stipriai skatina SA kaupimąsi ir aktyvina PLCP kukurūzų lapuose, o tai rodo teigiamą grįžtamojo ryšio kilpą reguliuojant ZIP1 signalizaciją (Ziemann ir kt., 2018). Kaip ir PROPEP1, tiek PS, tiek PROZIP1 neturi kanoninių signalinių peptidų.

Pažymėtina, kad SlPhyts ir CP yra apoplastinės proteazės. Todėl PS ir PROZIP1 gali būti išleisti į tarpląstelines erdves pažeidžiant ląsteles arba per netradicinius baltymų sekrecijos kelius, o po to apoplastuose apdorojami subrendusiu sisteminu ir ZIP1. Taip pat buvo įrodyta, kad kiti fitocitokinai, įskaitant HypSys, PIP1, PIP2 ir SCOOP12, yra apdorojami (Hou ir kt., 2021a; Hou ir kt., 2014; Pearce ir kt., 2001a), tačiau proteazės, tarpininkaujančios skilimui, nenustatytos. dar. HypSys, IDA, PIP1, PIP2 ir SCOOP12 pirmtakuose yra tipiškų signalinių peptidų ir jie turėtų būti išskiriami į apoplastus. Vis dar nežinoma, ar šie pirmtakai suskaidomi citoplazmoje ar apoplastuose, kad taptų subrendę fitocitokinai.

HypSys turi -PPSPX- motyvų, kurie buvo nustatyti kaip pasikartojantis vienetas glikoproteinuose, kuriuose gausu hidroksiprolino, pagrindinėje ląstelės sienelės struktūrinių baltymų klasėje (Narvaez-Vasquez ir kt., 2005; Pearce ir kt., 2001a). Įdomu tai, kad kai kurie SCOOP, pvz., SCOOP2, taip pat turi -PPSPX- motyvą (Hou ir kt., 2021a). Šie fitocitokinai gali būti susiję su ląstelių sienelėmis ir iš jų išsiskiria – tai įdomus klausimas, kurį reikės ištirti ateityje.

Fitocitokinai sukelia persidengiančius ir unikalius signalizacijos kelius su MAMP

Suvokus giminingus PRR, MAMP sukelia konvergencinius PTI atsakus, įskaitant į receptorių panašių citoplazminių kinazių (RLCK) fosforilinimą, citozolinio Ca2 plius koncentracijos padidėjimą, trumpalaikį apoplastinį ROS sprogimą, mitogeno aktyvuotų baltymų kinazių (MAPK) aktyvavimą. nuo kalcio priklausomos baltymų kinazės (CDPK), gynybos genų ekspresijos perprogramavimas, kaliozės nusėdimas, su imunitetu susijusių hormonų ir antimikrobinių komponentų gamyba bei augalų augimo slopinimas (DeFalco ir Zipfel, 2021; Yu ir kt., 2017; Zhou ir Zhang 2020) . Kaip ir MAMP, kai kurie fitocitokinai taip pat aktyvuoja kanoninius PTI atsakus (2 pav.). Pavyzdžiui, Pep1, PIP1 ir SCOOP12 suaktyvina MAPK aktyvavimą, ROS gamybą, kaliozės nusėdimą ir skatina kai kurių PTI žymenų genų ekspresiją (Gully ir kt., 2019; Hou ir kt., 2021a; Hou ir kt., 2014; Ranf ir kt. 2011 m., Rodas ir kt., 2021). Kadangi šių fitocitokinų ir giminingų receptorių ekspresiją sukelia MAMP, buvo manoma, kad šie fitocitokinai sustiprina MAMP atsakus. Atsižvelgiant į tai, kai kurios flg22- sukeltos reakcijos arba atsparumas patogenams yra iš dalies pažeidžiamos, kai šie fitocitokinų signalizacijos keliai sutrinka (Gravino ir kt., 2017; Hou ir kt., 2014; Rhodes ir kt., 2021; Tintor ir kt. . 2013). Verta paminėti, kad SCOOP-MIK2 signalizacija skatina flg22-, bet stabdo Pep1- sukeltą ROS gamybą (Rhodes ir kt., 2021), o tai apsunkina MAMP ir fitocitokinų sukeltos imuninės signalizacijos perėjimą.

Be to, fitocitokinų sukelto imuninio atsako tipas ir intensyvumas gali skirtis nuo MAMP. Imuninė indukcija taip pat skiriasi tarp skirtingų fitocitokinų, kurie gali prisidėti prie augalų imuniteto įvairinimo ir specifiškumo. Pavyzdžiui, Pep1 ir SCOOP12, kaip ir flg22, sukelia RLCK BOTRITIS SUDUKTOS KINAZĖS 1 (BIK1) fosforilinimą ir suaktyvina nuo BIK{6}}priklausomus imuninius atsakus, o PIP1, atrodo, sukelia imuninį atsaką per BIK{8}}nepriklausomą būdą. (Hou et al. 2021a; Hou et al. 2014; Liu et al. 2013; Tintor ir kt. 2013). Be to, Pep1 ir SCOOP12 sukelia stiprų imuninį atsaką šaknyse, bet silpną atsaką lapuose, palyginti su flg22 (Hou ir kt., 2021a; Poncini ir kt., 2017). SCOOPs gali sukelti šaknų parudavimą – fenotipą, greičiausiai susijusį su ląstelės sienelės modifikacijomis ir šaknų imunitetu, apie kurį nebuvo pranešta apie flg22 ar Pep1 (Felix ir kt., 1999; Hou ir kt., 2021a; Huffaker ir kt., 2006). Pep1 taip pat aktyvuoja skirtingus genų tinklus iš flg22 skirtingų tipų šaknies ląstelėse (Rich-Griffin ir kt., 2020).

Augalų gynybos hormonai SA, etilenas (ET)/jazmono rūgštis (JA) veikia antagonistiškai augaluose prieš biotrofinius ir nekrotrofinius patogenus, o visi trys hormonai atlieka susipynusį vaidmenį reguliuojant flg22/elf{1}}sukeliamą PTI (Kim ir kt. . 2014). Fitocitokinų reguliuojamo imuninio signalizacijos specifiškumas taip pat koreliuoja su šiais su imunitetu susijusiais hormonais. Pavyzdžiui, buvo įrodyta, kad PIP1 ir ZIP1 aktyvina SA signalizacijos kelią ir prisideda prie biotrofinių patogenų (Hou ir kt., 2019b; Ziemann ir kt., 2018). Priešingai, PSK, PSY1 ir RALF aktyvina JA signalizacijos kelią, kad padidintų augalų atsparumą nekrotrofiniams patogenams ir (arba) pablogėtų augalų atsparumas hemibiotrofiniams patogenams (Guo ir kt., 2018; Mosher ir kt., 2013). Įdomu tai, kad Pep1 gali suaktyvinti tiek SA, tiek ET/JA signalizacijos kelius ir skatinti augalų atsparumą tiek biotrofiniams, tiek nekrotrofiniams patogenams (Liu ir kt., 2013; Ross ir kt., 2014; Tintor ir kt., 2013; Yamaguchi ir kt., 2010). Be to, kai kurie fitocitokinai taip pat reguliuoja augalų imunitetą, susisiekdami su kai kuriais kitais hormonų signalizacijos keliais. Pavyzdžiui, PSK inicijuoja nuo auksino priklausomą atsparumą B. cinerea pomidoruose (Zhang ir kt., 2018), o RALF slopina ABA signalizaciją, nors šio slopinimo vaidmuo augalų imunitetui dar turi būti ištirtas (Chen ir kt., 2016; Yu et al. al. 2012).

Fitocitokinų signalizacija moduliuoja PRR komplekso stabilumą ir surinkimą

Fitocitokinų ir MAMP plazmos membranoje reziduojantys receptoriai ir jų bendri BAK1/SERK4 koreceptoriai sudaro platformą susipynusiems fitocitokinų ir MAMP receptorių reguliavimui (2 pav.). Fitocitokinai ir giminingi receptoriai gali moduliuoti MAMP receptorių komplekso surinkimą ir signalizaciją. FER sudaro kompleksą su EFR/FLS2 ir BAK1 ir skatina elf18/flg22-sukeliamą komplekso surinkimą tarp EFR/FLS2 ir BAK1 tokiu būdu stiprindamas PTI signalizaciją (Stegmann ir kt., 2017). RALF23 suvokimas pagal FER slopina ligandų sukeltą EFR/FLS2-BAK1 komplekso susidarymą (Stegmann ir kt., 2017). RALF23 gali neigiamai reguliuoti FER funkciją esant druskos tolerancijai, skatindamas jos internalizavimą (Zhao ir kt., 2018), todėl kyla tikimybė, kad RALF23 slopina PTI signalizaciją panašiu mechanizmu. Įdomu tai, kad RALF17, kitaip nei REALF23, skatina elf{21}}suaktyvintą ROS gamybą per FER (Stegmann ir kt., 2017). RALF17 gali sustiprinti FER tarpininkaujantį kompleksą tarp EFR ir BAK1, konkuruodamas su RALF23 dėl FER surišimo. Tačiau mechanizmas, kuriuo grindžiamas RALF23 ir RALF17 priešingas PRR komplekso tarpininkaujamo signalizacijos moduliavimas, lieka neaiškus.

Be to, artimiausi FER homologai ANXUR1 (ANX1) ir ANX2 taip pat yra susiję su FLS2 ir BAK1 (Mang ir kt., 2017). Taip pat FLS2 suvokimas flg22 skatina ANX1 ryšį su BAK1. Tačiau ANX1 neigiamai reguliuoja flg22-sukeliamą FLS2-BAK1 komplekso susidarymą ir augalų PTI atsakus (Mang ir kt., 2017). Būtų įdomu ateityje išbandyti, ar FER ir ANX1 konkuruoja tarpusavyje dėl sąsajos su FLS{16}}BAK1 kompleksu, kad sustiprintų arba susilpnintų PTI atsakus ir ar šis FER-ANX balansas yra valdomas skirtingų RALF peptidai. RGI3 sudaro flg{20}}sukeltą kompleksą su FLS2, o tai rodo, kad RGI3 yra aktyvuotos PRR signalizacijos platformos dalis (Stegmann ir kt., 2021). Įdomu tai, kad RGF9/GLV2 suvokimas RGI receptoriais padidina FLS2 gausumą ir taip skatina FLS2 signalizacijos išvestį (2 pav.) (Stegmann ir kt., 2021). Bus įdomu ištirti galimą ryšį tarp FLS2 gausos ir RGI3- FLS2 asociacijos. FLS2 gausą reguliuoja dviejų E3 ligazių augalo U-box baltymas 12 (PUB12) ir PUB13- tarpininkaujama ubikvitinacija (Lu ir kt., 2011), todėl kyla tikimybė, kad RGI3 trukdo PUB12/PUB13-tarpininkaujamai ubikvitinacijai. iš FLS2.

Augalų imuniteto moduliavimas patogeno koduojamu fitocitokinų mimika

Nors fitocitokinai laikomi augalams būdingomis signalinėmis molekulėmis, kai kurie fitocitokinų homologai arba į fitocitokinus panašios sekos randamos mikrobuose, ypač augalų patogeniniuose grybuose, bakterijose ir parazitiniuose nematoduose. Kaip ir fitocitokinai augaluose, dauguma į mikrobų fitocitokinus panašių sekų yra gautos iš pirmtakų baltymų C-galų su N-galiniu signaliniu peptidu. Šios patogeno koduojamos fitocitokinų sekos atpažįstamos tų pačių receptorių ir aktyvuoja panašius kelius su atitinkamais fitocitokinais augaluose, todėl jos laikomos fitocitokinų imitacijomis (Ronald ir Joe 2018). Mikrobų fitocitokinų imitatoriai paprastai veikia kaip virulentiškumo veiksniai, skatinantys patogenų patogeniškumą, užgrobdami fitocitokinų sukeltus ląstelių procesus. Tačiau neseniai buvo nustatyta, kad kai kurie iš šių į fitocitokinus panašių motyvų gali suaktyvinti augalų imuninį atsaką ir, kaip manoma, yra potencialūs MAMP (Hou ir kt., 2021a; Rhodes ir kt., 2021).

Ryžių Xanthomonas atsparumas 21 (XA21), LRRRLK tipo PRR, atpažįsta sintetinį 21-aa peptidą su sulfatine tirozino liekana, gauta iš bakterinio patogeno RaxX (RaxX{5}}sY) C-galo. X. oryzae pv. oryzae (Xoo) padermė PXO99 ir aktyvina imuninį atsaką, kad būtų plataus spektro atsparumas Xoo (Pruitt ir kt., 2015; Song ir kt., 1995). Xanthomonas padermė, kurioje nėra raxX, yra susilpnėjusi savo gebėjimu užkrėsti ryžius, kuriuose trūksta XA21, o tai rodo, kad RaxX yra virulentiškumo faktorius. RaxX yra mažas baltymas, turintis numatomą N-galo signalinį peptidą, kuris yra labai konservuotas daugelyje Xanthomonas rūšių (Pruitt ir kt., 2015). Sekos analizė parodė, kad RaxX21 yra panašus į fitocitokiną PSY1 (Amano ir kt., 2007; Pruitt ir kt., 2017; Pruitt ir kt., 2015). Kaip ir PSY1, RaxX21-sY peptidai iš įvairių Xanthomonas rūšių skatina augalų šaknų pailgėjimą, o tai rodo, kad RaxX21-sY yra funkcinė augalų PSY imitacija.

Buvo iškelta hipotezė, kad RaxX21-sY taikosi į augalų ląstelių paviršiuje lokalizuotus PSY receptorius, kad padidintų augalų jautrumą Xanthomonas padermėms. Nors buvo manoma, kad PSY1R yra galimas PSY1 receptorius Arabidopsis (Amano ir kt., 2007), psy1r mutantai vis dar reaguoja ir į PSY, ir į RaxX21-sY (Pruitt ir kt., 2017), o tai rodo, kad papildomas gali būti įtrauktas (-i) receptorius (-iai). Skirtingai nei RaxX21-sY, PSY peptidai neaktyvina XA21-sukeliamo imuniteto (Pruitt ir kt., 2017). Tai rodo, kad XA21 yra neseniai išsivystęs receptorius, specialiai atpažįstantis RaxX21-sY ir sukeliantis augalų atsparumą RaxX turintiems patogenams.

Sekos derinimas rodo, kad RALF homologai yra plačiai paplitę ne tik augaluose, bet ir tarp filogenetiškai nutolusių fitopatogenų, tokių kaip patogeniniai Fusarium grybai ir aktinobakterijos (Masachis ir kt., 2016; Thynne ir kt., 2017; Wood ir kt., 2020). Į RALF panašių baltymų taip pat yra daugelyje šakniavaisių nematodų rūšių (Masachis ir kt., 2016; Thynne ir kt., 2017; Zhang ir kt., 2020b). Šie mikrobiniai RALF homologai pasižymi labai panašiomis sekos charakteristikomis su augalų RALF, įskaitant N-galinį signalinį peptidą ir keturias labai konservuotas cisteino liekanas (Masachis ir kt., 2016; Thynne ir kt., 2017; Zhang ir kt., 2020b). Įrodyta, kad kai kurie patogeno RALF panašūs peptidai imituoja augalų RALF ir moduliuoja FER tarpininkaujamus atsakus, palankesnius patogenų infekcijos procesui. Pavyzdžiui, šaknis užkrečiantis grybelis F. oxysporum išskiria funkcinę RALF imitaciją (F-RALF), kad sukeltų ekstraląstelinį šarminimą, tiesiogiai nukreipdamas į FER, kad būtų skatinamas grybelio dauginimasis (Masachis ir kt., 2016). Taip pat šaknies mazgas nematodas Meloidogyne incognita turi du į RALF panašius genus (MiRALF1 ir MiRALF3), kurie imituoja šeimininko RALF, kad surištų FER, tokiu būdu manipuliuodami FER tarpininkaujamu signalizavimu, skatindami M. incognita parazitizmą (Zhang ir kt., 2020b). Todėl FER yra šių mikrobų RALF panašių veiksnių virulentiškumo taikinys. Neseniai pranešta, kad du FER homologiniai CrRLK1L LETUM1 (LET1) ir LET2 aktyvuoja mkk1 mkk2 2 (SUMM2) sukelto autoimuniteto ir ląstelių mirties nukleotidų surišimo domeną, kuriame gausu leucino kartojimo (NLR) tipo imuninių receptorių slopintuvą. Huang ir kt., 2020; Liu ir kt., 2020a). RALF arba susijusios molekulės gali būti potencialūs LET1 / LET2 ligandai reguliuojant SUMM2 aktyvavimą. Kyla pagunda spėlioti, kad RALF ar kiti fitocitokinų imitatoriai gali veikti kaip „avirulentiškumo“ veiksniai, aktyvuojantys NLR sukeltą imunitetą.

Nors dauguma į RALF panašių sekų, nustatytų patogenuose, yra artimos Arabidopsis RALF1, patogeno koduotas RALF imituoja susimaišymą su augalų RALF be akivaizdžios evoliucinės kilmės filogenetinėmis analizėmis (Masachis ir kt., 2016; Thynne ir kt., 2017; Zhang ir kt. 2020b). Pažymėtina, kad į RALF panašios sekos, rastos tuopos patogeno Sphaerulina music ir Septoria populicola genomuose, yra glaudžiai susijusios su tuopos RALF genu (Thynne ir kt., 2017). Šie stebėjimai rodo, kad patogenai galėjo įgyti RALF genus horizontaliai pernešdami genus iš savo augalų šeimininkų. Kadangi iš Fusarium padermių išskirtas (-i) neatpažintas (-i) baltyminis (-iai) žadintuvas (-ai) aktyvuoja MIK{8}}sukeliamus PTI atsakus, manoma, kad funkcinį (-ius) SCOOP analogą (-ius) užkoduoja Fusarium genomai (Coleman ir kt., 2021). Smūginė paieška naudojant Arabidopsis SCOOP atskleidė, kad kai kurie į SCOOP panašūs (SCOOPL) motyvai egzistuoja skirtingose ​​Fusarium padermių baltymų šeimose (Hou ir kt., 2021a; Rhodes ir kt., 2021). Tačiau, skirtingai nuo klasikinių fitocitokinų imitacijų, atrodo, kad visi šie SCOOPL yra pasiskirstę baltymuose, priklausančiuose skirtingoms šeimoms. Pavyzdžiui, vienas iš Fusarium SCOOPL lokalizuojasi tariamo Fusarium padermėse išsaugoto transkripcijos reguliatoriaus N-gale (Hou ir kt., 2021a); kitas Fusarium SCOOPL yra DNR topoizomerazės C gale (Rhodes ir kt., 2021).

Be to, SCOOPL taip pat egzistuoja nežinomos funkcijos baltyme, išsaugotame bakterijų Comamonadaceae (Hou ir kt., 2021a). Svarbu tai, kad sintetiniai peptidai, atitinkantys kai kuriuos iš šių Fusarium ir Comamonadaceae SCOOPL, gali aktyvuoti MIK2- ir (arba) BAK1/SERK4- priklausomus imuninius atsakus, nors jų veikla yra silpnesnė nei Arabidopsis SCOOP (Hou ir kt. 2021a, Rodas ir kt., 2021). SCOOPL išmušimas F. oxysporum 5176 padidino Arabidopsis grybelio patogeniškumą (Hou ir kt., 2021a). Todėl SCOOPL gali veikti kaip MAMP, o ne virulentiškumo faktoriai, kad suaktyvintų MIK2-BAK1/SERK4- tarpininkaujamus PTI atsakus.

Palyginti su plačiu SCOOPL paplitimu grybelinėse Fusarium spp. ir bakterijų Comamonadaceae, augalų SCOOP yra tik Brassicaceae augaluose ir vyksta reikšmingas genų išsiplėtimas (Gully ir kt., 2019). Tai rodo, kad augalų SCOOP galėjo išsivystyti vėliau nei mikrobiniai SCOOPL. Be to, filogenetinė analizė rodo, kad Arabidopsis SCOOP, Fusarium ir Comamonadaceae SCOOPL peptidiniai motyvai galėjo išsivystyti nepriklausomai (Hou ir kt., 2021a). Be to, augalų SCOOP yra gaunami iš mažų peptidų pirmtakų baltymų, o Fusarium ir Comamonadaceae SCOOPL yra baltymuose, priklausančiuose skirtingoms šeimoms. Baltymų šeimų, turinčių SCOOP / SCOOPL, skirtumai taip pat rodo, kad SCOOP ir SCOOPL galėjo vystytis konvergentiškai, tačiau mažai tikėtini dėl horizontalaus genų perdavimo. Taigi, prognozuojama, kad augalų SCOOP galėjo konvergentiškai išsivystyti, kad imituotų mikrobų SCOOPL ir sustiprintų SCOOPL sukeltą imunitetą (Hou ir kt., 2021a).

Baigiamosios pastabos ir perspektyvos

Nustatyta, kad augalų endogeninių peptidų signalizacija ilgą laiką dalyvauja reguliuojant augalų imunitetą. Šie imunomoduliuojantys peptidai neseniai buvo apibrėžti kaip „fitocitokinai“, terminas, kilęs iš „citokinų“ kaip peptidų grupės, veikiančios metazoanų imuninėje sistemoje. Naujausia pažanga atskleidė, kad fitocitokinai, kaip ir citokinai, gaminami ir išleidžiami į tarpląstelinius skyrius, kai augalai patiria patogenų invazijas; fitocitokinus, tokius kaip MAMP ir DAMP, atpažįsta plazmos membranoje lokalizuoti receptoriai, kad suaktyvintų kanoninius PTI atsakus arba reguliuotų augalų imunitetą per unikalų signalizacijos mechanizmą. Tačiau augaluose, ypač pasėliuose, dar laukiama identifikuoti daugiau fitocitokinų ir jiems giminingų receptorių. Funkcinis specifiškumas ir skirtingų vidaus ir tarpšeimų fitocitokinų koordinavimas iš esmės nežinomas. Ateityje reikia stengtis iššifruoti, kaip fitocitokinai specializuojasi augalų atsparumui tam tikrai patogenų klasei ir kaip skirtingi fitocitokinai koordinuojasi, kad būtų pasiektas platus augalų atsparumo spektras.

Mikrobuose buvo nustatytos kelios į fitocitokinus panašios sekos. Atrodo, kad šie mikrobų koduojami fitocitokinų tipai veikia kaip virulentiškumo veiksniai arba MAMP, kad slopintų arba suaktyvintų augalų imunitetą. Be to, daugelį fitocitokinų suvokia receptoriai, evoliuciškai uždaryti kai kurių baltyminių MAMP receptoriams. Tai reiškia evoliucinę reikšmę tarp fitocitokinų signalizacijos ir MAMP signalizacijos. Sisteminga ir lyginamoji fitocitokinų tipo mikrobų analizė genomo lygiu gali atskleisti augalų imuniteto raidą. Neseniai buvo įrodyta, kad PTI ir efektoriaus sukeltas imunitetas (ETI), dvi augalų imuninių takų pakopos, vienas kitą stiprina (Ngou ir kt., 2021; Yuan ir kt., 2021). Bus įdomu nustatyti galimą fitocitokinų dalyvavimą augalų ETI ir ar fitocitokinų signalizacija galėtų veikti kaip jungiamasis taškas tarp augalų PTI ir ETI. Galiausiai, kai kurie imunologiniai fitocitokinai taip pat veikia vystymosi procesuose ir augalų tolerancijose įvairiems abiotiniams įtempiams. Reikia ištirti molekulinius mechanizmus, kuriais grindžiami fitocitokinų sukeltų skirtingų fiziologinių procesų signalizacijos skersiniai pokalbiai. Sprendžiant šiuos klausimus, mes geriau suprasime fitocitokinų funkcijas ir išsiaiškinsime, kaip augalai integruoja skirtingus streso atsakus per fitocitokinų signalizaciją.

Padėkos

Atsiprašome tų, kurių darbai nėra cituojami dėl vietos apribojimo.

Autorių indėlis

Visi autoriai prisidėjo prie straipsnio kūrimo. Autoriai perskaitė ir patvirtino galutinį rankraštį.

Finansavimas

Darbą rėmė Nacionalinis mokslo fondas (NSF) (IOS1951094) ir Nacionaliniai sveikatos institutai (NIH) (R01GM092893) PH, Šandongo provincijos gamtos mokslų fondas (ZR2020MC022) ir Šandongo aukštosios mokyklos jaunimo inovacijų technologijų projektas. Provincija (2020KJF013) į SH Finansavimo agentūros neatlieka jokių vaidmenų planuojant tyrimą ir renkant, analizuojant ir interpretuojant duomenis bei rašant rankraštį.

Duomenų ir medžiagų prieinamumas

Netaikoma.

Deklaracijos

Konkuruojantys interesai

Autorius PH yra redakcinės kolegijos narys ir nedalyvavo žurnalo peržiūroje ar su juo susijusiuose sprendimuose.

Nuorodos

1. Amano Y, Tsubouchi H, Shinohara H, Ogawa M, Matsubayashi Y (2007) Tirozinsulfatas glikopeptidas, dalyvaujantis Arabidopsis ląstelių proliferacijoje ir plėtime. Proc Natl Acad Sci USA 104(46):18333–18338.

2. Banchereau J, Pascual V, O'Garra A (2012) Nuo IL-2 iki IL-37: besiplečiantis priešuždegiminių citokinų spektras. Nat Immunol 13(10):925–931.

3. Beloshistov RE, Dreizler K, Galiullina RA, Tuzhikov AI, Serebryakova MV, Reichardt S, Shaw J, Taliansky ME, Pfannstiel J, Chichkova NV, Stintzi A, Schaller A, Vartapetian AB (2018) Phytaspase-mediated pirmtakų apdorojimas ir brandinimas žaizdos hormono sistema. New Phytol 218(3):1167–1178.

4. Blackburn MR, Haruta M, Moura DS (2020) Dvidešimties metų pažanga atliekant fiziologinius ir biocheminius RALF peptidų tyrimus. Plant Physiol 182(4):1657–1666.

5. Butenko MA, Patterson SE, Grini PE, Stenvik GE, Amundsen SS, Mandal A, Aalen RB (2003) Žiedynas, kuriam trūksta abscisijos, kontroliuoja gėlių organų abscisiją Arabidopsis ir nustato naują tariamų ligandų šeimą augaluose. Plant Cell 15(10):2296–2307.

6. Chen J, Yu F, Liu Y, Du C, Li X, Zhu S, Wang X, Lan W, Rodriguez PL, Liu X, Li D, Chen L, Luan S (2016) FERONIA sąveikauja su ABI{{2 }}tipo fosfatazės, palengvinančios signalizacijos kryžminį pokalbį tarp abscisinės rūgšties ir RALF peptido Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 113(37): E5519–E5527.

7. Chen YC, Siems WF, Pearce G, Ryan CA (2008) Šeši peptidiniai žaizdos signalai, gauti iš vieno pirmtako baltymo Ipomoea batatas lapuose, kad suaktyvintų gynybos geno patempimo išraišką. J Biol Chem 283(17): 11469-11476.

8. Coleman AD, Maroschek J, Raasch L, Takken FLW, Ranf S, Huckelhoven R (2021) Arabidopsis leucino turtinga kartotinė į receptorius panaši kinazė MIK2 yra esminis ankstyvojo imuninio atsako į grybelių sukeltą sukėlėją komponentas. New Phytol 229(6):3453–3466.

9. Couto D, Zipfel C (2016) Modelio atpažinimo receptorių signalizacijos reguliavimas augaluose. Nat Rev Immunol 16(9):537–552.

10.DeFalco TA, Zipfel C (2021) Ankstyvojo augalų modelio molekuliniai mechanizmai sukėlė imuninę signalizaciją. Mol Cell S1097-2765(21)00598.

11. Ding Y, Wang J, Wang J, Stierhof YD, Robinson DG, Jiang L (2012) Netradicinė baltymų sekrecija. Trends Plant Sci 17(10):606–615

12. Engelsdorf T, Gigli-Bisceglia N, Veerabagu M, McKenna JF, Vaahtera L, Augstein F, Van der Does D, Zipfel C, Hamann T (2018) Augalų ląstelių sienelės vientisumo palaikymo ir imuninės signalizacijos sistemos bendradarbiauja, kad valdytų atsaką į stresą Arabidopsis thaliana. Sci Signal 11(536):eaao3070

For more information:1950477648nn@gmail.com