Sistemin je dobro poznati biljni peptidni hormon koji igra ključnu ulogu u pokretanju odbrambenih reakcija biljaka. Kao dobavljač Systemina, svjedočio sam rastućem interesu za razumijevanje mehanizama koji stoje iza Systemin-indukovanih odbrambenih odgovora. U ovom blogu ću se pozabaviti ključnim mehanizmima koji upravljaju ovim odgovorima, naglašavajući značaj Systemina u zaštiti bilja.
Systemin Discovery and General Function
Sistemin je prvi put otkriven u biljkama paradajza. To je mali peptid od 18 aminokiselina koji se oslobađa kao odgovor na ranjavanje, obično uzrokovano napadima biljojeda ili mehaničkim oštećenjem. Jednom oslobođen, Systemin djeluje kao signalni molekul, pokrećući kaskadu događaja koji dovode do aktivacije različitih odbrambenih mehanizama u biljci.
Vezivanje receptora i inicijacija signala
Prvi korak u odbrambenim odgovorima izazvanim Systeminom je vezivanje Systemina za njegov specifični receptor na membrani biljne ćelije. Receptor za sistemin u biljkama paradajza identifikovan je kao receptor za ponavljanje bogat leucinom - poput kinaze (LRR - RLK) nazvan SR160. Kada se Systemin veže za SR160, on aktivira aktivnost kinaze receptora. Ovaj događaj fosforilacije pokreće lančanu reakciju unutar ćelije, slično kao što ključ pokreće složenu mašineriju.
Aktivirani receptor zatim regrutuje i fosforilira nizvodne signalne molekule. Ovi molekuli su često uključeni u kaskadu MAPK (mitogen-aktivirana protein kinaza). MAPK kaskada je visoko očuvan signalni put u biljkama i životinjama. U kontekstu Systemin signalizacije, aktivacija MAPK dovodi do fosforilacije faktora transkripcije. Ovi faktori transkripcije su proteini koji se mogu vezati za specifične sekvence DNK i regulisati ekspresiju gena.
Aktivacija puta jasmonske kiseline
Jedan od najvažnijih nizvodnih efekata Systemin signalizacije je aktivacija puta jasmonske kiseline (JA). JA je dobro poznati biljni hormon uključen u različite reakcije na stres, uključujući odbranu od biljojeda.
Kada Systemin aktivira MAPK kaskadu, to na kraju dovodi do sinteze JA. Sinteza JA počinje oslobađanjem linolenske kiseline iz ćelijske membrane. Linolenska kiselina se zatim pretvara u 12-okso-fitodiensku kiselinu (OPDA) kroz niz enzimskih reakcija. OPDA se zatim transportuje u peroksizom, gde se dalje pretvara u JA.
Jednom kada se JA sintetiše, on se vezuje za svoj receptor, COI1 (koronatin – neosetljiv 1). JA - COI1 kompleks zatim cilja specifične proteine represora radi razgradnje. Ovi represorski proteini normalno inhibiraju aktivnost transkripcionih faktora uključenih u ekspresiju gena vezanih za odbranu. Sa degradacijom represora, faktori transkripcije su slobodni da se vežu za regione promotora gena povezanih sa odbrambom i iniciraju njihovu transkripciju.
Ekspresija odbrane - srodni geni
Aktivacija JA puta dovodi do regulacije velikog broja gena vezanih za odbranu. Ovi geni kodiraju različite proteine s različitim funkcijama u odbrani biljaka.
Neki od gena kodiraju inhibitore proteaze. Inhibitori proteaze su proteini koji mogu inhibirati aktivnost proteaza u crijevima biljojeda. Kada se biljojedi hrane biljkama koje eksprimiraju inhibitore proteaze, njihova probava je poremećena, jer su proteaze neophodne za razgradnju proteina u hrani. Ovo smanjuje nutritivnu vrijednost biljke za biljojeda i u konačnici može dovesti do smanjenog rasta i preživljavanja biljojeda.
Drugi geni vezani za odbranu kodiraju proteine uključene u sintezu sekundarnih metabolita. Sekundarni metaboliti kao što su alkaloidi, fenoli i terpenoidi imaju različite funkcije u odbrani biljaka. Na primjer, neki alkaloidi mogu biti toksični za biljojede, dok fenoli mogu djelovati kao antioksidansi i također imaju antimikrobna svojstva.
Sistemska signalizacija
Jedna od izuzetnih karakteristika odbrambenih odgovora izazvanih Systeminom je njegova sposobnost da pokrene sistemske odgovore. Kada je dio biljke oštećen, Systemin ne samo da aktivira odbrambene reakcije u oštećenom tkivu već i u drugim dijelovima biljke koji nisu direktno zahvaćeni.
Smatra se da sistemska signalizacija uključuje kretanje samog Sistemina ili drugih signalnih molekula kroz floem. Jednom kada Systemin ili njegovi nizvodni signali stignu do udaljenih dijelova biljke, oni pokreću istu obrambenu - signalnu kaskadu kao u oštećenom tkivu. Ovo omogućava biljci da pripremi cijelo tijelo za potencijalne napade biljojeda, čak i ako je samo mali dio biljke u početku oštećen.
Poređenje sa drugim sistemima peptidne signalizacije
U svijetu biljne peptidne signalizacije, Systemin nije jedini igrač. Postoje i drugi peptidi, kao nprAnnorphin A (1 - 9),Peptid povezan sa Galanin porukom (44 - 59) Amid, i6×Njegov peptid, koji također igraju važnu ulogu u različitim fiziološkim procesima.
Iako ovi peptidi imaju različite funkcije i mehanizme signalizacije u poređenju sa Systeminom, svi dijele zajedničku osobinu da su mali, bioaktivni molekuli koji mogu pokrenuti specifične odgovore u biljkama ili drugim organizmima. Na primjer, dinorfin A (1 - 9) je proučavan u kontekstu modulacije bola kod životinja, ali njegova potencijalna uloga u biljkama ili drugim neživotinjskim sistemima je još uvijek područje istraživanja.
Implikacije za poljoprivredu
Razumijevanje mehanizama odbrambenih odgovora izazvanih Sisteminom ima značajne implikacije na poljoprivredu. Unapređivanjem signalnog puta Systemina, potencijalno možemo poboljšati prirodne odbrambene sposobnosti usjeva od biljojeda i štetočina. To može smanjiti ovisnost o kemijskim pesticidima, koji imaju negativne utjecaje na okoliš.
Na primjer, tehnike genetskog inženjeringa mogu se koristiti za pretjeranu ekspresiju sistemaina ili njegovog receptora u usjevima. To bi dovelo do snažnije aktivacije odbrambeno-signalne kaskade i bolje zaštite od napada biljojeda. Osim toga, znanje o signalizaciji Systemina može se koristiti u razvoju novih biopesticida koji oponašaju djelovanje Systemina ili pojačavaju njegovu aktivnost.
Zaključak
Zaključno, odbrambeni odgovori izazvani Sisteminom su složen i visoko reguliran proces. Od početnog vezivanja Systemina za njegov receptor, preko aktivacije MAPK kaskade i JA puta, do ekspresije gena vezanih za odbranu i sistemske signalizacije, svaki korak je ključan za sposobnost biljke da se brani od biljojeda.
Kao Systemin dobavljač, uzbuđen sam zbog potencijalne primjene Systemina u poljoprivredi i istraživanju biljaka. Ako ste zainteresovani da saznate više o Systeminu ili razmišljate o kupovini Systemina za svoje istraživačke ili poljoprivredne potrebe, preporučujem vam da se obratite za raspravu o nabavci. Razumijevanje mehanizama odbrambenih odgovora izazvanih Systeminom nije samo fascinantno iz naučne perspektive, već obećava i održiviji i ekološki prihvatljiviji pristup zaštiti bilja.
Reference
- Pearce, G., Strydom, D., Johnson, S., & Ryan, CA (1991). Polipeptid iz listova paradajza indukuje sintezu inhibitora proteinaze izazvanu ranom. Nauka, 253(5024), 895 - 898.
- Ryan, CA, & Pearce, G. (2003). Sistemin: polipeptidni signal za odbrambene odgovore biljaka. Godišnji pregled biologije biljaka, 54, 111 - 136.
- Wasternack, C., & Hause, B. (2013). Jasmonati: biosinteza, percepcija, transdukcija signala i djelovanje u odgovoru na stres biljaka, rastu i razvoju. Ažuriranje pregleda iz 2007. u Annals of Botany. Anali botanike, 111(1), 1021 - 1058.