Antivirusni urođeni imunitet u biljaka temeljen na RNAi, 1. dio

Sažetak:

Višestruki antivirusni imunitet razvijen je za obranu od virusne infekcije kod domaćina. Antivirusni urođeni imunitet temeljen na RNA interferenciji (RNAi) evolucijski je očuvan u eukariota i igra vitalnu ulogu protiv svih vrsta virusa. Tijekom utrke u naoružanju između domaćina i virusa, mnogi virusi razvijaju virusne supresore utišavanja RNK (VSR) kako bi inhibirali antivirusni urođeni imunitet. Ovdje smo pregledali mehanizam u različitim fazama antivirusnog urođenog imuniteta u biljaka temeljenog na RNAi i protudjelovanja različitih VSR-ova, uglavnom nakon infekcije RNA virusima u modelu biljke Arabidopsis. Predloženi su i neki kritični izazovi u tom području i mislimo da bi daljnje razjašnjavanje očuvanog antivirusnog urođenog imuniteta moglo prenijeti široki spektar antivirusnih strategija za sprječavanje virusnih bolesti u budućnosti.

Postoji bliska veza između antivirusnog imuniteta i imuniteta.

1. Imunitet je ključ protiv virusa: Imunološki sustav jedan je od najvažnijih obrambenih mehanizama u tijelu. Imunološki sustav štiti tijelo od bolesti uništavajući, kontrolirajući i sprječavajući viruse da uđu u tijelo. Ako imate jak imunološki sustav, imat ćete bolji antivirusni imunološki odgovor i bolju sposobnost borbe protiv virusnih infekcija.

2. Antivirusni imunitet ključan je za imunitet: antivirusni imunološki odgovor odnosi se na imunološki odgovor imunološkog sustava na invaziju virusa u tijelo. U tom procesu tijelo proizvodi antitijela i imunološke stanice koje prepoznaju i eliminiraju virus. Ova antitijela i imunološke stanice usko su povezane s imunitetom, potiču funkciju imunološkog sustava i poboljšavaju sposobnost tijela da se bori protiv virusa.

3. Imunitet i antivirusni imunitet međusobno su ovisni: Imunitet i antivirusni imunitet su međuovisni. Osobe sa slabim imunitetom imaju smanjenu otpornost na virus te su sklone infekcijama i ozbiljnim posljedicama, dok su osobe sa slabim antivirusnim imunološkim odgovorom sklone infekciji virusom, što utječe na funkciju imunološkog sustava.

Stoga održavanje dobrog imuniteta može poboljšati antivirusni imunološki odgovor i spriječiti virusnu infekciju. U međuvremenu, za neke specifične viruse, poput koronavirusa, cjepiva se također mogu koristiti za aktiviranje i jačanje antivirusnog imunološkog odgovora imunološkog sustava. Stoga treba obratiti pozornost na jačanje imuniteta. Cistanche može poboljšati imunitet, a mesna smjesa je bogata raznim antioksidativnim tvarima, poput vitamina C, karotenoida i dr., koji mogu očistiti slobodne radikale, smanjiti oksidativni stres i poboljšati otpornost imunološkog sustava.

Click cistanche tubulosa ekstrakt u prahu

Ključne riječi:

virus; antivirusni urođeni imunitet; RNAi; mala RNA; VSR.

1. Uvod

Fenomen utišavanja RNA prvi je put uočen u biljkama 1990. godine kada je uvođenje transgena kalkon sintaze u petuniju dovelo do supresije endogenih homoloških gena [1,2]. Godine 1998. Andrew Fire i Craig Mello otkrili su da dvolančane RNA (dsRNA) uzrokuju snažne i specifične interferencije u Caenorhabditis elegant [3] i nazvali su fenomen RNA interferencije (RNAi), koji je osvojio Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu 2006. i otvorio je revoluciju u polju biologije [3,4]. Brojne studije pokazale su da je RNAi evolucijski očuvan u eukariota, te da regulira sve aspekte bioloških događaja [5,6]. RNAi signalizacija uspostavljena je identifikacijom nekih ključnih komponenti u putu.

Utvrđeno je da nekodirajuću malu RNA pokreće ili samokomplementarna ili dvolančana RNA (dsRNA) i funkcionira kao pravi signal i determinanta specifičnosti utišavanja gena. Primarni dupleks male RNA proizvodi se preradom ukosnice RNA ili dsRNA u mikroRNA ili siRNA pomoću specifičnog Dicera [7]. Dodatno, sekundarna mala RNA obično se mora proizvesti pojačavanjem pomoću RNA-ovisne RNA polimeraze (RdRP) za učinkovito utišavanje gena. Duplex mala RNA se zatim može metilirati pomoću HEN1 kako bi se povećala stabilnost i učitava se u efektorske Argonaute (AGO) proteine ​​[8]. Lanac prolaza dupleksne male RNA razgrađuje se AGO-ima, a vođeni lanac ostat će da formira RNA-inducirani kompleks za utišavanje (RISC) [9]. RISC zatim usmjerava komplementarnu RNA uparivanjem baza kako bi posredovao u degradaciji ili inhibiciji translacije u post-transkripcijskom utišavanju gena (PTGS) ili inducirao utišavanje transkripcijskog gena (TGS).

Postoje dvije glavne klase endogene male RNA u biljkama: mikroRNA (miRNA) i siRNA [10]. miRNA i siRNA proizvode se obradom RNA ili dsRNA ukosnice od strane specifičnog Dicera. miRNA, obično duge 21 nt, proizvodi Dicer-like 1 (DCL1) kod Arabidopsis. Endogene miRNA obično posreduju u PTGS-u i igraju bitnu ulogu u svim aspektima razvojnih procesa biljaka.

Nadalje, 21, 22 i 24 nt siRNA proizvode DCL4, DCL2 ili DCL3 u Arabidopsisu i također reguliraju različite biološke procese. Dok endogene siRNA od 21 i 22 nt obično posreduju u PTGS-u, kao što je tasiRNA od 21 nt uključena u morfogenezu lista, endogene siRNA od 24 nt uglavnom posreduju u TGS kroz metilaciju DNA.

Nakon infekcije patogenom, također se proizvode različite veličine siRNA koje potječu od RNA patogena kako bi se inducirao antimikrobni imunitet temeljen na RNAi za stvaranje otpornosti domaćina [10,11]. Antivirusna obrana temeljena na RNAi prvi put je otkrivena u biljkama [12,13]. Zatim je utvrđeno da igra vitalnu ulogu u antivirusnom imunitetu beskralješnjaka [14] i sisavaca [15,16]. Na temelju otkrića transgenskog utišavanja i endogenog utišavanja gena, karakterizirana je funkcija DCL-ova, AGO-a i RDR-ova (RNA-ovisne RNA polimeraze) u antivirusnoj imunosti.

Sada je poznato da će se antivirusni urođeni imunitet temeljen na RNAi inducirati kako bi se spriječila agresija svih vrsta RNA ili DNA virusa kod gotovo svih eukariota (Slika 1). S druge strane, mnogi virusi, osobito patogeni virusi, evoluiraju da kodiraju VSR-ove za napad na različite korake antivirusnog puta temeljenog na RNAi (Slika 1). Prevalencija VSR doprinosi virusnim epidemijama; također zasljepljuje naše razumijevanje urođenog antivirusnog imuniteta temeljenog na RNAi. Osim toga, VSR nas je također sprječavao u korištenju klasičnog genetskog probira za identificiranje novih regulatora u antivirusnom putu desetljećima sve dok nedavno nije razvijena učinkovita genetska metoda za zaobilaženje barijere [17,18].

Ovdje ćemo pregledati percepciju virusne RNA i inicijaciju antivirusne obrane temeljene na RNAi, proizvodnju i pojačanje virusne siRNA (siRNA) i funkcije antivirusnog RNAi efektora Argonautes, s naglaskom na nedavni napredak u ovom polju, izazivanje postojećih pitanja o modelu biljke Arabidopsis. Neki VSR-ovi biljnih virusa i njihove funkcije također su sažeti radi boljeg razumijevanja utrke u naoružanju između biljnih domaćina i virusa. Ispričavamo se što napredak nekih istraživanja na tom području možda neće biti uključen.

2. Percepcija virusne RNA i pokretanje antivirusne obrane temeljene na RNAi

Virusi su gotovo najmanji organizmi na Zemlji, s klasičnom strukturom u kojoj je genetski materijal, RNA ili DNA, upakiran u protein ovojnice. Virusi se moraju paralizirati u domaćinu i razmnožavati pomoću materijala i energije domaćina. Za razliku od drugih mikrobnih patogena, nije pronađeno da receptori za prepoznavanje uzoraka (PRR) percipiraju viruse na staničnoj membrani domaćina. Nakon što virus uđe u stanicu domaćina, dvolančane virusne RNA će se proizvoditi tijekom virusne replikacije kroz virusne replikate, Dicer proteini domaćina će percipirati i razrezati dvolančane virusne RNA kako bi proizveli 21-24 nt duljine siRNA. Stoga se protein Dicer može smatrati virusnim PRR-om koji se koristi za pokretanje antivirusnog puta temeljenog na RNAi.

Dicer pripada obitelji sličnoj RNazi III i ima visoko očuvanu endonukleazu u eukariota [19]. U Arabidopsisu postoje četiri Dicer-like proteina (DCL): DCL1, DCL2, DCL3 i DCL4. Sve one sadrže pet domena koje su DExD-helikaza, helikaza-C, domena nepoznate funkcije 283 (DUF283), Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ) domena, dvije tandemske domene RNaze III i jedna ili dvije domene vezanja dsRNA ( dsRBDs) od N-kraja do C-kraja [20] (Slika 2). DCL3 nema domenu helikaze-C. Općenito, domena helikaze koristi hidrolizu ATP-a kako bi olakšala odmotavanje dsRNA [19,21].

Nedavno je opisano da domena DUF283 olakšava sparivanje RNA-RNA baza i vezanje RNA [22,23]. Domene PAZ i RNaze III vitalne su za cijepanje dsRNA, domena PAZ prepoznaje kraj domena dsRNA i RNaze III i reže jedan od lanaca dsRNA, a udaljenost između domene PAZ i domene RNaze III određena je duljinom proizvoda [22,24]. Domena dsRBD olakšava vezanje dsRNA i također služi kao neklasični nuklearni lokalizacijski signal [23].

DCL1 je uglavnom uključen u put biogeneze 21 nt mikro-RNA (miRNA), koji igra bitnu ulogu u svim aspektima razvoja biljaka i odgovora biljaka na podražaje iz okoliša [25]. DCL1, DsRNA vezni protein 1 (DRB1) (također poznat kao HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1) i SERRATE (SE) tvore tjelešca za rezanje jezgre kako bi prepoznali ukosnu strukturu pri-miRNA i sekvencijalno rezali pri-miRNA na prethodnik miRNA (pre -miRNA) i pre-miRNA do zrele miRNA [21,26]. Nedavno je objavljeno da razdvajanje faza SE pokreće sastavljanje tijela na kockice i potiče obradu miRNA pomoću DCL1 u Arabidopsis [27]; SE-Associated Protein 1 također potiče biogenezu miRNA moduliranjem pri-miRNA spajanja, obrade i stabilnosti [28].

Stoga su DCL1 mutanti s gubitkom funkcije, embrionalni letalni, pa čak i hipomorfni mutant DCL1 također pokazali pleiotropne razvojne defekte zbog poremećene biogeneze miRNA [29]. DCL1 može neizravno funkcionirati u antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi kontrolirajući biogenezu nekih miRNA. Zabilježeno je da miR168 negativno regulira nakupljanje AGO1 u biljkama [30], a miR482 odnosno miR6019/miR6020 smanjuje antivirusnu otpornost R-gena u rajčicama ili duhanu [31,32]. DCL1 također može promovirati drugu biogenezu siRNA posredovanu DCL-ima [33,34].

DCL2 je odgovoran za obradu egzogenih dvolančanih molekula RNA (dsRNA) ili prirodnih antisens siRNA u 22-nt siRNA u Arabidopsisu [35,36]. Međutim, DCL2 samo subrogira pokretanje antivirusnog urođenog imuniteta na bazi RNAi u Arabidopsisu kada se funkcija DCL4 ukine [37,38]. Zanimljivo je da su nedavne studije pokazale da se masivne endogene 22 nt siRNA mogu akumulirati kada je put raspadanja citoplazmatske RNA i funkcija DCL4 neispravna; te siRNA mogu potaknuti gen-specifičnu i globalnu translacijsku represiju i dovesti do pleiotropnih poremećaja rasta [39]. Međutim, višestruki ortolozi DCL2 postoje u drugim biljkama i mogu evoluirati da posjeduju funkcije. Na primjer, studija je pokazala da je DCL2b, jedan od četiri homologa DCL2 u rajčicama, odigrao vitalnu ulogu protiv infekcije virusom mozaika rajčice (ToMV) tako što je proizveo 22 nt siRNA u rajčicama [40].

DCL3 stvara 24nt siRNA za regulaciju RNA-ovisne DNA metilacije (RdDM) u transkripcijskom utišavanju gena (TGS) u Arabidopsis [41]. Nedavno je DCL3-pre-siRNA struktura otkrila da je DCL3 koristio pozitivno nabijeni džep i aromatsku kapu kako bi prepoznao 50 -fosforilirani adenozin vodećeg lanca i 30 prevjesa komplementarnog lanca . Uparene domene RNaze III DCL3 režu oba lanca RNA, određujući točnu duljinu produkta male RNA [42]. Endogene 24 nt siRNA uglavnom se proizvode iz heterokromatina ili regije bogate ponovljenim sekvencama pomoću DCL3 kako bi se održalo utišavanje transpozona ili stabilnost genoma; 24 nt siRNA također potiskuju transkripciju transgena ili druge egzogene DNA, poput DNA virusa [43-45]. Zabilježeno je da su nakon infekcije DNA virusom proizvedene 24 nt vsiRNA za modulaciju DNA metilacije i histonsku modifikaciju virusne DNA te za sprječavanje virusne infekcije [46,47].

DCL4 cijepa dugu endogenu dsRNA za proizvodnju 21 nt siRNA, kao što su trans-djelujuće siRNA (ta-siRNA), koje su ključne za razvoj biljaka [48-51]. Mutant Arabidopsis dcl4 pokazao je fenotip izduženih, prema dolje uvijenih listova rozete [51,52] i povećanu akumulaciju antocijana [53,54]. U antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi, DCL4 percipira i reže dugu virusnu dsRNA da proizvede 21 nt siRNA da spriječi virusnu infekciju, posebno nakon infekcije RNA virusom u Arabidopsisu i drugim biljkama [49].

Iako je svaki DCL odgovoran za proizvodnju različite male RNA, oni mogu funkcionirati redundantno ili hijerarhijski u antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi. Na primjer, DCL4 se smatrao endogenim supresorom za potiskivanje DCL2-posredovane proizvodnje 22 nt siRNA [39,55]; međutim, DCL2 funkcionira redundantno u antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi, osobito kada je funkcija DCL4 ugrožena [56]. Dakle, u odsutnosti i DCL2 i DCL4, titri virusa bili bi dramatično povećani [18,57,58]. Nadalje, 21 nt siRNA koju proizvodi DCL4 također može olakšati put RdDM za obranu od infekcije DNA virusima [41]. DCL2 i DCL3 trebaju funkcionirati zajedno u obrani od viroida vretenastih gomolja krumpira [59]. Osim toga, DCL1 ima potencijal proizvesti 21 nt siRNA u odsutnosti DCL2, DCL3 i DCL4 [55,57].

DsRNA-vezujući (DRB) proteini također su potrebni za pravilnu percepciju i rezanje virusnih RNA pomoću DCL-a [60]. Genom Arabidopsis kodira pet DRB proteina: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 i DRB5 [61]. Sadrže jedan do tri očuvana dsRNA-vezujuća motiva (dsRBM), koji se sastoje od oko 70 aminokiselina, tvoreći - - - - nabore i dvije spirale za interakciju s dsRNA [62,63]. DRB-ovi stupaju u interakciju sa specifičnim DCL-ima kako bi izvršili svoju posebnu funkciju u biogenezi male RNA i antivirusnoj obrani [60]. Na primjer, interakcija između DRB1 (HYL1) i DCL1 potrebna je za biogenezu miRNA i uključena je u odabir učitavanja lanca vodiča u RISC [64-66].

DRB4 stupa u interakciju s DCL4 kako bi se formirala druga vrsta kockica za učinkovitu obradu siRNA. Zabilježeno je da je mutacija DRB4 rezultirala neispravnom antivirusnom obranom protiv infekcije virusom žutog mozaika repe (TYMV) [67]. Mutant drb3 bio je hiperosjetljiv na infekciju virusom uvijanja lišća kupusa (CaLCuV) i virusom kovrčavog vrha repe (BCTV), a metilacija virusnog genoma bila je znatno smanjena u drb3 [47]. DRB2 je nedavno okarakteriziran kao antivirusni efektor širokog spektra; prekomjerna ekspresija DRB2 smanjila je akumulaciju nekoliko različitih RNA virusa, uključujući virus čegrtaljke duhana (TRV), grmoliki virus rajčice (TBSV), virus krumpira X (PVX) i virus lepezaste loze (GFLV) [68].

3. Proizvodnja i amplifikacija siRNA

Nakon percepcije i rezanja virusne dsRNA kroz DCL, proizvest će se primarna vsiRNA. Međutim, odgovarajuća sekundarna vsiRNA mora se proizvesti pojačavanjem za učinkovitu antivirusnu obranu. Proteini RNK polimeraze (RdRP) ovisni o RNK domaćina ključni su faktori za sekundarno pojačanje vsiRNK u biljkama i Caenorhabditis elegant. Oni eksponencijalno generiraju virusnu dsRNA, koja služi kao DCL supstrati za biogenezu vsiRNA, vjerojatno koristeći skraćene virusne RNA kao predloške [18,69,70].

Postoji šest RdRP proteina u Arabidopsisu (RDR1 do RDR6). Svi RDR1, RDR2 i RDR6 dijele C-terminalni kanonski katalitički DLDGD motiv eukariotskih RDR-ova i imaju ortologe u mnogim biljnim vrstama, dok RDR3, RDR4 i RDR5 dijele atipični DFDGD aminokiselinski motiv u katalitičkoj domeni [71]. Dobro je dokazano da RDR1, RDR2 i RDR6 kontroliraju antivirusni urođeni imunitet temeljen na RNAi kod Arabidopsisa, iako funkcija tandemski ponovljenih RDR3, RDR4 i RDR5 u genomu Arabidopsisa nije identificirana.

RDR1 može biti izazvan infekcijom virusom [72], viroidom [73] ili liječenjem salicilnom kiselinom [74]. Utvrđeno je da pojačava 21 nt ili 22 nt siRNA u antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi, posebno nakon infekcije RNA virusima. RDR1 ne regulira biogenezu endogene siRNA niti razvoj biljaka. Međutim, otkriveno je da RDR1 posreduje u proizvodnji virusom aktivirane endogene siRNA (siRNA), nove klase siRNA domaćina koja može pridonijeti antivirusnoj obrani u biljkama [72].

RDR6 se konstitutivno eksprimira u različitim tkivima Arabidopsis. RDR6 ne samo da promiče antivirusni urođeni imunitet temeljen na RNAi posredovanjem u biogenezi vsiRNA, posebno nakon infekcije RNA virusima, već također kontrolira razvoj biljaka posredovanjem u biogenezi endogene siRNA, kao što je siRNA [75,76]. RDR6 obično tvori tijela siRNA sa supresorom utišavanja gena 3 (SGS3) kako bi kooperativno funkcionirao u procesima [77-80]. Stoga, mutant rdr6 i mutant sgs3 pokazuju iste nedostatke u antivirusnoj obrani i razvoju [78,81-83]. Zanimljivo je da RDR6 i miR472 također mogu negativno regulirati imunitet izazvan PAMP-om (PTI) i imunitet izazvan efektorom (ETI) putem post-transkripcijske kontrole gena za otpornost na bolesti [84] i pridonijeti formiranju dvolančanih prekida u mejozi u drugim biljkama [75]. Osim toga, riža (Oryza sativa) RDR6 ima antivirusnu ulogu u obrani od virusa rižinih pruga (RSV) [85].

RDR2 se uglavnom povezuje s Pol IV kako bi formirao kompleks za transkripciju kratkih prekursora dsRNA, koje DCL3 cijepa kako bi proizveo 24 nt siRNA za usmjeravanje metilacije DNA [86–89], iako bi RDR2 također mogao generirati 23 do 27 nt malih RNA iz MIR gena za posredovanje metilacije DNA [90]. Zabilježeno je da RDR2, Pol IV i DCL3, ključne komponente u putu RdDM, posreduju u proizvodnji 24 nt vsiRNA i igraju glavne uloge protiv infekcije DNA virusa, kao što su geminivirusi [44,45]. Zanimljivo, 21 nt siRNA pojačana kroz RDR1 i RDR6 također može olakšati put RdDM i doprinijeti obrani biljke od DNA virusa [91,92].

Nedavno je otkriveno i nekoliko novih čimbenika uključenih u pojačavanje sekundarne vsiRNA. Antivirusna RNAi-defektna 1(AVI1)/aminofosfolipidna transportna ATPaza 2 (ALA2), ALA1 i AVI2 identificirana je robusnim naprednim genetskim pregledom pomoću mutanta virusa mozaika krastavca (CMV) u kojem su početni kodoni VSR-2b bili su mutirani [17,93–95].

U ala1/ala2 ili avi2 mutantu, proizvodnja sekundarnih vsiRNA dramatično je smanjena. ALA1/ALA2 sadrže tipičnu strukturu ATPaze tipa P4- (Slika 2) i mogu prenositi specifične fosfolipide kroz stanične membrane u biljkama. ALA1 i ALA2 mogu surađivati ​​s RDR1 i RDR6 u promicanju sekundarne biogeneze vsiRNA, vjerojatno definiranjem stanične lokalizacije svog fosfolipida supstrata [17,94]. AVI2 je također imenovan kao pojačivač novog faktora rdr6 3 (ENOR3) budući da je također identificiran putem genetskog pregleda iz pozadine rdr6 pomoću drugog CMV mutanta u kojem je gen 2b izbrisan [96]. AVI2, navodni transporter magnezija u Arabidopsisu, također je promovirao RDR1 i RDR6 ovisne o sekundarnoj siRNA biogenezi [93]. Zanimljivo, nedavno je otkriveno da aktivator transkripcije koji veže kalmodulin-3 (CAMTA3) aktivira bifunkcionalnu nukleazu-2 (BN2) za stabilizaciju AGO1/2 i DICER-LIKE1 i za aktivaciju RDR6 za pojačavanje vsiRNA [97]. ].

RDR-ovi i novi čimbenici kao što su ALA1/2 i AVI2 široko su očuvani u biljkama i crvima kako bi se osigurala dovoljna biogeneza vsiRNA za učinkovitu antivirusnu urođenu imunost temeljenu na RNAi. Međutim, RDR-ovi su odsutni kod Drosophile, miševa i ljudi, kod kojih je nedavno otkriven drugačiji mehanizam za pojačavanje siRNA kroz ekstrakromosomsku kružnu DNA [21]. Postoji li novi mehanizam iu biljkama ili crvima ostaje da se istraži.

4. Antivirusna funkcija RNAi Effector Argonautes

siRNA se mora učitati u AGO efektore da formira RISC, zatim usmjerava komplementarne virusne genome na PTGS ili TGS u antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi. Efektorski AGO su evolucijski očuvani i široko rasprostranjeni u eukariota, iako ih nema u prokariota [98]. Pokazalo se da reguliraju različite biološke napretke u razvoju biljaka i odgovor biljke na podražaje iz okoliša [98-103], uz njihovu funkciju u antivirusnoj obrani. Kristalografske studije pokazale su da kanonski eukariotski AGO sadrže pet domena koje se nazivaju N-terminalna (N) domena, PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ) domena, srednja (MID) domena, PIWI domena i domena nepoznate funkcije 1785 (DUF1785) [ 104,105] (Slika 2).

N domena može blokirati uparivanje vodič-cilja izvan položaja 16, PAZ domena prepoznaje 30 krajeva sRNA, MID domena usidri 50 fosfata sRNA, PIWI domena posjeduje aktivnost ribonukleaze za rezanje ciljne RNA [106-108], i nedavno je pokazano da funkcija DUF1785 domena oštećuje savršeno podudarne duplekse siRNA i miRNA [109]. Zajedno, sve domene olakšavaju ispravnu kombinaciju između sRNA i ciljne RNA kako bi se osiguralo ispravno utišavanje.

Deset AGO kodirano je u Arabidopsis [110-113]. AGO1 i AGO2 su glavne komponente RNAi-posredovanog antivirusnog imuniteta protiv RNA virusa [100]. AGO1 također funkcionira kao efektor miRNA za regulaciju svih aspekata razvoja biljaka moduliranjem ekspresije endogenih gena [114-122]. Stoga su ago1 knockout mutanti smrtonosni. Stoga je funkcija AGO1 u antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi ispitivana samo uporabom hipomorfnih mutanata AGO1, kao što je ago1-27, koji su još uvijek pokazivali teške razvojne nedostatke [123]. Za razliku od AGO1, AGO2 ne sudjeluje u regulaciji razvoja biljke, a ago2 mutant ne pokazuje nedostatke u rastu i razvoju; AGO2 može jedino regulirati obranu biljaka kod Arabidopsis. Zabilježeno je da AGO2 preferira vezanje vsiRNA s 50 terminala A, a AGO1 preferira vezivanje za U [124]. AGO2 je potreban za otpornost na široki spektar biljnih virusa [56,125-128].

Također je objavljeno da je katalitička aktivnost AGO2 bila neophodna za lokalnu i sistemsku antivirusnu aktivnost [125,127], dok je ago1 mutant s netaknutom katalitičkom aktivnošću bio osjetljiv na virusnu infekciju [123]. AGO2 je također uključen u otpornost na fitopatogenu bakteriju Pseudomonas syringae [129], a AGO2 se veže s miR393b* i utišava MEMB12 kako bi modulirao egzocitozu antimikrobnih PR proteina i povećao antivirusnu aktivnost [129]. Stoga, AGO1 i AGO2 mogu imati različite uloge u antivirusnoj obrani u biljkama.

AGO4, AGO6 i AGO9 glavni su efektori koji funkcioniraju u putu RdDM kod Arabidopsis. Pokazalo se da AGO4, AGO6 i AGO9 vežu 24 nt heterokromatske male interferirajuće RNA (het-siRNA) i doprinose RdDM putu [130,131]. Objavljeno je da se AGO4 uglavnom borio protiv agresije DNA virusa kroz modulaciju RdDM, kao što je objavljeno da su ago4 mutanti bili osjetljivi na infekciju BCTV-om zbog smanjene hipermetilacije na BCTV genomu [47]. Iznenađujuće, ago4 mutanti su osjetljivi na nekoliko RNA virusa, kao što su repa crinkle virus (TCV), bambusov mozaični virus (BaMV) i Plantago asiatica mozaični virus (PlAMV) [132-135] putem mehanizma neovisnog o putu RdDM [135]. ].

Što se tiče drugih AGO efektora, AGO5 zajedno s AGO2 sudjeluje u smanjenju sistemske infekcije X virusom krumpira (PVX), dok AGO5 igra samo sekundarnu ulogu kada je AGO2 nadvladan u prvobitno zaraženom lišću [136]. Metodom analize bolesti temeljenom na slikama utvrđeno je da je AGO7 (također poznat kao ZIP) ključni čimbenik tijekom infekcije TCV-om [132]. AGO7 se također može vezati s miR390 i posredovati u biogenezi endogene siRNA [137]. AGO10 surađuje s AGO1 i ima suvišnu ulogu u zaštiti tkiva cvata od infekcije virusom mozaika repe (TuMV) [125], osim svoje funkcije u reguliranju razvoja apikalnog meristema izdanka vezanjem miR165/166 [138].

Zanimljivo je da je više od 10 AGO ortologa pronađeno u nekim važnim usjevima kao što su riža i rajčica, s 19 ortologa u riži i 15 u rajčici. Mogu se razviti kako bi imali različite funkcije u antivirusnoj obrani i razvoju. Na primjer, kada je zaražen rižinim prugastim antivirusom (RSV), RSV protein omotača (CP) pokreće nakupljanje JA i pojačava transkripcijski faktor JAMYB koji reagira na JA kako bi se izravno vezao na AGO18 promotor za aktiviranje AGO18 transkripcije [139]. AGO18 će vezati i odvojiti miR168, što povećava nakupljanje AGO1 za antivirusni proces [140]. S druge strane, AGO18 preferirano veže miR528 kako bi povećao akumulaciju ROS-a i odupro se virusnoj infekciji [141]. Naši neobjavljeni podaci također pokazuju da neki AGO ortolozi u rajčicama imaju različite funkcije u usporedbi s Arabidopsisom.

5. Virusni supresori RNAi

U obrambenoj i protuobrambenoj utrci između biljaka domaćina i virusa, virusi razvijaju VSR proteine ​​kako bi inhibirali antivirusni urođeni imunitet temeljen na RNAi. VSR ciljaju različite korake antivirusnog puta temeljenog na RNAi kako bi se suprotstavili očuvanom antivirusnom imunitetu (Tablica 1) [142,143].

Vrlo česta protuučinak VSR-a je onemogućavanje amplifikacije siRNA. Na primjer, 2b CMV, C1 kineskog virusa žutog uvijanja lišća rajčice (TYLCCNV) i P6 virusa rižinog žutog zastoja (RYSV) ometaju biogenezu sekundarne siRNA ovisnu o RDR1/6- [155,180,185]. V2 geminivirusa žutog uvijanja lišća rajčice (TYLCV), P2 RSV-a i P4 virusa prugastog mozaika riže (RMSV) stupaju u interakciju sa SGS3 kako bi inhibirali biogenezu sekundarne siRNA [181,182,189]. Protein V2 geminivirusa također remeti interakciju kalmodulin-CAMTA3, što smanjuje ekspresiju RDR6 kako bi se smanjila biogeneza vsiRNA [97].

Utvrđeno je da neki VSR-ovi ometaju percepciju ili rezanje virusne dsRNA. Na primjer, CP TCV-a mogao bi inhibirati aktivnost kockica DCL4 [55], a P6 virusa mozaika cvjetače (CaMV) stupa u interakciju s DRB4 kako bi blokirao vezanje dsRNA [154]. Neki VSR-ovi, kao što su NS-ovi virusa pjegavosti venuća rajčice (TSWV) i Hc-Pro virusa krumpira Y (PVY), također se vežu na dugu virusnu dsRNA, što bi moglo blokirati očitavanje ili obradu virusnih RNA pomoću DCL-ova. Neki drugi VSR-ovi mogu izravno ciljati na vsiRNA kako bi inhibirali antivirusni urođeni imunitet temeljen na RNAi. Na primjer, P19, dobro poznati VSR tombusvirusa, veže i sekvestrira vsiRNA, dok RNase III klorotskog stunt crinivirusa slatkog krumpira (SPCSV) veže i posreduje u razgradnji siRNA, a HC-Pro virusa žutog mozaika tikvica (ZYMV) smanjuje siRNA stabilnost remećenjem metilacije siRNA pomoću HEN1. Poremećaj antivirusne funkcije efektorskih AGO je još jedna strategija koju koriste neki VSR. Na primjer, P0 virusa uvijanja lišća krumpira (PLRV) može posredovati u razgradnji AGO1, a 2b CMV može interferirati s AGO1 i AGO4 i poremetiti njihove funkcije.

Iznenađujuće, za razliku od gore navedenih VSR-ova koji se suprotstavljaju antivirusnom urođenom imunitetu temeljenom na RNAi, pronađeni su drugi mehanizmi koji antagoniziraju antivirusne odgovore nekih VSR-ova. Nedavno je studija pokazala da VSR p19 može stupiti u interakciju s kinazom sličnom receptoru (RLK) JEDVA IMALO MERISTEMA 1 (BAM1) i BAM2 kako bi inhibirao kretanje od stanice do stanice utišavanja RNK [193,194]. VSR C4 Guangdong virusa uvijanja lišća rajčice (ToLCGdV) također može djelovati u interakciji s BAM1 kako bi suzbio PTGS i preokrenuo TGS posredovan metilacijom [195]. Osim toga, prikupljeni dokazi ukazuju na interakcije biljaka i virusa modulirane autofagijom [196,197]. Zabilježeno je da kargo receptor NEIGHBOR OF BRCA1 (NBR1) može ciljati HC-Pro za suzbijanje virusne akumulacije TuMV [198]. Međutim, B, VSR virusa prugastog mozaika ječma (BSMV), ciljao je PROTEIN AUTOFAGIJE7 (ATG7) da prekine interakciju ATG7-ATG8 i potakne virusnu infekciju [199].

Sada znamo da gotovo svi biljni virusi, posebno patogeni biljni virusi, posjeduju jedan ili više VSR. Postojanje VSR doprinosi uspješnoj agresiji virusa i virusnih epidemija; oni također ozbiljno ometaju naše razumijevanje nezamjenjivog antivirusnog urođenog imuniteta kod biljaka i drugih eukariota.

For more information:1950477648nn@gmail.com