Συζήτηση για την κίνηση RNA μεταξύ ειδών μεταξύ του φυτού ξενιστή του Cistanche και των αλληλεπιδρώντων οργανισμών

Συζήτηση

Μετακίνηση RNA μεταξύ ειδών αναφέρθηκε μεταξύ του φυτού ξενιστή και των οργανισμών που αλληλεπιδρούν. Τεχνητή μεταφορά RNA από ξενιστή σε παθογόνο αναφέρθηκε έντονα για πολλούς παθογόνους οργανισμούς όπως νηματώδεις, έντομα και μύκητες στο πείραμα HIGS (σίγηση γονιδίου που προκαλείται από τον ξενιστή).²⁷Πρόσφατα, το RNAi με τη μεσολάβηση του ξενιστή προς το γονίδιο του παθογόνου επαληθεύτηκε επίσης σε παρασιτικά φυτά.^11,28,29Η παραπάνω βιβλιογραφία κατέδειξε την αποτελεσματική κίνηση του εκτοπικά εκφρασμένου siRNA, χαρακτηριστικό του RNAi, στις αλληλεπιδράσεις ξενιστή-παθογόνου. Σε σύγκριση με αυτό, το φυσικό συμβάν μεταφοράς RNA αναφέρθηκε σπάνια και η λειτουργική συνάφεια τους διερευνήθηκε ακόμη λιγότερο. Εάν υπάρχουν, τέτοιες μελέτες αναφέρθηκαν κυρίως για μικρά RNA όπως το nat-siRNA (φυσικό siRNA) και το miRNA.³⁰Κατά συνέπεια, αποδείχθηκε πρόσφατα ότι τα sRNA κινούνταν μέσω αγγειακών δομών μεταξύ ξενιστή και παθογόνων, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων, των μυκήτων και των παρασιτικών φυτών.^12,13,31,32Αρκετά παθογόνα παραδίδουν sRNA στα κύτταρα ξενιστές για να αναστείλουν την ανοσία. Για παράδειγμα, ένα σύνολο 22 nt miRNAs θα μπορούσε να παραδοθεί από το παρασιτικό φυτόCuscuta campestrisστους οικοδεσπότεςA. θαλιάνακαιN. Benthamianaγια την καταστολή της έκφρασης των γονιδίων-στόχωνTIR1, AFB2, AFB3, BIK1καιSEOR1για την εγκαθίδρυση επιτυχημένου παρασιτισμού.¹²Επιπλέον, μεγάλης κλίμακας ανταλλαγές sRNA αναφέρθηκαν επίσης για τοArabidopsis-Cuscutaσύστημα παρασίτων.³³

Εκχύλισμα Cistanche Deserticola σε σκόνη

ΖΗΤΗΣΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ:

wallence.suen@wecistanche.com 0015292862950

Σε σύγκριση με τα sRNA, είναι δύσκολο να διερευνηθεί η μεταφορά mRNA λόγω των τεχνικών εμποδίων για τη διάκριση της μακράς αλληλουχίας μεταγραφής μεταξύ οργανισμών πηγής και προορισμού.^2,34Από αυτή την άποψη, τα παρασιτικά φυτά προσφέρουν μια καλή επιλογή για τη μελέτη των κινητών mRNAs καθώς απέχουν εξελικτικά από τον ξενιστή τους και επομένως η επαρκής διακύμανση αλληλουχίας τους επιτρέπει να διακρίνονται μεταξύ ξενιστή και παρασίτου. Στην πρώιμη προσπάθεια, η μεταφορά mRNA επιβεβαιώθηκε αρχικά για περιορισμένα γονίδια από ξενιστή σε παράσιτο μονοκατεύθυνση.¹⁴Η αναγνώριση μεγάλης κλίμακας κινητών mRNA επιτεύχθηκε μέσω ανάλυσης μικροσυστοιχιών και τεχνολογίας προσδιορισμού αλληλουχίας για ξενιστές μοντέλωνArabidopsis, ντομάτα και καλομελετημένο παράσιτο.^14,15Είναι δύσκολο να γίνει διάκριση του mRNA μεταξύ των ιστών προέλευσης και προορισμού, ειδικά για είδη μη-μοντέλων που γενικά στερούνται γονιδιωματικών δεδομένων³⁵(Westwood & Kim, 2017). Ωστόσο, τώρα αυτό το ζήτημα αρχίζει να ξεπερνιέται με τις αυξήσεις του βάθους αλληλουχίας και τη βελτίωση των βιοπληροφορικών προσεγγίσεων. Χρησιμοποιώντας ευθυγράμμιση πολλαπλών αλληλουχιών και συγκριτική ανάλυση, εντοπίσαμε περίπου δέκα χιλιάδες κινητά mRNA μεταξύ ξυλωδών φυτώνH. αμμόδενδροκαι ριζοκολλημένοC. deserticola. ΣεArabidopsis-cuscutaσύνδεση, κινητά mRNA 9.518 και 8.655 προέρχονται απόArabidopsisκαιcuscutaαντίστοιχα, αντιπροσωπεύοντας το 45 τοις εκατό και το 24 τοις εκατό των μεταγραφών από τον οργανισμό πηγής.¹⁵Ωστόσο, στην ίδια έκθεση, μόνο 347 (1,6 τοις εκατό ) και 288 (1,1 τοις εκατό ) κινητά γονίδια εντοπίστηκαν στην τομάταcuscutaπαρασιτικό σύστημα.¹⁵Πιο πρόσφατα, οι Liu et al. ανέφερε ότι 172 (0.06 τοις εκατό ) και 1.416 (0,28 τοις εκατό ) κινητά mRNAs ανταλλάχθηκαν μεταξύArabidopsisκαι dodder, ενώ τα κινητά mRNA ήταν μόνο 64 (0,12 τοις εκατό ) και 708 (0,19 τοις εκατό ) στη σύνδεση σόγιας-dodder.²⁴Αναφέρουμε εδώ ότι 2.370 (3,38 τοις εκατό) και 7.496 (9,66 τοις εκατό) unigenes μετακινήθηκαν μεταξύH. αμμόδενδροκαιC. deserticola, αντίστοιχα. Ως εκ τούτου, το εύρος και η εξειδίκευση μεταφοράς της διακίνησης RNA διέφεραν μεταξύ διαφορετικών συστημάτων παρασίτων. Η παρούσα μελέτη αντιπροσωπεύει μια πρώτη αναφορά μεταφοράς mRNA για παράσιτο ρίζας και διαφέρει από το παρασιτικό φυτό μίσχου. Η πιο συρρέουσα μεταφορά του mRNA στην κατεύθυνση CD→HA από την αντίθετη κατεύθυνση μπορεί να συνεισφέρει στις διαφορές των ειδών, ωστόσο, χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να επιβεβαιωθεί.

Το πιο δύσκολο ζήτημα για τη μελέτη κινητού RNA είναι η πειραματική επαλήθευση των γεγονότων μεταφοράς και ο λειτουργικός χαρακτηρισμός των κινητών RNA. Η αλληλουχία των μεταγραφομένων είναι σε βάθος και μεγάλης κλίμακας και η επιβεβαίωση του mRNA μεταφοράς θα μπορούσε να διευκολυνθεί με πολλαπλή ευθυγράμμιση αλληλουχιών καθώς ο ξενιστής και το παράσιτο σχετίζονται σε απόσταση μεταξύ τους.^15,19Εδώ, δείξαμε ότι η σύγκριση αλληλουχίας με τους ορθολόγους από στενά συγγενικά είδη βοήθησε στον εντοπισμό της προέλευσης του κινητού mRNA, ενώ ο αποκλεισμός της αλληλουχίας από απομακρυσμένα συγγενικά είδη που αντιπροσωπεύουν τον οργανισμό προορισμού. Αν και η βιολογική λειτουργία του κινητού mRNA είναι καλά μελετημένη για μια ποικιλία γονιδίων μέσα σε έναν οργανισμό, οι επιπτώσεις τους στις συνδέσεις φυτών-παρασίτων είναι ελάχιστα κατανοητές.²Αυτό παρεμποδίζεται κυρίως από την έλλειψη αποτελεσματικών ερευνητικών εργαλείων για κινητό mRNA και ισχύει ιδιαίτερα για το σύστημα στο οποίο λείπει η διαγονιδιακή προσέγγιση. Μέχρι σήμερα, η λειτουργική επαλήθευση των κινητών mRNA επιτεύχθηκε μόνο σε μοντέλα παρασιτικών συστημάτων όπως π.χArabidopsis- μπακαλιάρο και σόγια - μπακαλιάρα στα οποία είναι διαθέσιμες διαγονιδιακές μέθοδοι και για καλά μελετημένα γονίδια όπως το ζιζανιοκτόνο φωσφινοθρικίνη ακετυλοτρανσφεράση (ΕΛΑΦΡΟ ΚΤΥΠΗΜΑ)³⁶και florigenFTγονίδιο.³⁷Εδώ χρησιμοποιήσαμε ηλίανθο-O. cumanaσύστημα για τη διευκόλυνση τόσο της πειραματικής επικύρωσης όσο και της λειτουργικής μελέτης των κινητών mRNA και επιβεβαίωσε τον ρόλο τους στην ανάπτυξη παρασίτων. Υπερέκφραση τεσσάρωνC. deserticolaγονίδιαCdAPM, CdATPA, CdPGIκαιCdRPL22αποδείχθηκε ότι επιταχύνει την προσκόλληση στο haustorium, υποδεικνύοντας ότι αυτά τα τέσσερα γονίδια είχαν προωθητικούς ρόλους στην προσκόλληση παρασίτων και στην ανάπτυξη του haustorium. Αν και λιγότερο μελετημένη, η εμπλοκή των παραπάνω γονιδίων για την ανάπτυξη του haustorium αναφέρθηκε οριακά. Για παράδειγμα, αρκετές πρωτεΐνες ΑΤΡ συνθάσης/ΑΤΡάσης τύπου V εμπλουτίστηκαν σε εξωαυταρχικό χώρο φύλλων κριθής μολυσμένα με ωίδιο για να ενισχυθεί η ευαισθησία σε ασθένειες.FgGPI, ένα γονίδιο της γλυκόζης-6-φωσφορικής ισομεράσης που εμπλέκεται στη βιοσύνθεση του ATP και στη χρήση της πηγής άνθρακα, απαιτείται για την ανάπτυξη υφών και την ανάπτυξη μυκήτωνFusarium graminearum.³⁸Συνολικά, η μελέτη μας καταδεικνύει την αποτελεσματικότητα του ηλίανθουO. cumanaπαρασιτικό σύστημα για τη λειτουργική επικύρωση τουC. deserticola γονίδια και αυτή η στρατηγική θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμη για άλλα παράσιτα της ρίζας.

πρέπει να σημειωθεί ότιC. deserticolaείναι ένα ειδικό παράσιτο που έχει μόνο έναν αναφερόμενο ξενιστήH. αμμόδενδρο, που είναι ένας θάμνος που καλλιεργείται στην άμμο περιορισμένου βιότοπου στη φύση.¹⁷Από εξελικτική άποψη, ο υπερβολικός παρασιτισμός τουC. deserticola θα προκαλούσε αποτυχία ανάπτυξης του ξενιστή και θα καθιστούσε τόσο τον ξενιστή όσο και το παράσιτο σε δυσμενή κατάσταση ανάπτυξης. Επομένως, είναι εύλογο να υποθέσουμε ότι αυτή η στενή σχέση ξενιστή-παρασίτου στο φυσικό οικοσύστημα θα μπορούσε να εξελίξει έναν μηχανισμό ισορροπίας με τον οποίο το παράσιτο σε έναν δεδομένο ξενιστή περιορίζεται σε περιορισμένο αριθμό για επιτυχή εκπλήρωση του κύκλου ζωής, αντί να σκοτώσει τον ξενιστή για ο ίδιος ο θάνατος. Ενδιαφέρον, υπερέκφραση τουCdNLR1καιCdNLR2, δύοC. deserticola NBS-LRRγονίδια που κωδικοποιούν υποτιθέμενες πρωτεΐνες R, προκάλεσαν δραματική μείωση στην ανάπτυξη φυματίωσης. Επομένως, μεταφορά κινητών mRNA που προκαλούν PCD γιαCdNLR2καιCdNLR3μπορεί να καθορίσει το πεπρωμένο του κάθε παρασίτου και να αποτρέψει τον υπερβολικό παρασιτισμό τους σε έναν ξενιστή. Αν και η απόκριση υπερευαισθησίας αναφέρθηκε σπάνια για αλληλεπιδράσεις ξενιστή-παρασιτικού φυτού σε σύγκριση με άλλο σύστημα ξενιστή-παθογόνου, μπορεί επίσης να συμβάλει στην ανοσία του ξενιστή έναντι των παρασιτικών φυτών. Σε παράσιτο στελέχουςCuscuta spp. και συσχέτιση ντομάτας, αναφέρθηκε ότι εμφανίζεται μια απόκριση παρόμοια με υπερευαισθησία (HLR) για ασυμβατότητα και ότι προκαλείται μέσω της φυτικής ορμόνης σαλικυλικού οξέος (SA).^39,40Για παράδειγμα, Cowpea (Vigna unguiculata) η ποικιλία B301 κωδικοποιεί το VuPOB1, ένα ομόλογο λιγάσης ουβικιτίνης Ε3 που περιέχει περιοχή ξενιστή BTB-BACK, για να προκαλέσει υπερευαίσθητη απόκριση στη θέση προσκόλλησης παρασίτου στην εισβολή των φυλών SG4 και SG3 του ριζικού παρασιτικού ζιζανίουStriga gesnerioides.⁴¹