Fitocitokini djeluju kao imunološki modulatori biljnog imuniteta

Sažetak

Imunološki receptori koji se nalaze na biljnoj plazma membrani reguliraju imunitet biljaka prepoznavanjem molekularnih uzoraka povezanih s mikrobima (MAMP), molekularnih uzoraka povezanih s oštećenjem (DAMP) i fitocitokina. Fitocitokini su posađeni endogeni peptidi, koji se obično proizvode u citosolu i otpuštaju u apoplast kada se biljka susreće s infekcijama patogenima. Fitocitokini reguliraju imunitet biljaka aktiviranjem preklapajućeg signalnog puta s MAMP-ovima/DAMP-ovima s nekim jedinstvenim značajkama. Ovdje ističemo trenutačno razumijevanje proizvodnje, percepcije i funkcija fitocitokina u imunitetu biljaka i raspravljamo o tome kako biljke i patogeni manipuliraju signalizacijom fitocitokina za svoje dobrobiti tijekom borbe biljaka i patogena.

Ključne riječi:

Fitocitokin, molekularni uzorak povezan s oštećenjem (DAMP), receptor za prepoznavanje uzorka (PRR), imunitet izazvan uzorkom (PTI), imunitet biljaka.

Endogeni peptid je vrsta polipeptidnog spoja koji proizvodi samo ljudsko tijelo, a koji ima važne biološke funkcije u imunološkom sustavu tijela. Endogeni peptidi uglavnom su raspoređeni u limfoidnom tkivu, izvanstaničnoj tekućini, serumu itd., mogu aktivirati i regulirati funkciju imunoloških stanica, a također mogu utjecati na biološke procese kao što su upalni odgovor, antibakterijska obrana, stanična proliferacija i diferencijacija.

Odnos između endogenih peptida i imuniteta uglavnom se očituje u sljedećim aspektima:

1. Jačanje vlastitog imuniteta: Endogeni peptidi mogu pospješiti proliferaciju i aktivnost imunoloških stanica kao što su bijela krvna zrnca i limfociti, poboljšati tjelesni imunitet i tako poboljšati otpornost tijela na vanjske patogene.

2. Antibakterijska obrana: endogeni peptidi mogu se izravno boriti protiv bakterija, virusa i drugih mikroorganizama, djelovati antibakterijski i spriječiti bakterije da napadnu tijelo i izazovu infekciju.

3. Regulacija upalnog odgovora: endogeni peptidi mogu regulirati pojavu i napredovanje upalnog odgovora, smanjiti oštećenje upalnog odgovora na tijelu i na taj način zaštititi tijelo od oštećenja upalnog odgovora.

4. Pospješite popravak tkiva: endogeni peptidi mogu pospješiti popravak i regeneraciju tkiva i ubrzati oporavak i rehabilitaciju tkiva, čime se jača tjelesni imunitet. Općenito, endogeni peptidi igraju važnu ulogu u imunološkom sustavu, regulirajući i jačajući imunitet tijela. Utječe na tjelesni imunitet jačanjem tjelesnog imuniteta, antibakterijskom obranom, reguliranjem upalnog odgovora i poticanjem popravka tkiva. Dakle, s ove točke gledišta, moramo obratiti pozornost na poboljšanje našeg ljudskog imuniteta. Cistanche ima značajan učinak poboljšanja. Polisaharidi u mesu mogu regulirati imunološki odgovor ljudskog imunološkog sustava, poboljšati otpornost imunoloških stanica na stres i ojačati imunološke stanice. baktericidni učinak.

Click cistanche deserticola dodatak

Uvod

Početkom 1990-ih sistemin je identificiran kao prva peptidna signalna molekula u rajčici (Pearce et al. 1991). Tijekom posljednja tri desetljeća deseci malih peptida koji pripadaju različitim obiteljima identificirani su i funkcionalno karakterizirani kao signalne molekule u raznim biljnim vrstama, posebno u referentnim biljkama Arabidopsis thaliana. Značajni dokazi pokazuju da su ovi peptidi, slični konvencionalnim fitohormonima, vrlo aktivni pri niskim koncentracijama i igraju ključnu ulogu u regulaciji razvoja biljaka, reprodukcije, imuniteta i prilagodbe stresovima iz okoliša. Međutim, za razliku od klasičnih fitohormona koji se biosintetiziraju kroz specijalizirane metaboličke reakcije i imaju očuvane strukture i funkcije diljem biljnog carstva, ovi peptidi su genski proizvodi s velikom raznolikošću sekvenci i funkcionalnom specifičnošću među biljnim vrstama (Matsubayashi 2014; Olsson et al. 2019; Takahashi i dr. 2019).

Posljednjih godina različite vrste malih izlučenih peptida uključene su u regulaciju imuniteta biljaka. Geni koji kodiraju mnoge od ovih imunomodulacijskih peptida brzo se i značajno induciraju tijekom infekcija patogenima ili tretmana s molekularnim obrascima povezanim s patogenima/mikrobima (PAMPs/MAMPs) (Li et al. 2016a). Prepoznavanje MAMP-a pomoću receptora za prepoznavanje uzorka (PRR) koji se nalaze u biljnoj plazma membrani (PM) pokreće imunitet potaknut biljnim uzorkom (PTI), prvu liniju inducibilne obrane od infekcija (Couto i Zipfel 2016; Yu et al. 2017; Zhou i Zhang 2020). Biljni PRR-ovi također prepoznaju molekularne obrasce povezane s oštećenjem (DAMP) koji potiču iz domaćina, kao što su izvanstanični nukleotidi, fragmenti polisaharida koji potječu iz biljnih staničnih stijenki te imunološki povezani proteini i peptidi, koji se obično otpuštaju nakon oštećenja stanice (Gust et al. 2017; Hou i dr. 2019a; Tanaka i Heil 2021).

Iako su se imunomodulacijski peptidi smatrali vrstom DAMP-a, većina imunoloških peptida izlučuje se u izvanstanične apoplaste u odsutnosti ili prije oštećenja stanice. Nadalje, imunološki peptidi imaju različite kemijske karakteristike, procese sazrijevanja i način djelovanja u usporedbi s konvencionalnim DAMP-ovima. Ovi imunološki peptidi funkcionalno su analogni životinjskim citokinima, skupini signalnih peptida koje proizvode imunološke stanice, endotelne stanice i fibroblasti, koji funkcioniraju u zdravlju i bolesti, posebno u imunitetu domaćina, upalama, traumama, sepsi i raku kao imunomodulacijski agensi (Banchereau i dr. 2012; Luo 2012). Stoga su biljni citokini ili fitocitokini skovani da se odnose na biljne peptidne hormone koji reguliraju imunitet i razvoj biljaka kao signale međustanične komunikacije (Luo 2012.). Stoga su imunogeni čimbenici biljnog podrijetla dalje podijeljeni u dvije kategorije s jednom klasom kao klasični DAMP-ovi: molekule koje se pasivno otpuštaju nakon oštećenja stanica i jednom klasom kao fitocitokini: imunomodulacijski peptidi koji se obrađuju i/ili izlučuju nakon infekcija (Gust et al. 2017; Tanaka i Heil 2021).

Naime, neki peptidni hormoni koji su inicijalno identificirani kao regulatori razvoja biljaka, reprodukcije ili odgovora na abiotski stres uključeni su u imunitet biljaka. Slično tome, neki imunološki peptidi također igraju ulogu u drugim fiziološkim procesima. Stoga ti imunološki fitocitokini imaju dvostruku ulogu u imunitetu biljaka, razvoju, rastu, reprodukciji ili prilagodbi na stres, slično citokinima u fiziologiji životinja. Zanimljivo je da su kod mikroba identificirane neke sekvence slične fitocitokinima, koje bi mogle aktivirati ili oslabiti imunitet biljaka. U ovom ćemo pregledu istaknuti nedavni napredak u mehanizmima biljnog imuniteta posredovanog fitocitokinima i raspravljati o tome kako biljke i fitopatogeni manipuliraju signalizacijom fitocitokina za preživljavanje svakog mjesta tijekom interakcije domaćin-patogen.

Klasifikacija, identifikacija i funkcija fitocitokina

Fitocitokini se mogu podijeliti u dvije glavne klase na temelju toga sadrže li njihovi prekursorski proteini signalni peptid (Matsubayashi 2014). Systemin, biljni elicitor peptid (PEP1), Z. mays imunološki signalni peptid 1 (ZIP1) i sojini GmPEPs pripadaju skupini fitocitokina u čijim prekursorima nema signalnog peptida i klasificiraju se kao nesekretirani peptidi. Ostali fitocitokini, uključujući sustave bogate hidroksiprolinom (HypSys), izlučeni peptid 1 (PIP1)/PIP2 izazvan PAMP-om, endogeni peptid 12 bogat serinom (SCOOP12), fitosulfokine (PSK), biljni peptid koji sadrži sulfatirani tirozin 1 (PSY1), cvat manjak u abscisiji (IDA)/IDA-LIKE 6 (IDL6), faktori rasta korijenskog meristema (RGF)/GOLVEN (GLV) i faktori brze alkalizacije (RALF) čine drugu skupinu čiji prekursori sadrže signalni peptid i klasificirani su kao izlučeni peptidi (Tablica 1).

Systemin je 18-peptid aminokiseline (aa), identificiran iz ekstrakata lišća rajčice i nazvan jer može posredovati u sistemskim obrambenim odgovorima na velike udaljenosti (McGurl et al. 1992; Pearce et al. 1991). Systemin je pronađen u većini vrsta obitelji Solanaceae (Ryan i Pearce 2003). Tretiranje rajčica sisteminom pokreće niz odgovora otpornosti, uključujući proizvodnju inhibitora proteinaze, indukciju ekstracelularne alkalizacije i emisije etilena te obranu od insekata biljojeda (Zhang et al. 2020a). PEP1, 23-aa peptid, prvi je fitocitokin identificiran u Arabidopsisu. Genom Arabidopsis kodira osam PEP-ova, a njihovi ortolozi identificirani su u širokom nizu biljnih vrsta, uključujući kukuruz, rižu, krumpir i soju (Huffaker et al. 2011; Huffaker et al. 2006; Poretsky et al. 2020).

AtPEP1 aktivira karakteristični znak PTI odgovora i potiče otpornost biljaka na različite patogene, uključujući bakteriju Pseudomonas syringae, gljivicu Botrytis cinerea i oomycete Phytophthora infestans (Huffaker i sur. 2006; Yamaguchi i sur. 2010; Liu i sur. 2013). ZIP1 je 17-aa peptid izoliran iz apoplastičnih tekućina lišća kukuruza prethodno tretiranog salicilnom kiselinom (SA). Tretman ZIP1 snažno izaziva nakupljanje SA, izaziva visoko preklapajuće transkripcijske promjene povezane s genima koji reagiraju na SA i povećava otpornost kukuruza na biotrofnu gljivu Ustilago maydis, ali osjetljivost na nekrotrofnu gljivu B. cinerea (Ziemann et al. 2018.). GmPEP914 i GmPEP890 su dva homologna osam-aa peptida izolirana iz ekstrakta lišća soje i identificirani kao faktori alkalizacije stanica uzgojenih u suspenziji (Yamaguchi et al. 2011). Oba peptida mogu inducirati ekspresiju obrambenih gena uključenih u obranu od patogena.

HypSys su skupina homolognih glikopeptida bogatih hidroksiprolinom identificiranih u biljkama obitelji Solanaceae i Convolvulaceae (Chen i sur. 2008; NarvaezVasquez i sur. 2005; Pearce i sur. 2001a). HypSys ima slične veličine i funkcije kao sistemin, ali ne dijeli homologiju sekvence sa sisteminom. Peptidi PIP1 i PIP2 odgovaraju C-završetcima dvaju izlučenih proteina prekursora peptida, prePIP1 i prePIP2, identificiranih kao MAMP-inducirani genski proizvodi (Hou et al. 2014.). Arabidopsis ima 11 prePIP paraloga, a prePIP ortolozi pronađeni su u velikom broju jednosupnica i eudikota. PIP1 i PIP2 mogu aktivirati klasične PTI odgovore i povećati otpornost Arabidopsis na P. syringae pv. rajčica (Pst) DC3000 i Fusarium oxysporum (Hou et al. 2014). Poput PIP1 i PIP2, SCOOP12 je izveden iz C-kraja prekursora izlučenog peptida koji reagira na patogen, PROSCOOP12 (Gully et al. 2019).

Najmanje 23 PROSCOOP-a identificirana su u Arabidopsisu (Hou et al. 2021a; Rhodes et al. 2021). PROSCOOP ortolozi nalaze se samo u biljkama obitelji Brassicaceae. Većina SCOOP peptida izaziva različite PTI odgovore i/ili otpornost na Pst DC3000 (Gully et al. 2019; Hou et al. 2021a; Rhodes et al. 2021; Yu et al. 2020). Biljke Arabidopsis s nedostatkom SCOOP12 otpornije su na Erwinia amylovora (Gully et al. 2019). Slično kao HypSys, PIPs i SCOOPs, IDA je peptid bogat serinom i glicinom. U početku je identificiran kao ključni regulator otpadanja cvjetnih organa kod Arabidopsis (Butenko et al. 2003). IDA homolozi su sačuvani u širokom rasponu biljnih vrsta (Butenko et al. 2003). Obitelj IDA sastoji se od osam članova kod Arabidopsis (Vie et al. 2015). Od ovih, IDA i IDL6 su prijavljeni da su uključeni u imunitet biljaka. IDA regulira otpornost biljaka vjerojatno putem kontrole preranog otpadanja lišća (Patharkar i Walker, 2016.). IDL6 promiče osjetljivost Arabidopsis na Pst DC3000 (Wang et al. 2017).

PSK su pet-aa peptidi s dva sulfatirana tirozinska ostatka. U početku su identificirani kao čimbenici koji potiču rast biljaka i utvrđeno je da reguliraju višestruke procese rasta, razvoja i odgovora na stres biljaka (Matsubayashi i Sakagami 1996; Sauter 2015; Yang et al. 2001). PSK su univerzalno rasprostranjeni u biljnom carstvu. Kod Arabidopsis, PSK signalizacija slabi PTI odgovore, ugrožava otpornost biljke na hemibiotrofni Pst DC3000 i oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis, ali pojačava otpornost protiv nekrotrofnog gljivičnog patogena Alternaria brassicicola (Igarashi et al. 2012; Mosher et al. 2013; Rodiuc et al. 2016).

U rajčicama PSK povećava otpornost na nekrotrofni gljivični patogen B. cinerea (Zhang et al. 2018). Arabidopsis PSY1 je 18-aa glikopeptid sa sulfatiranim ostatkom tirozina. Izvorno je identificiran kao funkcionalna analogija PSK-ovima u stimuliranju stanične proliferacije i širenja biljaka (Amano et al. 2007). PSY homolozi identificirani su u različitim biljnim vrstama, uključujući rižu, bananu, rajčicu i pšenicu (Pruitt et al. 2017). Poput PSK, signalizacija PSY1 vjerojatno potiskuje PTI odgovore i potiče otpornost Arabidopsis na A. brassicicola, ali osjetljivost na Pst DC3000 i F. oxysporum (Mosher et al. 2013; Shen i Diener 2013). Peptidi obitelji RGF poznati i kao GLV peptidi predstavljaju drugu skupinu tirozin-sulfatiranih peptida koji su prvobitno identificirani kao ključni regulatori održavanja korijenskog meristema i gravitropizma u Arabidopsis (Matsuzaki et al. 2010; Whitford et al. 2012). Obitelj RGF peptida sastoji se od 11 članova u Arabidopsis (Matsuzaki et al. 2010). Među njima, RGF7/GLV4 i RGF9/GLV2, koji su transkripcijski regulirani u biljkama nakon infekcije s P. syringae, pridonose aktivaciji imunoloških odgovora i povećanju otpornosti na P. syringae (Stegmann et al. 2021; Wang et al. 2021).

RALF, skupina polipeptida 5-kilodaltona (kDa) izvorno ekstrahiranih iz lišća duhana, izaziva brzu alkalizaciju izvanstaničnog odjeljka i funkcionira u rastu i razvoju korijena (Pearce et al. 2001b). Za razliku od ostalih linearnih peptida, RALF-ovi imaju četiri očuvana cisteina koji tvore dvije disulfidne veze koje su vitalne za aktivnost peptida. RALF-ovi su naširoko prisutni u raznim tkivima i organima različitih biljnih vrsta (Pearce et al. 2001b). Genom Arabidopsis kodira više od 30 RALF-ova, a pokazalo se da neki od njih imaju pozitivnu ili negativnu ulogu u imunitetu biljaka (Blackburn et al. 2020.) (tablica 1).

Fitocitokine percipiraju receptori na površini stanice

Glavna zajednička značajka citokina i fitocitokina je da ih percipiraju specifični receptori na staničnoj površini. Receptori za citokine strukturno su raznoliki i uglavnom se dijele u pet velikih superporodica: citokinski receptori tipa I (hematopoetska obitelj) i tipa II (obitelj interferona), receptori familije čimbenika nekroze tumora (TNF), receptori superporodice imunoglobulina, receptori tirozin kinaze i kemokinski receptori (Wang i sur. 2009.). Nasuprot tome, fitocitokine obično percipiraju stanične površinske receptorske kinaze (RLK), koje sadrže izvanstaničnu domenu, transmembransku regiju i citoplazmatsku kinaznu domenu nalik tirozin kinazama životinjskog receptora (Couto i Zipfel 2016; Escocard de Azevedo Manhaes i dr. 2021; Shiu i Bleecker 2001) (Tablica 1).

Biljni RLK klasificirani su u različite podfamilije na temelju njihovih izvanstaničnih domena. Leucinom bogati ponavljajući RLK (LRR-RLK) s izvanstaničnim LRR čine najveću potporodicu RLK i funkcioniraju kao receptori nekih imunoloških fitocitokina. Od njih, SYSTEMIN RECEPTOR 1 (SYR1) i SYR2 rajčice percipiraju systemin (Wang et al. 2018), Arabidopsis PEP1 RECEPTOR 1 (PEPR1)/PEPR2 prepoznaje PEP (Yamaguchi et al. 2006), Arabidopsis RECEPTOR-LIKE 7 (RLK7) prepoznaje PIP1 i PIP2 (Hou et al. 2014), Arabidopsis MALE DISCOVERER 1-INTERAKCIJSKA KINAZA 2 NASLIČNA RECEPTORU (MIK2) prepoznaje SCOOP (Hou et al. 2021a; Rhodes et al. 2021), HAESA i HAESA-LIKE2 ( HSL2) prepoznaje IDA (Santiago et al. 2016), RGF1 INSENSITIVE 3 (RGI3) sam ili zajedno s RGI4 prepoznaje RGF7 i RGF9/GLV2 (Stegmann et al. 2021; Wang et al. 2021), PSK RECEPTOR 1 (PSKR1) prepoznaje PSK (Matsubayashi et al. 2002; Wang et al. 2015), a PSY1R vjerojatno prepoznaje PSY1 (Amano et al. 2007). Svi ovi fitocitokinski receptori pripadaju LRR X i LRR XI kladama LRR-RLK, koji su filogenetski bliski podfamiliji LRR XII LRR-RLK, uključujući neke od dobro proučenih receptora proteinskih MAMP, kao što je bakterijski flagelinski receptor FLAGELLIN SENSING 2 (FLS2) i ELONGATION FACTOR-Tu RECEPTOR (EFR).

Ovo sugerira bliski evolucijski odnos između imuniteta potaknutog fitocitokinima i MAMP-om. Nakon percepcije fitocitokina, receptori LRR-RLK često se heterodimeriziraju s LRR-RLK-ovima RECEPTORA KINAZE SLIČNOG SOMATSKOJ EMBRIOGENEZI (SERK), npr. RECEPTOR KINAZE 1 (BAK1)/SERK3 i SERK4 (Liu et al. 2020b; Ma i dr. 2016).

Proteini slični kinazi 1-slični receptoru Catharanthus roseus (CrRLK1L) s dvije izvanstanične domene slične galektinu igraju važne uloge u razvoju biljaka, kao što su polarizirani rast, produljenje stanice, senzor integriteta stanične stijenke i hormonalni odgovori (Franck et al. 2018; Li i dr. 2016b; Zhu i dr. 2021). Nedavne studije sugeriraju kritičnu ulogu CrRLK1Ls u biljnom imunitetu kao receptora za RALF. Arabidopsis CrRLK1L FERONIA (FER) funkcionira kao receptor različitih RALF-ova, uključujući RALF1 i RALF23 (Haruta et al. 2014; Stegmann et al. 2017) (Tablica 1). Zanimljivo, RALF23/RALF33 negativno, dok RALF17 pozitivno regulira imunitet posredovan PRR-om na način ovisan o FER-u (Stegmann et al. 2017). Strukturni i biokemijski rezultati pokazuju da RALF23 inducira stvaranje kompleksa između FER-a i PROTEINA 1 (LLG1) ili LLG2 NALIČNOG LORELEI (LRE)-SLIČNOM GLIKOZILFOSFATIDILINOZITOLU (GPI) ili LLG2 za sastavljanje RALF23-LLG1/ 2-FER ternarni kompleks (Xiao et al. 2019). Iako su LLG-ovi prvobitno predloženi kao koreceptori FER-a, mogli su se izravno vezati na RALF-ove bez FER-a. Čini se da RALF23 u početku prepoznaju LLG-ovi, što rezultira regrutiranjem FER-a u heteromerni kompleks (Xiao et al. 2019). Prema tome, LLG mogu biti vjerodostojni RALF receptori, dok CrRLK1L djeluju kao koreceptori za jačanje interakcije.

Regulacija ekspresije fitocitokina

Regulacija ekspresije prekursora fitocitokina jedan je od ranih imunoloških odgovora (Li et al. 2016a). Sukladno tome, identificirani su neki fitocitokini jer su regulirani prema gore MAMP tretmanima ili infekcijama patogenima. Na primjer, prePIP1 i prePIP2, prekursori PIP1 i PIP2, identificirani su analizom MAMP-regulirane transkripcije gena (Hou et al. 2014). Ekspresija prePIP1 i prePIP2 brzo se pojačava 30 minuta nakon tretmana s bakterijskim MAMP flg22 ili elf18 i doseže vrhunac oko jedan sat nakon tretmana.

Isto tako, ekspresija prePIP1 također je visoko inducirana hitinom, MAMP-om iz gljiva, što sugerira da bi prePIP1 mogao igrati očuvanu ulogu u otpornosti biljaka na različite patogene. Dosljedno, ekspresiju prePIP1 u lišću i korijenju induciraju bakterijski Pst DC3000 i gljiva F. oxysporum f. sp. konglutinantni soj 699 (Foc 699), a PIP1 potiče otpornost biljaka i na Pst DC3000 i na Foc 699 (Hou et al. 2014.). PROSCOOP12 je identificiran jer je visoko induciran infekcijama različitih patogena, uključujući B. cinerea, Pst DC3000 i E. amylovora (Gully et al. 2019.); preRGF7 je izazvan infekcijom Pst DC3000 na transkripcijskim i posttranskripcijskim razinama (Wang et al. 2021). Dva paraloga PROPEP1, PROPEP2 i PROPEP3 visoko su inducirani MAMP-ovima ili patogenima, uključujući Pst DC3000, B. cinerea i P. infestans (Huffaker et al. 2006.); prekursori PSK i PSY1, proPSK i proPSY1, bili su regulirani prema gore tijekom infekcije B. cinerea ili A. brassicicola u Arabidopsisu i rajčici (Igarashi i sur. 2012; Mosher i sur. 2013; Zhang i sur. 2018).
U skladu s pojačanom regulacijom gena za fitocitokine, ekspresiju njihovih receptora također reguliraju MAMP u nekim slučajevima. Na primjer, liječenje MAMP-om ili infekcija patogenom inducira ekspresiju PEPR1, PEPR2, RLK7, MIK2, HAESA i PSKR1 (Kemmerling et al. 2011; Lewis et al. 2015). Zanimljivo je da su neki geni prekursori fitocitokina transkripcijski smanjeni infekcijama patogena. Na primjer, ekspresija preRGF9/GLV2 je potisnuta u lišću nakon infekcije s P. syringae pv. maculicola i Pst DC3000 (Stegmann et al. 2021). Ostaje za utvrditi kako niža regulacija preRGF9/GLV2 igra pozitivnu ulogu u imunitetu biljaka.

Geni fitocitokina inducirani MAMP-om mogu dodatno poboljšati ekspresiju svojih gena prekursora, čime se pojačava signalizacija fitocitokina kroz pozitivnu povratnu spregu. Na primjer, Pep1, PIP1, SCOOP12 i RGF7 mogu inducirati ekspresiju svojih gena prekursora (Gully et al. 2019; Hou et al. 2014; Huffaker et al. 2006; Wang et al. 2021). Inducibilna prekomjerna ekspresija preRGF7 u biljkama dovodi do aktivacije MPK3 i MPK6, a aktivirani MPK3 i MPK6 zauzvrat pojačavaju ekspresiju preRGF7 preko nizvodnog faktora transkripcije WRKY33, što ukazuje na petlju samopojačavanja u regulaciji ekspresije preRGF7 (Wang et al. 2021). Otkriće MIK2 kao SCOOP receptora prosvijetljeno je ovom regulacijom pozitivne povratne sprege. Aktivacija MIK2 kinaze u kimernom receptoru RLK7-MIK2 (izvanstanična domena RLK7 spojena s transmembranskim i unutarstaničnim domenama MIK2) nakon tretmana PIP1 inducirala je ekspresiju nekih PROSCOOP gena, za koje je posljedično potvrđeno da su ligandi MIK2 (Hou et al. 2021a). Osim toga, neki fitocitokini mogu ne samo inducirati ekspresiju svojih gena prekursora, već i gena prekursora drugih fitocitokina. Na primjer, PIP1 i Pep1 mogu unaprijed regulirati ekspresiju prekursorskih gena drugoga (Hou et al. 2014.), što ukazuje na signalnu mrežu reguliranu različitim fitocitokinima.

Regulacija sazrijevanja i otpuštanja fitocitokina

Kao što je gore spomenuto, fitocitokini se obično izvode iz prekursorskih proteina sa sljedećim karakteristikama: amino (N)-terminalni signalni peptid (samo za izlučene peptide), karboksilna (C)-terminalna regija sačuvana u istoj obitelji peptida i varijabilna regija (također nazvana prodomena) između signalnog peptida i očuvane regije (slika 1) (Matsubayashi 2014; Olsson et al. 2019). Jednom prevedeni, prekursori fitocitokina ulaze u sekretorni put s vodičem signalnog peptida i konačno se izlučuju u izvanstanični odjeljak (apoplast) biljnih stanica kao biološki aktivni, zreli fitocitokini. U sekretornom putu endoplazmatskog retikuluma (ER) i Golgija ili apoplasta, proteolitičko cijepanje signalnog peptida i prodomene i post-translacijske modifikacije, kao što su sulfatacija tirozina, hidroksilacija prolina, arabinozilacija hidroksiprolina i stvaranje intramolekularne disulfidne veze, potrebne su za sazrijevanje fitocitokina (Matsubayashi 2014; Olsson et al. 2019). Za prekursore fitocitokina bez signalnog peptida (neizlučeni peptidi), oni ne ulaze u kanonski ERGolgijev sekretorni put i podvrgavaju se posttranslacijskim modifikacijama, a pretpostavlja se da se otpuštaju u izvanstanični odjeljak nekonvencionalnim sekretornim putem ili tijekom staničnih oštećenja (Ding i sur. 2012.). Obrada prekursora fitocitokina kako bi se uklonile njihove domene koje se događaju u citosolu ili apoplastu također je ključna za njihovo sazrijevanje (slika 1).

Značajne studije pokazuju da sazrijevanje i izlučivanje/oslobađanje fitocitokina potiču infekcije patogenima ili drugi stresovi iz okoliša (Hou et al. 2021b). PROPEP1, prekursorski protein PEP1, nema kanonski N-terminalni signalni niz i vezan je na citosolnoj strani tonoplasta. Arabidopsis METACASPASE 4 (MC4) i druge metakaspaze tipa II (MC5 do MC9) potrebne su za cijepanje PEP1 od PROPEP1 nakon argininskog ostatka (R69) (Hander et al. 2019; Shen et al. 2019). Biljne metakaspaze su strukturno homologne životinjskim kaspazama (Hou et al. 2018). Arabidopsis MC4 se aktivira kada koncentracija Ca2 plus u citosolu dosegne prag tijekom poremećaja stanične membrane ili kada peptid MAMP flagelin flg22-pokreće porast Ca2 plus u citosolu (Hander et al. 2019; Shen et al. 2019). Nedavne strukturne studije otkrile su molekularnu osnovu aktivacije MC4 ovisne o Ca2 plus i obrade PROPEP1 (Zhu et al. 2020.). Osim toga, infekcija bilo virulentnim ili avirulentnim bakterijskim patogenima, liječenje stresom soli i oštećenje stanične stijenke (CWD) također induciraju cijepanje PROPEP3 u PEP3 (Engelsdorf et al. 2018; Yamada et al. 2016). Nije jasno je li povišenje citosolne aktivacije Ca2 plus i MC odgovorno za inducirano cijepanje PROPEP3. Oštećenje stanične membrane može biti uzrok otpuštanja PEP-a, ali je zbunjujuće kako se PEP oslobađa tijekom PTI-a i stresa solju kada nema vidljivog poremećaja stanične membrane.

Sistemin rajčice obrađuje se s C-kraja proteina prekursora, pro sistemina (PS) s dvije subtilaze rajčice, SLPHYTASPASE 1 (SlPhyt1) i SlPhyt2, na dva aspartatna ostatka (Beloshistov et al. 2018). Subtilaze su obitelj serinskih proteaza sličnih subtilizinu (Hou et al. 2018). Cijepanje posredovano SlPhytom proizvodi modificirani sistemin s dodatnim ostatkom leucina na N-kraju (Leu-sistemin), koji se dalje obrađuje leucin aminopeptidazom kako bi se stvorio zreli sistemin (Beloshistov et al. 2018). PSK-ovi se također zrelo prerađuju iz svojih prekursora proPSK-a nakon ostatka aspartata pomoću SlPhyt2 u rajčici. Obrada PSK u području otpadanja rajčice izazvana je stresom od suše (Reichardt et al. 2020.). Međutim, proPSK1 i proPSK4 obrađuju subtilaze SBT1.1 odnosno SBT3.8 kod Arabidopsis (Srivastava et al. 2008; Stuhrwohldt et al. 2021). Cijepanje proteina prekursora IDA izvode SBT4.12, SBT4.13 i SBT5.2 (Schardon et al. 2016.).

Neki RALF-ovi, uključujući RALF1, RALF22 i RALF23, sadrže signalni peptid i mjesto cijepanja RRXL u području spoja između prodomene i zrelih RALF peptida, koje cijepa ER-lokalizirana subtilaza SITE-1 PROTEASE ( S1P) (Srivastava i sur. 2009; Stegmann i sur. 2017). Tretman s elf18, epitopnim peptidom MAMP faktora elongacije Tu (EF-Tu), ili inokulacija s mutantom Pst DC3000 hrcC, koji je deficijentan u bakterijskom sustavu izlučivanja tipa III, značajno potiče procesiranje PRORALF23 (Stegmann et al. 2017. ). Ovo cijepanje dovodi do aktivacije i izlučivanja RALF peptida kao aktivnih fitocitokina. RALF-ove bez mjesta cijepanja RRXL, kao što je RALF17, ne cijepa S1P (Stegmann et al. 2017). ZIP1 se iz PROZIP1 prerađuje cistein proteazom (PLCP) CP1 i CP2 kukuruznog papaina (Ziemann et al. 2018). Procesiranje ZIP1 potiče SA, fitohormon povezan s imunološkim sustavom koji se obično snažno inducira u biljkama nakon napada biotrofnih i hemibiotrofnih patogena (Ziemann et al. 2018). ZIP1 snažno izaziva nakupljanje SA i aktivira PLCP u lišću kukuruza, što ukazuje na pozitivnu povratnu spregu u regulaciji ZIP1 signalizacije (Ziemann et al. 2018). Kao i PROPEP1, i PS i PROZIP1 nemaju kanonske signalne peptide.

Naime, SlPhyts i CP su apoplastične proteaze. Stoga, PS i PROZIP1 mogu biti otpušteni u izvanstanične prostore tijekom staničnih oštećenja ili kroz nekonvencionalne proteinske sekretorne putove i zatim obrađeni u zreli sistemin i ZIP1 u apoplastima. Pokazalo se da su i drugi fitocitokini, uključujući HypSys, PIP1, PIP2 i SCOOP12, procesirani (Hou et al. 2021a; Hou et al. 2014; Pearce et al. 2001a), ali proteaze koje posreduju u cijepanju nisu identificirane još. Prekursori HypSys, IDA, PIP1, PIP2 i SCOOP12 sadrže tipične signalne peptide i pretpostavlja se da se izlučuju u apoplaste. Ostaje nepoznato događa li se cijepanje ovih prekursora u citoplazmi ili apoplastima kako bi postali zreli fitocitokini.

HypSys sadrži -PPSPX- motive, koji su identificirani kao ponavljajuće jedinice u glikoproteinima bogatim hidroksiprolinom, glavnoj klasi strukturnih proteina stanične stijenke (Narvaez-Vasquez et al. 2005; Pearce et al. 2001a). Zanimljivo je da neki SCOOP-ovi, poput SCOOP2, također nose motiv -PPSPX- (Hou et al. 2021a). Ovi fitocitokini mogu biti povezani i otpušteni iz staničnih stijenki, što je zanimljivo pitanje koje će se istražiti u budućnosti.

Fitocitokini pokreću preklapajuće i jedinstvene signalne putove s MAMP-ovima

Nakon percepcije od strane srodnih PRR-ova, MAMP-ovi pokreću konvergentne PTI odgovore, uključujući fosforilaciju citoplazmatskih kinaza sličnih receptoru (RLCK), povišenje citosolne Ca2 plus koncentracije, prolazno apoplastično izbijanje ROS-a, aktivaciju mitogen-aktiviranih protein kinaza (MAPK) i protein kinaze ovisne o kalciju (CDPK), reprogramiranje ekspresije obrambenog gena, taloženje kaloze, proizvodnja hormona povezanih s imunološkim sustavom i antimikrobnih komponenti te inhibicija rasta biljaka (DeFalco i Zipfel, 2021.; Yu et al. 2017.; Zhou i Zhang 2020.) . Poput MAMP-a, neki fitocitokini također aktiviraju kanonske PTI odgovore (slika 2). Na primjer, svi Pep1, PIP1 i SCOOP12 pokreću aktivaciju MAPK, proizvodnju ROS-a, taloženje kaloze i induciraju ekspresiju nekih PTI marker gena (Gully et al. 2019; Hou et al. 2021a; Hou et al. 2014; Ranf et al. dr. 2011.; Rhodes i dr. 2021.). Budući da je ekspresija ovih fitocitokina i srodnih receptora inducirana MAMP-ima, smatralo se da ti fitocitokini pojačavaju odgovore MAMP-a. U skladu s tim, neki flg22- inducirani odgovori ili otpornost na patogene djelomično su ugroženi kada su ovi signalni putovi fitocitokina poremećeni (Gravino i sur. 2017; Hou i sur. 2014; Rhodes i sur. 2021; Tintor i sur. 2013). Vrijedno je napomenuti da SCOOP-MIK2 signalizacija potiče flg22-, ali antagonizira Pep1-induciranu proizvodnju ROS (Rhodes et al. 2021.), što komplicira preslušavanje između imunološke signalizacije posredovane MAMP-om i fitocitokinima.

Štoviše, vrsta i intenzitet imunoloških odgovora izazvanih fitocitokinima mogu se razlikovati od onih kod MAMP-a. Imunološka indukcija također se razlikuje između različitih fitocitokina, što može pridonijeti diverzifikaciji i specifičnosti biljnog imuniteta. Na primjer, Pep1 i SCOOP12, poput flg22, induciraju fosforilaciju KINAZE 1 (BIK1) INDUCIRANU RLCK BOTRYTIS-om i aktiviraju BIK1-ovisne imunološke odgovore, dok se čini da PIP1 inducira imunološke odgovore putem BIK1-neovisnog načina (Hou i sur. 2021a; Hou i sur. 2014; Liu i sur. 2013; Tintor i sur. 2013). Osim toga, Pep1 i SCOOP12 induciraju snažan imunološki odgovor u korijenu, ali slab odgovor u lišću u usporedbi s flg22 (Hou et al. 2021a; Poncini et al. 2017). SCOOP mogu uzrokovati posmeđivanje korijena, fenotip koji je vjerojatno povezan s modifikacijama stanične stijenke i imunitetom korijena, što nije zabilježeno za flg22 ili Pep1 (Felix i sur. 1999; Hou i sur. 2021a; Huffaker i sur. 2006). Pep1 također aktivira različite mreže gena iz flg22 u različitim tipovima stanica korijena (Rich-Griffin et al. 2020).

Biljni obrambeni hormoni SA, etilen (ET)/jasmonska kiselina (JA) djeluju antagonistički u biljkama protiv biotrofnih i nekrotrofnih patogena, a sva tri hormona igraju isprepletenu ulogu u regulaciji PTI-ja izazvanog flg22/elf18- (Kim et al. 2014). Specifičnost imunološke signalizacije regulirane fitocitokinima također je u korelaciji s tim hormonima povezanim s imunološkim sustavom. Na primjer, pokazalo se da PIP1 i ZIP1 aktiviraju SA signalni put i pridonose biotrofnim patogenima (Hou et al. 2019b; Ziemann et al. 2018). Nasuprot tome, PSK, PSY1 i RALF aktiviraju signalni put JA kako bi povećali otpornost biljaka na nekrotrofne patogene i/ili ugrozili otpornost biljaka na hemibiotrofne patogene (Guo et al. 2018; Mosher et al. 2013). Zanimljivo je da Pep1 može aktivirati i SA i ET/JA signalne putove i promicati otpornost biljaka na biotrofne i nekrotrofne patogene (Liu i sur. 2013; Ross i sur. 2014; Tintor i sur. 2013; Yamaguchi i sur. 2010). Osim toga, neki fitocitokini također reguliraju imunitet biljaka preslušavanjem s nekim drugim signalnim putovima hormona. Na primjer, PSK pokreće rezistenciju ovisnu o auksinu na B. cinerea u rajčicama (Zhang et al. 2018), a RALF potiskuje ABA signalizaciju, iako ulogu ove supresije u imunitetu biljaka tek treba istražiti (Chen et al. 2016; Yu et al. dr. 2012).

Signalizacija fitocitokina modulira stabilnost i sastavljanje PRR kompleksa

Receptori fitocitokina i MAMP-a koji se nalaze u plazma membrani i njihovi zajednički koreceptori BAK1/SERK4 pružaju platformu za isprepletene regulacije između fitocitokina i MAMP receptora (slika 2). Fitocitokini i srodni receptori mogu modulirati sastavljanje i signalizaciju MAMP receptorskog kompleksa. FER tvori kompleks s EFR/FLS2 i BAK1 i potiče elf18/flg22-inducirano sklapanje kompleksa između EFR/FLS2 i BAK1 u takvom jačanju PTI signalizacije (Stegmann et al. 2017.). Percepcija RALF23 pomoću FER-a potiskuje stvaranje kompleksa EFR/FLS2-BAK1 izazvano ligandom (Stegmann et al. 2017). RALF23 može negativno regulirati funkciju FER-a u toleranciji na sol inducirajući njegovu internalizaciju (Zhao et al. 2018.), povećavajući mogućnost da RALF23 prigušuje PTI signalizaciju vjerojatno kroz sličan mehanizam. Zanimljivo je da RALF17, za razliku od REALF23, promiče elf18-proizvodnju ROS-a putem FER-a (Stegmann et al. 2017.). RALF17 može ojačati sklop kompleksa posredovan FER-om između EFR i BAK1 natječući se s RALF23 za vezanje FER-a. Međutim, mehanizam na kojem se temelji suprotna modulacija RALF23 i RALF17 signalizacije posredovane PRR kompleksom ostaje nejasan.

Dodatno, FER-ovi najbliži homolozi, ANXUR1 (ANX1) i ANX2 također se povezuju s FLS2 i BAK1 (Mang et al. 2017). Slično, percepcija flg22 od strane FLS2 promiče povezanost ANX1 s BAK1. Međutim, ANX1 negativno regulira flg22-induciranu formaciju FLS2-BAK1 kompleksa i PTI odgovore biljaka (Mang et al. 2017). Bilo bi zanimljivo testirati u budućnosti natječu li se FER i ANX1 međusobno za njihovu povezanost s kompleksom FLS2-BAK1 kako bi pojačali ili prigušili PTI odgovore i je li ta FER-ANX ravnoteža pod kontrolom različitih RALF peptidi. RGI3 tvori flg22-inducirani kompleks s FLS2, što sugerira da je RGI3 dio aktivirane PRR signalne platforme (Stegmann et al. 2021). Zanimljivo je da percepcija RGF9/GLV2 od strane RGI receptora povećava brojnost FLS2 i tako potiče izlaz signala FLS2 (slika 2) (Stegmann et al. 2021). Bit će zanimljivo istražiti potencijalni odnos između obilja FLS2 i povezanosti RGI3- FLS2. Obilje FLS2 reguliraju dvije E3 ligaze, biljni U-box protein 12 (PUB12) i PUB13- posredovana ubikvitinacija (Lu et al. 2011), povećavajući mogućnost da RGI3 ometa PUB12/PUB13-posredovanu ubikvitinaciju od FLS2.

Modulacija biljnog imuniteta mimikrijom fitocitokina kodiranih patogenom

Iako se fitocitokini smatraju signalnim molekulama specifičnim za biljke, neki homolozi fitocitokina ili sekvence slične fitocitokinima nalaze se u mikrobima, posebno u biljnim patogenim gljivama, bakterijama i parazitskim nematodama. Poput fitocitokina u biljkama, većina mikrobnih sekvenci sličnih fitocitokinima potječe iz C-kraja prekursora proteina s N-terminalnim signalnim peptidom. Ove sekvence slične fitocitokinima kodirane patogenima prepoznaju isti receptori i aktiviraju slične putove s odgovarajućim fitocitokinima u biljkama, te se smatraju oponašateljima fitocitokina (Ronald i Joe 2018). Mikrobni mimici fitocitokina obično funkcioniraju kao faktori virulencije za promicanje patogenosti patogena otimanjem staničnih procesa posredovanih fitocitokinima. Međutim, nedavno je otkriveno da neki od tih motiva sličnih fitocitokinima mogu aktivirati imunološki odgovor biljaka i pretpostavlja se da su potencijalni MAMP-ovi (Hou et al. 2021a; Rhodes et al. 2021).

Otpornost na Rice Xanthomonas 21 (XA21), PRR tipa LRRRLK, prepoznaje sintetski 21-aa peptid sa sulfatiranim tirozinskim ostatkom koji potječe iz C-kraja RaxX (RaxX21-sY) iz bakterijskog patogena X. oryzae pv. oryzae (Xoo) soj PXO99 i aktivira imunološki odgovor za otpornost širokog spektra na Xoo (Pruitt i sur. 2015.; Song i sur. 1995.). Soj Xanthomonas bez raxX ima smanjenu sposobnost inficiranja riže kojoj nedostaje XA21, što sugerira da je RaxX faktor virulencije. RaxX je mali protein s predviđenim N-terminalnim signalnim peptidom, koji je visoko očuvan u mnogim vrstama Xanthomonas (Pruitt et al. 2015). Analiza sekvence pokazala je da je RaxX21 sličan fitocitokinu PSY1 (Amano et al. 2007; Pruitt et al. 2017; Pruitt et al. 2015). Poput PSY1, RaxX21-sY peptidi iz različitih vrsta Xanthomonas potiču produljenje korijena biljke, što sugerira da je RaxX21-sY funkcionalni oponašatelj biljnih PSY.

Pretpostavlja se da RaxX21-sY cilja na receptor PSY lokaliziran na površini biljne stanice kako bi povećao osjetljivost biljke na sojeve Xanthomonas. Iako se za PSY1R smatra da je potencijalni receptor za PSY1 u Arabidopsisu (Amano et al. 2007), psy1r mutanti još uvijek reagiraju i na PSY i na RaxX21-sY (Pruitt i sur. 2017), što sugerira da dodatni receptor(i) mogu biti uključeni. Za razliku od RaxX21-sY, PSY peptidi ne aktiviraju imunitet posredovan XA21- (Pruitt et al. 2017.). To sugerira da je XA21 nedavno evoluirao receptor za specifično prepoznavanje RaxX21-sY i poticanje otpornosti biljaka na patogene koji nose RaxX.

Usklađivanje sekvenci ukazuje na to da RALF homolozi nisu samo široko rasprostranjeni u biljkama nego i među filogenetski udaljenim fitopatogenima, kao što su patogene gljivice Fusarium i Actinobacteria (Masachis et al. 2016; Thynne et al. 2017; Wood et al. 2020). Proteini slični RALF-u također su prisutni u više vrsta nematoda korijenske kvrže (Masachis et al. 2016; Thynne et al. 2017; Zhang et al. 2020b). Ovi homolozi mikrobnog RALF-a pokazuju vrlo slične karakteristike sekvenci s biljnim RALF-ovima, uključujući N-terminalni signalni peptid i četiri visoko očuvana cisteinska ostatka (Masachis et al. 2016; Thynne et al. 2017; Zhang et al. 2020b). Pokazalo se da neki peptidi slični RALF-u imitiraju biljne RALF-ove i moduliraju odgovore posredovane FER-om, pogodujući procesu infekcije patogena. Na primjer, gljivica koja inficira korijen F. oxysporum izlučuje funkcionalni oponašatelj RALF-a (F-RALF) kako bi inducirao izvanstaničnu alkalizaciju izravnim ciljanjem na FER kako bi pogodovao razmnožavanju gljivica (Masachis et al. 2016.). Isto tako, nematoda korijenske kvrže Meloidogyne incognita sadrži dva gena slična RALF-u (MiRALF1 i MiRALF3), koji oponašaju RALF-ove domaćina za vezanje FER-a, čime se manipulira signalizacijom posredovanom FER-om za promicanje parazitizma M. incognita (Zhang et al. 2020b). Stoga FER predstavlja cilj virulencije ovih mikrobnih čimbenika sličnih RALF-u. Nedavno je objavljeno da dva FER homologna CrRLK1L LETUM1 (LET1) i LET2 aktiviraju supresor imunološkog receptora tipa leucinom bogatog ponavljanja (NLR) vezane domene mkk1 mkk2 2 (SUMM2) posredovane autoimunosti i stanične smrti ( Huang i dr. 2020; Liu i dr. 2020a). RALF ili srodne molekule mogu biti potencijalni ligandi LET1/LET2 u regulaciji aktivacije SUMM2. Primamljivo je nagađati da RALF-ovi ili drugi oponašatelji fitocitokina mogu funkcionirati kao čimbenici "avirulencije" za aktiviranje imuniteta posredovanog NLR-om.

Iako je većina sekvenci sličnih RALF-u identificiranih u patogenima bliska Arabidopsis RALF1, RALF kodiran patogenom oponaša miješanje s biljnim RALF-ovima bez vidljivog evolucijskog podrijetla s filogenetskim analizama (Masachis et al. 2016; Thynne et al. 2017; Zhang et al. 2020b). Naime, sekvence slične RALF-u pronađene u genomima patogena topole Sphaerulina music i Septoria populicola blisko su povezane s genom RALF topole (Thynne et al. 2017.). Ova zapažanja impliciraju da su patogeni mogli steći RALF gene horizontalnim prijenosom gena iz svojih biljaka domaćina. Budući da neidentificirani proteinski pobuđivač izoliran(i) iz sojeva Fusariuma aktivira MIK2-posredovane PTI odgovore, predviđa se da će funkcionalni analog(i) SCOOP-a biti kodiran genomima Fusariuma (Coleman et al. 2021). Eksplozivno pretraživanje s Arabidopsis SCOOP-ima otkrilo je da neki motivi slični SCOOP-u (SCOOPL) postoje u različitim obiteljima proteina u sojevima Fusarium (Hou et al. 2021a; Rhodes et al. 2021). Međutim, za razliku od klasičnih mimika fitocitokina, čini se da su svi ti SCOOPL-ovi raspoređeni u proteinima koji pripadaju različitim obiteljima. Na primjer, jedan od Fusarium SCOOPL lokaliziran je na N-kraju pretpostavljenog regulatora transkripcije sačuvanog u sojevima Fusariuma (Hou et al. 2021a); drugi Fusarium SCOOPL prisutan je na C-terminusu DNA topoizomeraze (Rhodes et al. 2021).

Osim toga, SCOOPL također postoje u proteinu nepoznate funkcije sačuvanom u bakterijskim Comamonadaceae (Hou et al. 2021a). Važno je da su sintetski peptidi koji odgovaraju nekim od ovih SCOOPL u Fusarium i Comamonadaceae funkcionalni u aktiviranju imunoloških odgovora ovisnih o MIK2- i/ili BAK1/SERK4-, iako su aktivnosti slabije od SCOOP-a Arabidopsis (Hou et dr. 2021a; Rhodes i dr. 2021.). Nokaut SCOOPL-a u F. oxysporum 5176 povećao je patogenost gljivica u Arabidopsisu (Hou et al. 2021a). Stoga SCOOPL-ovi mogu funkcionirati kao MAMP-ovi, a ne faktori virulencije, za aktiviranje PTI-odgovora posredovanih MIK2-BAK1/SERK4-.

U usporedbi sa širokom distribucijom SCOOPL-ova u gljivicama Fusarium spp. i bakterijske Comamonadaceae, biljni SCOOP prisutni su samo u biljkama Brassicaceae i prolaze kroz značajno gensko širenje (Gully et al. 2019). Ovo sugerira da su biljni SCOOP-i možda evoluirali kasnije od mikrobnih SCOOPL-ova. Osim toga, filogenetska analiza pokazuje da su peptidni motivi Arabidopsis SCOOPs, Fusarium i Comamonadaceae SCOOPL mogli evoluirati neovisno (Hou et al. 2021a). Štoviše, biljni SCOOP-ovi su izvedeni iz malih peptidnih prekursora proteina, dok Fusarium i Comamonadaceae SCOOPL-ovi borave u proteinima koji pripadaju različitim obiteljima. Divergencija proteinskih obitelji koje nose SCOOP/SCOOPL također sugerira da su SCOOP i SCOOPL mogli evoluirati konvergentno, ali je malo vjerojatno horizontalnim prijenosom gena. Stoga se predviđa da su biljni SCOOP-i možda konvergentno evoluirali kako bi oponašali mikrobne SCOOPL-ove i pojačali imunitet izazvan SCOOPL-om (Hou et al. 2021a).

Zaključne napomene i perspektive

Otkriveno je da je signalizacija biljnih endogenih peptida uključena u regulaciju biljnog imuniteta dugo vremena. Ovi imunomodulatorni peptidi nedavno su definirani kao "fitocitokini", termin izveden iz "citokina" kao grupe peptida koji funkcioniraju u metazojskom imunološkom sustavu. Nedavni napredak otkrio je da se fitocitokini, poput citokina, proizvode i otpuštaju u izvanstanične odjeljke kada biljke dožive invaziju patogena; fitocitokine, poput MAMP-a i DAMP-a, prepoznaju receptori lokalizirani na plazma membrani kako bi aktivirali kanonske PTI odgovore ili regulirali imunitet biljaka putem jedinstvenog signalnog mehanizma. Međutim, više fitocitokina i njihovih srodnih receptora tek treba identificirati u biljkama, posebice u usjevima. Funkcionalna specifičnost i koordinacija između različitih fitocitokina Intra i unutar obitelji ostaju uglavnom nepoznati. Potrebni su budući napori kako bi se dešifriralo kako fitocitokini specijaliziraju otpornost biljaka na klasu patogena i kako se različiti fitocitokini koordiniraju kako bi postigli široki spektar otpornosti biljaka.

U mikrobima je identificirano nekoliko sekvenci sličnih fitocitokinima. Čini se da ovi mikrobima kodirani fitocitokini slični djeluju kao čimbenici virulencije ili MAMP-ovi za prigušivanje ili aktiviranje imuniteta biljaka. Osim toga, mnoge fitocitokine percipiraju receptori evolucijski zatvoreni za receptore nekih proteinskih MAMP-ova. To implicira evolucijsku važnost između signalizacije fitocitokina i MAMP signalizacije. Sustavna i komparativna analiza sličnih fitocitokina kod mikroba na razini genoma može baciti novo svjetlo na evoluciju biljnog imuniteta. Nedavno je pokazano da PTI i imunitet izazvan efektorom (ETI), dvije razine imunoloških putova biljaka, međusobno potenciraju (Ngou et al. 2021; Yuan et al. 2021). Bit će zanimljivo utvrditi potencijalnu uključenost fitocitokina u ETI biljaka i može li signalizacija fitocitokina funkcionirati kao poveznica između PTI i ETI biljaka. Konačno, neki imunološki fitocitokini također djeluju u razvojnim procesima i otpornosti biljaka na različite abiotičke stresove. Potrebno je istražiti molekularne mehanizme koji leže u podlozi signalnih preslušavanja između različitih fizioloških procesa posredovanih fitocitokinima. Rješavanje ovih pitanja unaprijedit će naše razumijevanje funkcija fitocitokina i razjasniti kako biljke integriraju različite reakcije na stres putem signalizacije fitocitokina.

Priznanja

Ispričavamo se onima čiji rad nije citiran zbog ograničenog prostora.

Prilozi autora

U pisanju članka sudjelovali su svi autori. Autori su pročitali i odobrili konačni rukopis.

Financiranje

Rad su podržali Nacionalna zaklada za znanost (NSF) (IOS1951094) i Nacionalni instituti za zdravlje (NIH) (R01GM092893) za PH, Zaklada za prirodne znanosti provincije Shandong (ZR2020MC022) i Tehnološki projekt inovacija mladih u Visokoj školi u Shandongu Provincija (2020KJF013) do SH Agencije za financiranje nemaju nikakvu ulogu u dizajnu studije i prikupljanju, analizi i interpretaciji podataka te u pisanju rukopisa.

Dostupnost podataka i materijala

Nije primjenjivo.

Deklaracije

Suprotstavljeni interesi

Autor PH član je uredničkog odbora i nije bio uključen u časopisnu recenziju ili odluke vezane uz ovaj rukopis.

Reference

1. Amano Y, Tsubouchi H, Shinohara H, Ogawa M, Matsubayashi Y (2007) Tirozinsulfirani glikopeptid uključen u staničnu proliferaciju i ekspanziju kod Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 104(46):18333–18338.

2. Banchereau J, Pascual V, O'Garra A (2012.) Od IL-2 do IL-37: širi spektar protuupalnih citokina. 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) Obrada prekursora posredovana fitaspazom i sazrijevanje hormonskog sustava rane. New Phytol 218(3):1167–1178.

4. Blackburn MR, Haruta M, Moura DS (2020.) Dvadeset godina napretka u fiziološkim i biokemijskim istraživanjima RALF peptida. Plant Physiol 182(4):1657–1666.

5. Butenko MA, Patterson SE, Grini PE, Stenvik GE, Amundsen SS, Mandal A, Aalen RB (2003) Cvat s nedostatkom otpadanja kontrolira otpadanje cvjetnih organa u Arabidopsisu i identificira novu obitelj navodnih liganada u biljkama. Biljna stanica 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 komunicira s ABI{{2 }}tip fosfataze za olakšavanje signaliziranja unakrsnog razgovora između apscizinske kiseline i RALF peptida u Arabidopsisu. Proc Natl Acad Sci USA 113(37): E5519–E5527.

7. Chen YC, Siems WF, Pearce G, Ryan CA (2008.) Šest peptidnih signala rane izvedenih iz jednog prekursorskog proteina u listovima Ipomoea batatas za aktiviranje ekspresije obrambenog gena uganuća. J Biol Chem 283(17):11469-11476.

8. Coleman AD, Maroschek J, Raasch L, Takken FLW, Ranf S, Huckelhoven R (2021) kinaza MIK2 slična ponovljenom receptoru bogata leucinom Arabidopsis ključna je komponenta ranih imunoloških odgovora na elicitor koji potiče od gljivica. New Phytol 229(6):3453–3466.

9. Couto D, Zipfel C (2016) Regulacija signalizacije receptora za prepoznavanje uzoraka u biljkama. Nat Rev Immunol 16(9):537–552.

10.DeFalco TA, Zipfel C (2021) Molekularni mehanizmi ranog biljnog uzorka pokrenuli su imunološku signalizaciju. Mol Cell S1097-2765(21)00598.

11. Ding Y, Wang J, Wang J, Stierhof YD, Robinson DG, Jiang L (2012) Nekonvencionalna sekrecija proteina. 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) Održavanje integriteta stanične stijenke biljke i sustavi imunološke signalizacije surađuju u kontroli odgovora na stres kod Arabidopsis thaliana. Sci Signal 11(536):eaao3070

For more information:1950477648nn@gmail.com