Πρωτεΐνες με μοτίβο λυσίνης (LysM): Διασύνδεση χειρισμού φυτικής ανοσίας και μυκήτων

Αφηρημένη:

Οι πρωτεΐνες με μοτίβο λυσίνης (LysM) είναι πρωτεϊνικές μονάδες δέσμευσης υδατανθράκων που παίζουν κρίσιμο ρόλο στις αλληλεπιδράσεις ξενιστή-παθογόνου. Οι φυτικές πρωτεΐνες LysM λειτουργούν ως επί το πλείστον ως υποδοχείς αναγνώρισης προτύπων (PRRs) που ανιχνεύουν τη χιτίνη για να επάγουν την ανοσία του φυτού. Αντίθετα, το μυκητιακό LysM εμποδίζει την αίσθηση ή τη σηματοδότηση της χιτίνης για την αναστολή της ανοσίας του ξενιστή που προκαλείται από τη χιτίνη. Σε αυτήν την ανασκόπηση, παρέχουμε ιστορικές προοπτικές για τα φυτικά και μυκητιακά LysMs για να δείξουμε πώς αυτές οι πρωτεΐνες εμπλέκονται στη ρύθμιση της ανοσολογικής απόκρισης των φυτών από τα μικρόβια. Τα φυτά χρησιμοποιούν πρωτεΐνες LysM για να αναγνωρίσουν μυκητιακές χιτίνες που στη συνέχεια αποικοδομούνται από φυτικές χιτινάσες για να προκαλέσουν ανοσία. Αντίθετα, τα μυκητιακά παθογόνα προσλαμβάνουν πρωτεΐνες LysM για να προστατεύσουν το κυτταρικό τους τοίχωμα από την υδρόλυση από τη φυτική χιτινάση για να αποτρέψουν την ενεργοποίηση της επαγόμενης από τη χιτίνη ανοσίας. Η αποκάλυψη αυτής της συνεξελικτικής κούρσας εξοπλισμών στην οποία το LysM διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη χειραγώγηση, διευκολύνει την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις φυτών-μυκήτων.

Λέξεις-κλειδιά:

πρωτεΐνη μοτίβου λυσίνης (LysM); αλληλεπιδράσεις φυτού-μύκητα? χιτίνη; χειραγώγηση της ανοσίας.

Τα μοτίβα λυσίνης (GRAS) είναι μια κατηγορία διατηρημένων πρωτεϊνικών αλληλουχιών που υπάρχουν σε μια ποικιλία οργανισμών. Συμμετέχουν στη ρύθμιση της ανάπτυξης και της ανάπτυξης και στην προσαρμογή του στρες σε φυτά και μύκητες και βρίσκονται επίσης στα θηλαστικά. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι οι πρωτεΐνες GRAS εμπλέκονται επίσης στη ρύθμιση των ανοσολογικών αποκρίσεων σε φυτά και θηλαστικά, επηρεάζοντας έτσι την ανοσία. Στα φυτά, οι πρωτεΐνες GRAS εμπλέκονται στη μεσολάβηση των αμυντικών αποκρίσεων των φυτών στα παθογόνα. Για παράδειγμα, στο Arabidopsis thaliana, οι πρωτεΐνες GRAS SHR και SCR εμπλέκονται στην αντίσταση των φυτικών ριζών στα παθογόνα και αυτές οι πρωτεΐνες μπορούν να προκαλέσουν απόπτωση στις ρίζες των φυτών και να προάγουν το θάνατο παθογόνων βακτηρίων. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες GRAS ενισχύουν επίσης την αντοχή των φυτών στα παθογόνα, συμμετέχοντας στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης στην ανοσολογική ενεργοποίηση των φυτών.

Στα θηλαστικά, αν και υπάρχουν λίγες μελέτες για την ανοσολογική λειτουργία των πρωτεϊνών GRAS, ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι εμπλέκονται στην ανοσολογική ρύθμιση. Για παράδειγμα, η πρωτεΐνη GRAS SPRY2 μπορεί να αναστείλει τον πολλαπλασιασμό και την ενεργοποίηση των Τ κυττάρων και να αυξήσει τον αριθμό των ρυθμιστικών Τ κυττάρων, ρυθμίζοντας έτσι την ισορροπία της ανοσολογικής απόκρισης. Από την άλλη πλευρά, η πρωτεΐνη GRAS OSL1 μπορεί επίσης να συμμετάσχει στη ρύθμιση της ανοσολογικής απόκρισης των θηλαστικών και μπορεί να αναστείλει την ενεργοποίηση και τον πολλαπλασιασμό των Τ κυττάρων.

Επομένως, μπορεί να φανεί ότι οι πρωτεΐνες GRAS εμπλέκονται στη ρύθμιση των ανοσολογικών αποκρίσεων σε φυτά και θηλαστικά, επηρεάζοντας έτσι την ανοσία. Η μελλοντική έρευνα πρέπει να διερευνήσει τον ειδικό ρόλο και τον μηχανισμό των πρωτεϊνών GRAS στην ανοσολογική ρύθμιση, για να παράσχει μια θεωρητική βάση για την ανάπτυξη νέων ανοσοτροποποιητών. Αυτό δείχνει τη σημασία της ανοσίας, επομένως πρέπει να βελτιώσουμε την ανοσία. Το Cistanche μπορεί να ενισχύσει την ανοσία. Η τέφρα κρέατος περιέχει μια ποικιλία βιολογικά ενεργών συστατικών, όπως πολυσακχαρίτες, δύο μανιτάρια, Huang Li κ.λπ. Διεγείρουν διάφορα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και αυξάνουν την ανοσοποιητική τους δραστηριότητα.

Κάντε κλικ σε σκόνη εκχυλίσματος cistanche tubulosa

1. Εισαγωγή

Όντας ακίνητα, τα φυτά αντιμετωπίζουν πολλαπλές προκλήσεις κατά τη διάρκεια της ζωής τους, συμπεριλαμβανομένων εκείνων από παθογόνα. Τα φυτά δεν διαθέτουν κυκλοφορούν ανοσοποιητικό σύστημα όπως τα ζώα, ούτε παράγουν αντισώματα για την καταπολέμηση των παθογόνων [1]. Έτσι, μοναδικές στρατηγικές για να αμυνθούν από τις εισβολές παθογόνων έχουν σχεδιαστεί από τα φυτά σε όλη την εξέλιξή τους. Τα φυτά έχουν αναπτύξει ανοσοϋποδοχείς ως μέσο ανίχνευσης και στη συνέχεια αποτροπής παθογόνων [2]. Οι ανοσοϋποδοχείς στα φυτά μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριους τύπους, τους υποδοχείς αναγνώρισης προτύπων (PRRs) και τους υποδοχείς επανάληψης πλούσιους σε λευκίνη που δεσμεύουν νουκλεοτίδια (NLR) [3]. Τα PRR έχουν χρησιμοποιηθεί ως η κύρια άμυνα έναντι των παθογόνων.

Γενικά, τα PRRs εντοπίζονται στην κυτταρική μεμβράνη και ανήκουν σε μια οικογένεια κινασών υποδοχέα που γενικά περιλαμβάνουν έναν εξωκυτταρικό τομέα δέσμευσης συνδέτη, έναν τομέα διαμεμβράνης και έναν τομέα ενδοκυτταρικής κινάσης [4]. Οι εξωκυτταρικές περιοχές των PRRs μπορούν να αναγνωρίσουν συγκεκριμένα μοριακά σχετιζόμενα μοριακά μοτίβα (MAMP), όπως ο βακτηριακός λιποπολυσακχαρίτης (LPS), η μαστίγωση, ο EF-Tu (θερμοασταθής παράγοντας επιμήκυνσης), οι πεπτιδογλυκάνες, η μυκητιακή χιτίνη και οι -γλυκάνες και οι εργοστερόλες ενεργοποιούνται ενδοκυτταρικές περιοχές κινάσης μέσω διαμεμβρανικών περιοχών που με τη σειρά τους ενισχύουν τα κατάντη ανοσοσήματα [5-7]. Για να διαπεράσουν αυτό το πρώτο επίπεδο των φραγμών του ανοσοποιητικού συστήματος του φυτού, τα παθογόνα εκκρίνουν μικρά μόρια που ονομάζονται τελεστές στα φυτικά κύτταρα. Αυτοί οι τελεστές διαταράσσουν τη σηματοδότηση της ενεργοποιημένης από μιτογόνο πρωτεϊνική κινάση (MAPK) και την κατάντη μετάδοσή της, αναστέλλοντας τη μετάφραση και τη δραστηριότητα των PRR και τη σύνθετη σηματοδότηση τους. Εκτός από αυτό, μπορεί επίσης να επηρεάσει την ανοσία των φυτών παρεμβαίνοντας σε διάφορες κυτταρικές διεργασίες όπως η παραγωγή ROS, η μεταφορά κυστιδίων, η εναπόθεση τύλου και η ενίσχυση του κυτταρικού τοιχώματος [5,7].

Η περιοχή LysM περιλαμβάνει πρωτεΐνες που παίζουν άμεσα ρόλο είτε στα PRR που ρυθμίζουν την ανοσία στα φυτά είτε ως τελεστές σε παθογόνους μύκητες που καταστέλλουν την ανοσία των φυτών [8]. Η περιοχή LysM είναι μια γενική μονάδα δέσμευσης πεπτιδογλυκάνης, η οποία έχει μια δευτερεύουσα δομή με δύο έλικες στοιβαγμένες στην ίδια πλευρά του αντιπαράλληλου φύλλου. Γενικά, η ενότητα LysM περιέχει περίπου 50 αμινοξέα και συνδέεται με πεπτιδογλυκάνες, χιτίνη και τα παράγωγά τους [9]. Η περιοχή LysM ανακαλύφθηκε αρχικά στο αντιμικροβιακό ένζυμο λυσοζύμη ενός βακτηριοφάγου [8] και ένας αυξανόμενος αριθμός μελετών έχει βρει ότι οι πρωτεΐνες της περιοχής LysM είναι ευρέως κατανεμημένες σε ευκαρυώτες και προκαρυώτες [10,11].

Ως λειτουργική περιοχή που βοηθά στην αποφυγή της ανοσίας του ξενιστή, η λειτουργία των πρωτεϊνών της περιοχής LysM βασίζεται στις ιδιότητες δέσμευσης της περιοχής LysM στον πολυσακχαρίτη χιτίνης του μύκητα, ο οποίος είναι ένας αδιάλυτος σύνθετος υδατάνθρακας στο κυτταρικό τοίχωμα του μύκητα που γενικά αποικοδομείται από τις φυτικές χιτινάσες. 12]. Το κυτταρικό τοίχωμα των μυκητιακών παθογόνων είναι το πρώτο σημείο επαφής με το φυτό ξενιστή και το κύριο συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος του μύκητα είναι η χιτίνη [12]. Για τα φυτά, η μυκητιακή χιτίνη δρα ως MAMP, η οποία επάγει την ανοσία των φυτών δεσμεύοντας με τα συγγενή PRR στα φυτά. Αντίθετα, για να αποφευχθεί η αμυντική απόκριση του ξενιστή, οι τελεστές που περιέχουν την περιοχή LysM εκκρίνονται από μυκητιακά παθογόνα για να προστατεύσουν τα κυτταρικά τους τοιχώματα. Η χιτίνη ως βασικό συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος των μυκήτων δρα ως σημαντικό μόριο στον χειρισμό της ανοσίας του ξενιστή με τη μεσολάβηση των πρωτεϊνών LysM. Αυτή η διαμοριακή αλληλεπίδραση υπογραμμίζει τα αποτελέσματα λεπτώς ελεγχόμενων διεργασιών ξενιστή-παθογόνου, οι οποίες έχουν γίνει η βάση για τη βελτίωση της αντοχής στις ασθένειες στις καλλιέργειες [13].

Έτσι, σε αυτήν την ανασκόπηση, παρέχουμε μια ολοκληρωμένη εκτίμηση των βιολογικών χαρακτηριστικών των πρωτεϊνών LysM από φυτά και μύκητες, τους μηχανισμούς με τους οποίους συμβαίνει ο χειρισμός της ανοσίας του ξενιστή και τους διαδραστικούς τους ρόλους μεταξύ φυτών και μυκήτων για να διευκολυνθεί η κατανόηση του μηχανισμού του LysM - η διαμεσολαβούμενη ανοσία και η σημασία της για τη γεωργία.

2. Το LysM μεσολαβεί στη σηματοδότηση χιτίνης στα φυτά

Το LysM υπάρχει με τη μορφή κινασών τύπου υποδοχέα που περιέχουν LysM (LYKs) ή μη κινάσης LysM [14]. Τα LYKs υπάρχουν αποκλειστικά στα φυτά και εμπλέκονται στη ρύθμιση της ανοσίας των φυτών [14]. Οι φυτικές πρωτεΐνες LysM είναι πολύ διαφορετικές, με τουλάχιστον έξι διαφορετικούς τύπους σε αντίθεση με τους τύπους μη κινασών, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι πρωτεΐνες LysM εμφανίζονται σε μια σειρά πολύπλοκων δομικών περιοχών [14,15]. Ωστόσο, μια βιολογική λειτουργία δεν έχει αποδοθεί στα περισσότερα γονίδια LysM που δεν είναι κινάση.

2.1. LysM σε Arabidopsis και Ρύζι

Η αναγνώριση των μοριακών μοτίβων που σχετίζονται με το παθογόνο (PAMPs) από τα PRRs είναι το πρώτο βήμα στην άμυνα των φυτών, τα PAMPs είναι διατηρημένα μόρια διεγέρτες όπως μυκητιακή χιτίνη και χιτοολιγοσακχαρίτες, βακτηριακή πεπτιδογλυκάνη και η ωρίμανση και η μεταφορά των PRRs είναι μια σημαντική βιολογική διαδικασία. Η κινάση 1 του υποδοχέα διεγέρτη χιτίνης (CERK1) είναι ένα κλασικό μέλος LysM, το οποίο βρίσκεται στο ρύζι και στο Arabidopsis [16,17]. Λειτουργεί ως PRR στις μεμβράνες των φυτικών κυττάρων για να αναγνωρίσει ορισμένα συντηρητικά μοριακά μοτίβα που προέρχονται από παθογόνους μύκητες και να επάγει την ανοσολογική απόκριση του ξενιστή (Εικόνα 1). Το CERK1, το οποίο περιέχει τρεις τομείς LysM, παίζει βασικό ρόλο στην αντίληψη των επαγωγέων ολιγοσακχαρίτη χιτίνης και στη μεταγωγή της Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης. Δείχνει υψηλότερη συγγένεια με τον ολιγοσακχαρίτη χιτίνης με μακρύτερα υπολείμματα. Οι ανοσοαποκρίσεις που προκαλούνται από τη μυκητιακή χιτίνη MAMP περιλαμβάνουν ενεργοποίηση MAPK, παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) και έκφραση αμυντικών γονιδίων [16,18-20].

Ο υποδοχέας χιτίνης ρυζιού OsCERK1 ωριμάζει στο ενδοπλασματικό δίκτυο από όπου μεταφέρεται στο εκτοπλασματικό δίκτυο μέσω της συσκευής Golgi. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η πρωτεΐνη που προκαλείται από το στρες (Hop/Sti1) και η πρωτεΐνη θερμικού σοκ 90 (Hsp90) μπορούν να συναρμολογήσουν μία ή περισσότερες φυτοειδικές Rho τύπου GTPase OsRac1, μέλος της οικογένειας Rho τριφωσφορικών ασών γουανοσίνης (GTPases), η οποία συμπλέγεται σε το ενδοπλασματικό δίκτυο και η επακόλουθη μεταφορά του OsCERK1 από το ενδοπλασματικό δίκτυο στο ενδοπλασματικό δίκτυο ρυθμίζει την ωρίμανση του OsCERK1. Η διαδικασία μεταφοράς βασίζεται στη ρύθμιση της μικρής πρωτεΐνης που σχετίζεται με την έκκριση GTPase και της πρωτεΐνης 1 που σχετίζεται με το ras (GTPase Sar1) [21].

Ως μια μικρή ρυθμιστική πρωτεΐνη (G) νουκλεοτιδίου γουανίνης, η OsRac1 εμπλέκεται στο σύμπλεγμα υποδοχέα που περιέχει το OsCERK1- που ρυθμίζει την ανοσία μετά την αντιληπτή μυκητιακή χιτίνη από τα κύτταρα ρυζιού [21,22]. Ένα μέλος κυτταροπλασματικής κινάσης (RLCK) που μοιάζει με υποδοχέα, συμπεριλαμβανομένης της πιθανής κινάσης πρωτεΐνης σερίνης/θρεονίνης 27 (PBL27), που είναι ένα συστατικό κατάντη του CERK1, παίζει σημαντικό ρόλο στην αίσθηση της χιτίνης και στην κατάντη σηματοδότηση, η οποία τελικά συμβάλλει στη διαμόρφωση της επαγόμενης από τη χιτίνη ανοσίας στο Arabidopsis [23]. Μετά την αναγνώριση χιτίνης CERK1, το PBL27 φωσφορυλιώνεται από το CERK1. Το φωσφορυλιωμένο PBL27 μετέχει στη συνέχεια στην ενεργοποίηση της MAPK [23]. Ομοίως, η κυτταροπλασματική κινάση που μοιάζει με υποδοχέα στο ρύζι OsRLCK185 μπορεί επίσης να φωσφορυλιωθεί από ενεργοποιημένο με χιτίνη OsCERK1 και να προκαλέσει αποκρίσεις MAPK [24,25]. Το OsRLCK185 φωσφορυλιώνει επίσης την κυτταροπλασματική φερριτίνη OsDRE2a, ομόλογα ρυζιού της πρωτεΐνης ζυμομύκητα Dre2, για να ρυθμίσει μια έκρηξη ROS που προκαλείται από χιτίνη [26]. Άλλα μέλη του RLCK VII, συμπεριλαμβανομένων των OsRLCK57, OsRLCK107, OsRLCK118 και OsRLCK176, εμπλέκονται επίσης σε διάφορα μονοπάτια σηματοδότησης χιτίνης [27-29].

Επιπλέον, αρκετά άλλα κατάντη στοιχεία που εμπλέκονται στη σηματοδότηση με τη μεσολάβηση CERK1-έχουν επίσης εντοπιστεί στο Arabidopsis. Η φυτική πρωτεΐνη U-box 4 (PUB4) είναι μια λιγκάση ουβικιτίνης που αλληλεπιδρά με το CERK1. Είναι ένας θετικός ρυθμιστής της σηματοδότησης χιτίνης μέσω του ρόλου του στην παραγωγή ROS και την εναπόθεση καλλόζης με την αντίληψη του ολιγοσακχαρίτη χιτίνης [30]. Μέλη κυτταροπλασματικής κινάσης VII παρόμοια με υποδοχέα Arabidopsis συμπεριλαμβανομένων των RLCK VII-4, RLCK VII-5, RLCK VII-7 και RLCK VII-8 λειτουργούν κατάντη των PRR που εμπλέκονται στη μαστιγίτσα και σηματοδότηση χιτίνης, συμβάλλουν στην εναπόθεση καλλόζης και στη δημιουργία ROS. Το RLCK VII-4 αποδείχθηκε συγκεκριμένα ότι είναι σημαντικό για τη σηματοδότηση χιτίνης μέσω του ρόλου του στην ενεργοποίηση του καταρράκτη MAPK κατά την αντίληψη της χιτίνης, συνδέοντας έτσι μια σηματοδότηση PRR με MAPK [31]. Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η μονάδα σηματοδότησης CERK1-RLCK παίζει έναν διατηρημένο ρόλο στην παραγωγή ROS στο Arabidopsis και στο ρύζι κατά τη διάρκεια μιας ανοσοαπόκρισης που προκαλείται από χιτίνη [21-31].

Είναι ενδιαφέρον ότι ο υποδοχέας χιτίνης CERK1 αποδείχθηκε ότι συνδέεται απευθείας με τη χιτίνη, με τις τρεις εξωκυτταρικές περιοχές LysM που απαιτούνται για τη δέσμευση της χιτίνης, αλλά, πιο σημαντικό, χωρίς άλλες πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν, παρέχοντας έτσι στοιχεία ότι η CERK1 είναι μια κύρια πρωτεΐνη δέσμευσης χιτίνης στα φυτά. 32]. Η παραμεμβρανική περιοχή διατηρημένης παραμεμβράνης (JM) ρυθμίζει τη δραστηριότητα κινάσης του CERK1 στο Arabidopsis. Επιπλέον, η παραμεμβρανική περιοχή JM παίζει επίσης έναν λειτουργικά συντηρημένο ρόλο στην ενεργοποίηση του σήματος αίσθησης χιτίνης στο Arabidopsis [33]. Τέλος, ο διμερισμός του επαγόμενου από χιτίνη CERK1 είναι η βασική βιολογική διαδικασία που είναι απαραίτητη για τη μεταγωγή του ανοσοποιητικού σήματος που προκαλείται από τη χιτίνη [34]. Για παράδειγμα, ο επαγόμενος από συνδέτη ομοδιμερισμός CERK1 απαιτείται για μοριακά μοτίβα αντίληψης συνδέτη, ενεργοποίηση υποδοχέα και μεταγωγή ανοσοποιητικής σηματοδότησης [34,35].

Η φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης είναι επίσης ένα βασικό ρυθμιστικό βήμα στη σηματοδότηση φυτών LysM [23]. Πρώτον, καθώς η CERK1 είναι μια κύρια πρωτεΐνη δέσμευσης χιτίνης που εμπλέκεται άμεσα στη δέσμευση χιτίνης από το LysM, η αντίληψη του σήματος χιτίνης και η μετάδοσή του εξαρτώνται από τις μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις και τη δραστηριότητα κινάσης [32]. Είναι γνωστό ότι το CERK1 φωσφορυλιώνει τις κυτταροπλασματικές κινάσες που μοιάζουν με υποδοχείς PBL27 στο A. thaliana [23,36]. Ομοίως, στο ρύζι, ο παράγοντας ανταλλαγής νουκλεοτιδίων γουανίνης για το OsRac1 OsRacGEF1 φωσφορυλιώνεται από την κυτταροπλασματική κινάση OsCERK1 [22]. Το CERK1 αλληλεπιδρά επίσης με το LYK5 για να ανιχνεύσει τον ολιγοσακχαρίτη χιτίνης και να ενεργοποιήσει τα κατάντη συστατικά του καταρράκτη σηματοδότησης χιτίνης. Στη συνέχεια, το LYK5 διαχωρίζεται από το CERK1 για να εισέλθει στα κυστίδια και υφίσταται ενδοκυττάρωση με φωσφορυλίωση με CERK1 [37]. Μετά την ανίχνευση χιτίνης, το CERK1 στρατολογεί την αλληλεπιδρώντα πρωτεϊνική φωσφατάση 1 CERK{{21} (CIPP1), μια προβλεπόμενη φωσφατάση Ser/Thr, για την αποφωσφορυλίωση του Tyr428 και την απόσβεση της σηματοδότησης CERK1 [38].

Άλλα RLK και RLP που περιέχουν τον τομέα LysM υπάρχουν επίσης στο ρύζι και στο Arabidopsis και εμπλέκονται στη σηματοδότηση χιτίνης. Για παράδειγμα, οι πρωτεΐνες δέσμευσης εξιτονίων χιτίνης (CEBiPs) ήταν οι πρώτες φυτικές LysM RLP που ανακαλύφθηκαν στο ρύζι [39]. Η ανάλυση της μοριακής δομής του τομέα αναγνώρισης χιτίνης OsCEBiP έδειξε ότι οι κρυσταλλικές δομές μιας ελεύθερης εκτοτομής (ED) του OsCEBiP (OsCEBiP-ECD) περιέχουν τρία διαδοχικά LysMs, ακολουθούμενα από μια νέα δομική πτυχή περιοχών πλούσιων σε κυστεΐνη [40]. Η δομική ανάλυση έδειξε επίσης ότι η δέσμευση της χιτίνης δεν μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη διαμόρφωση του OsCEBiP, αλλά η χιτίνη σε "κύλιση τρόπου" προκαλεί συσσώρευση OsCEBiP, η οποία παίζει βασικό ρόλο στην αντίληψη και τη μεταγωγή αρκετών επαγωγέων χιτίνης στα κύτταρα ρυζιού [39-41].

Επιπλέον, τα OsLYP4 και OsLYP6, ως LysM-RLPs, δείχνουν επίσης συγγένεια χιτίνης, πιθανώς ως μικροί υποδοχείς χιτίνης [42], οι οποίοι και οι δύο μπορούν να σχηματίσουν ομο- και ετεροδιμερή και να αλληλεπιδράσουν με το CEBiP για να συμμετέχουν στη μεταγωγή σήματος της πεπτιδογλυκάνης (PGN) και της χιτίνης [42,43]. Το OsCERK1 μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως σύνδεσμος για σύνδεση με OsLYP4 και OsLYP6 [44]. Ενώ το ομόλογο OsCEBiP στο Arabidopsis, περιοχή μοτίβου λυσίνης που περιέχει γλυκοσυλφωσφατιδυλινοσιτόλη-προς-αγκυρωμένη πρωτεΐνη2 (LYM2), παρουσιάζει ομοιότητα με το CEBiP ρυζιού, δεν εμπλέκεται στη σηματοδότηση παρά την υψηλή συγγένεια για σύνδεση με τον ολιγοσακχαρίτη π-χιτίνης [4]. Το LYM2 μεσολαβεί σε μείωση της μοριακής ροής μέσω πλασμοδεσμάτων παρουσία ολιγοσακχαρίτη χιτίνης για να επάγει τις αμυντικές αποκρίσεις έναντι του μυκητιακού παθογόνου Botrytis halal, αλλά το LYM2 δεν απαιτείται για αμυντικές αποκρίσεις που προκαλούνται από το CERK1-, υποδεικνύοντας ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο ανεξάρτητα μονοπάτια απόκρισης που ενεργοποιούνται από τη χιτίνη στο Arabidopsis [44].

Επιπλέον, αρκετά άλλα ομόλογα CEBiP έχουν βρεθεί στο Arabidopsis ότι εμπλέκονται στη ρύθμιση της μεταγωγής σήματος χιτίνης και της ανοσίας των φυτών, συμπεριλαμβανομένων των LysM RLK1-αλληλεπιδρώντων κινάσης 1 (LIK1), LysM υποδοχέα κινάσης 3 (LYK3), LysM υποδοχέας κινάσης 4 (LYK4) και LysM υποδοχέας κινάσης 5 (LYK5) [37,44-47]. Αρκετά ολιγομερή χιτίνης μπορούν να προκαλέσουν ετεροδιμερισμό του AtLYK5 και ομοδιμερισμό του AtCERK1, αλλά το επαγόμενο από χιτίνη ετεροδιμερές AtLYK5-AtCERK1 είναι ισχυρότερο από το ομοδιμερές AtCERK1 επειδή μόνο το AtCERK1 περιέχει μια περιοχή κινάσης, η οποία έχει επίσης αποδειχθεί ότι είναι υπεύθυνη για τη σηματοδοτική χιονοϊτιότητα [ 48].

Οι αρνητικοί ρυθμιστικοί παράγοντες διαδραματίζουν επίσης βασικό ρόλο στην έκφραση βασικών και πρώιμων γονιδίων άμυνας που προκαλούνται από παθογόνα και στην προστασία της ανάπτυξης των φυτών από παρατεταμένη ανοσοποιητική βλάβη που προκαλείται από τη χιτίνη [36]. Για παράδειγμα, τα AtLYK3 και LIK1 ρυθμίζουν αρνητικά την άμυνα των φυτών που προκαλείται από τη χιτίνη και δρουν ως συστατικά του συμπλέγματος κυτταροπλασματικής κινάσης PBL27. Η φυτική πρωτεΐνη U-box 12 (PUB12) ρυθμίζει αρνητικά την επαγόμενη από τη χιτίνη ανοσία [36,45,47]. Το ενεργοποιημένο με χιτίνη AtCERK1 αποφωσφορυλιώνει το υπόλειμμα τυροσίνης 428 στρατολογώντας το CIPP1, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μηχανισμός αρνητικής ανάδρασης για τον αποκλεισμό της μεταγωγής σήματος χιτίνης [38]. Ωστόσο, το πώς τα φυτά εξισορροπούν αυτά τα θετικά και αρνητικά καθεστώτα σηματοδότησης ή αν βασίζονται σε άλλα μόρια σηματοδότησης είναι ακόμα άγνωστο.

Τέλος, η ανοσολογική απόκριση είναι ένα πολύπλοκο και ακριβές δίκτυο που περιλαμβάνει πολλαπλές διασταυρούμενες συνομιλίες σηματοδότησης κατά τη διάρκεια αλληλεπιδράσεων φυτών-παθογόνων και τα LysMs δεν αποτελούν εξαίρεση [46]. Το AtLYK3 εμπλέκεται στην αρνητική αλληλεπίδραση με τη μεσολάβηση της ορμόνης αψισικού οξέος (ABA) με τις ανοσολογικές αποκρίσεις των φυτών [46]. Το LIK1 ρυθμίζει θετικά τη σηματοδότηση ορμόνης ιασμονικού οξέος/αιθυλενίου (JA/ET) και ρυθμίζει αρνητικά τις αποκρίσεις άμυνας των φυτών που προκαλούνται από τη χιτίνη [47]. Η περιοχή LysM του EMBRYO SAC 1 (OsEMSA1A) είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη και τη λειτουργία των εμβρυϊκών βλαστοκύστεων [49]. Το CERK1 απαιτείται ως απόκριση τόσο στη συμβίωση της αρβουρικής μυκόρριζας (AM) όσο και στο στρες των φυτικών αλάτων [50-53]. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το CERK1, εκτός από τη συμμετοχή του στις ανοσολογικές αποκρίσεις ως RLKs, εκτελεί επίσης δύο ή περισσότερες μηχανιστικά ανεξάρτητες λειτουργίες. Για παράδειγμα, το CERK1 μπορεί να παίζει ρόλο στον έλεγχο του κυτταρικού θανάτου ανεξάρτητα από τη χιτίνη και δεν εξαρτάται από τη δραστηριότητα κινάσης του [54].

Ο ολιγοσακχαρίτης χιτίνης -1, 4-ολιγομερή Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης (GlcNAc), που χρησιμεύουν ως η μόνη γλυκοσιδική δομή του κυτταρικού τοιχώματος του μύκητα, λειτουργούν επίσης ως MAMP στα φυτά, αλλά τα μη διακλαδισμένα -1,{ {4}}η γλυκάνη των πολυφυλλικών ολιγοσακχαριτών αγγουριού μπορεί επίσης να προκαλέσει ανοσία που προκαλείται από τον υποδοχέα CERK1 (PTI) στο Arabidopsis [55]. Το Arabidopsis CERK1 μεσολαβεί στη φυτική ανοσία ως απόκριση στην αντίσταση του μη ξενιστή στο Fusarium oxysporum [56]. Το OsCERK1 έχει πρόσφατα προταθεί ότι έχει έναν επιπλέον ρόλο στην πρόκληση ανοσοαπόκρισης που προκαλείται από βακτηριακό λιποπολυσακχαρίτη (LPS) στο ρύζι [54]. Τα μεταλλαγμένα αλληλόμορφα Arabidopsis cerk1-4 απέτυχαν να συσσωρεύσουν προϊόντα υδρόλυσης εξωκυτταρικών πρωτεϊνών, οδηγώντας σε ενίσχυση της ευαισθησίας ή επαγωγή γήρανσης [54]. Δεδομένου ότι το cerk1-4, τα φυτά εμφάνισαν φυσιολογικές αποκρίσεις χιτίνης, ο κυτταρικός θάνατος δεν σχετιζόταν με τη δραστηριότητα κινάσης του AtCERK1 [54]. Ο ρόλος του AtCERK1 στην ανοχή αλατιού στο Arabidopsis έχει επίσης αναφερθεί, καθώς το AtCERK1 αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη διαύλου ασβεστίου ANNEXIN 1 (ANN1), η οποία είναι υπεύθυνη για τη ροή ασβεστίου που προκαλείται από το άλας προς τα μέσα [50].

2.2. LysM σε άλλα φυτά

Τα ομόλογα CERK1 έχουν επίσης σημαντικές βιολογικές λειτουργίες σε άλλα φυτά, ειδικά σε χειρισμούς ανοσίας [57-59]. Οι πρωτεΐνες που περιέχουν LysM διαφοροποιούνται επίσης λειτουργικά σε μια ποικιλία κυτταρικών διεργασιών. Η πρωτεΐνη 1 που περιέχει LysM στη μουριά (MmLYP1), ένα ομόλογο CEBiP, έχει ανασταλτική δράση στην αδιάλυτη χιτίνη και βασίζεται στις πρωτεΐνες 2 που περιέχουν LysM (MmLYK2, ομόλογο CERK1) κατά τις μολύνσεις από ασκομύκητες [60]. Στο βαμβάκι, δύο κινάσες που μοιάζουν με υποδοχείς LysM, η Gh-LYK1 και η Gh-LYK2, έχουν κάποια επίδραση στην αντοχή του βαμβακιού στη μαρασμό Verticillium. Και οι τρεις περιοχές LysM των Gh-LYK1 και Gh-LYK2 απαιτούνται για την ικανότητά τους να δεσμεύουν χιτίνη και η επαγόμενη από τον ιό γονιδιακή σίγηση (VIGS) των Gh-LYK1 και Gh-LYK2 σε βαμβακερά φυτά θέτει σε κίνδυνο την αντοχή στο Verticillium dahliae.

Ωστόσο, το Gh-LYK2 και το Gh-LYK1 μπορεί να συμβάλλουν διαφορετικά στην άμυνα στο βαμβάκι. Το Gh-LYK2, αλλά όχι το Gh-LYK1, είναι μια ψευδο-κινάση και το ED του Gh-LYK2 μπορεί να προκαλέσει έκρηξη ROS στα φυτά [58]. Το GhWAK7A στο βαμβάκι αλληλεπιδρά άμεσα με τα GhLYK5 και GhCERK1 και προάγει τον επαγόμενο από τη χιτίνη διμερισμό GhLYK5-GhCERK1, ο οποίος παίζει ουσιαστικό ρόλο στην απόκριση που προκαλείται από τη χιτίνη [61]. Επιπλέον, η πρωτεΐνη 1 τύπου LysM-υποδοχέα (LYP1), η LysMcontaining υποδοχέας-όπως κινάση 7 (LYK7) και η εξωκυτταρική πρωτεΐνη LysM 3 (LysMe3) είναι υποδοχείς μεμβράνης που αναγνωρίζουν σήματα χιτίνης, τα οποία μπορούν να ενεργοποιήσουν τις κατάντη αμυντικές διαδικασίες και να ενισχύσουν την αντίσταση στον V. dahliae [62]. Σε αντίθεση με το OsCERK1 του ρυζιού, οι πρωτεΐνες LysM στην ντομάτα παρουσιάζουν σημαντική λειτουργική απόκλιση [63]: στην ντομάτα, η SlLYK10 και η SlLYK12 συμμετέχουν στη ρύθμιση της συμβίωσης AM, η SlLYK1 συμμετέχει στην επαγόμενη από τη χιτίνη ανοσοαπόκριση και η SlLYK13 εμπλέκεται στον κυτταρικό θάνατο [57. ,64]. Το ομόλογο AtCERK1 από την Apple, MdCERK1, βελτιώνει την αντίσταση στην Alternaria alternata [59]. Το Pteris ryukyuensis chitinase-A (PrChiA) έχει δεσμευτική χιτίνη και αντιμυκητιακή δράση [65], ενώ το Equisetum arvense chitinase-A (EaChiA) δεν έχει [66]. Η κύρια δομική διαφορά μεταξύ PrChiA και EaChiA είναι ο αριθμός των τομέων LysM [66], αλλά δεν υπάρχουν δεδομένα που να υποδηλώνουν ότι αυτό σχετίζεται με διαφορές στην αντιμυκητιακή δράση. Επιπλέον, η παρουσία των πρωτεϊνών LysM σε μήλα, σταφύλια, πατάτες και μηλιές έχει επίσης εντοπιστεί και αποδειχθεί ότι συμμετέχει σε ανοσοαποκρίσεις που προκαλούνται από τη χιτίνη [59,67-69]. Οι πρωτεΐνες LysM στα μπιζέλια, τις πετούνιες και τη μηδική εμπλέκονται στη συμβίωση του φυτού ΑΜ [70-73].

3. Το LysM αναστέλλει τη σηματοδότηση χιτίνης στους μύκητες

Πολλά μυκητιακά παθογόνα κωδικοποιούν εξωσωματικούς τελεστές που περιέχουν την ίδια περιοχή LysM με τους υποδοχείς χιτίνης των φυτών. Τα περισσότερα μυκητιακά παθογόνα αναστέλλουν την επαγόμενη από τη χιτίνη φυτική ανοσία εμποδίζοντας την αίσθηση ή τη σηματοδότηση της χιτίνης [74-79]. Το Ecp6 στο Cladosporium flavum, τον πρώτο τελεστή περιοχής LysM που ανακαλύφθηκε, χηλώνει τη χιτίνη κατά τη διάρκεια της μόλυνσης [74]. Οι ολιγοσακχαρίτες χιτίνης που απελευθερώνονται από το κυτταρικό τοίχωμα του εισβάλλοντος μυκηλίου με κυτταρική λύση ή αποικοδομούνται από φυτικές χιτινάσες συνδέονται με ολιγομερή χιτίνης για να αποτρέψουν την αντίληψη των φυτών, εμποδίζοντας τη φυτική ανοσία που προκαλείται από τη χιτίνη [74,75]. Στη συνέχεια, ανακαλύφθηκε μια παρτίδα μυκητιασικών τελεστών LysM που εμπλέκονται στην αναστολή της ανοσίας των φυτών.

Οι εξωκυτταρικές δομικές πρωτεΐνες LysM Colletotrichum higginsianum ChELP1 και ChELP2 του μύκητα των ασκομυκήτων που προκαλούν τη νόσο της ανθρακνόζης στα φυτά διαδραματίζουν διπλό ρόλο στην προσκόλληση, στη λειτουργία των κυττάρων και στην ανοσοκαταστολή των φυτών που προκαλείται από τη χιτίνη. Τα ChELP1 και ChELP2 διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της λοιμογόνου δράσης των μυκήτων και της ικανότητάς τους να διεισδύουν στα κύτταρα της επιδερμίδας Arabidopsis και στις μεμβράνες σελοφάν [79]. Η μεταλλοπρωτεάση μυκητιασίνης στον μύκητα ανθρακνόζης αραβοσίτου Colletotrichum graminicola (Cgfl) περιέχει όχι μόνο δύο περιοχές LysM, αλλά και μεταλλοπρωτεϊνάσες ψευδαργύρου της διατηρημένης καταλυτικής θέσης HEXXH και διατηρείται ευρέως στους μύκητες. Κατά την προσβολή του αραβοσίτου, το Cgfl εκφράζεται ειδικά κατά τη διάρκεια της βιοτροφικής φάσης και αποδείχθηκε ότι ο μύκητας χρησιμοποιεί στρατηγικές τόσο με τη μεσολάβηση Cgfl όσο και με τη μεσολάβηση πρωτεΐνης LysM για τον έλεγχο των σημάτων χιτίνης καταστέλλοντας τη δραστηριότητα χιτινάσης του ξενιστή [80]. Ομοίως, ο μύκητας του ρυζιού Magnaporthe oryzae δεν βασίζεται μόνο στην πρωτεΐνη LysM SLP1 αλλά και στο ομόλογο MoAa91 της οικογένειας 9 πρωτεΐνης της οικογένειας βοηθητικής δραστηριότητας (Aa9) (του M. oryzae) που απαιτείται για την αναγνώριση της επιφάνειας καθώς και για την καταστολή που προκαλείται από χιτίνη ανοσολογικές αντιδράσεις των φυτών. Το MoAa91 ρυθμίζεται από σηματοδότηση πρωτεΐνης G (RGS) και πρωτεΐνες παρόμοιες με RGS που απαιτούνται για την ανάπτυξη του appressorium και επίσης υπόκειται σε αρνητική ρύθμιση από τον παράγοντα μεταγραφής MoMsn2. Το μετάλλαγμα MoAa91 σχημάτισε ανώριμα προσκολλημένα κύτταρα στην τεχνητά επαγόμενη μεσεπιφάνεια και τα μεταλλάγματα διαγραφής γονιδίου μείωσαν σημαντικά την παθογένεια.

Περαιτέρω μελέτες έδειξαν ότι το MoAa91 εκκρίνεται στον εξωσωματικό χώρο όπου συνδέεται με τους ολιγοσακχαρίτες χιτίνης και χιτίνης ανταγωνιζόμενος τον ανοσοϋποδοχέα του ρυζιού CEBiP, με αποτέλεσμα την αναστολή των ανοσολογικών αποκρίσεων των φυτών που προκαλούνται από τη χιτίνη [81]. Η πρωτεΐνη ZtGT2 από το παθογόνο του σίτου Zymoseptoria tritici έχει τη λειτουργία της διατήρησης της εξωτερικής επιφάνειας του κυτταρικού τοιχώματος του μύκητα βοηθώντας στην επέκταση των υφών στις στερεές επιφάνειες. Είναι ευρέως διαδεδομένο στους μύκητες και η απώλειά του είχε ως αποτέλεσμα την απώλεια της λοιμογόνου δράσης του παθογόνου στην επιφάνεια του ξενιστή που προκύπτει από το μειονέκτημα στην επέκταση της υφής. Μια μετάλλαξη στον ορθόλογο ZtGT2 στον παθογόνο μύκητα Fusarium graminearum οδήγησε σε ιδιοσυστατική ενισχυμένη έκφραση αρκετών διαμεμβρανών και εκκρινόμενων πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένης της σημαντικής περιοχής LysM Zt3LysM, ενός μολυσματικού τελεστή που δεσμεύει την περιοχή LysM. Αν και η προσκόλληση στις επιφάνειες των φύλλων δεν επηρεάστηκε στα συγγενή μεταλλάγματα F. graminearum, μια σοβαρή εξασθένηση στην ανάπτυξη υφών στα μεταλλαγμένα οδήγησε σε παρόμοια απώλεια παθογένειας σε αυτόν τον ταξινομικά άσχετο μύκητα στα στάχυα του σίτου [82].

Το Mycosphaerella graminicola που προκαλεί τη νόσο των κηλίδων Septoria tritici στο σιτάρι φέρει τους τελεστές Mg1LysM και Mg3LysM που είναι ομόλογα της εξωκυτταρικής πρωτεΐνης τελεστή 6 (Ecp6) από το βιοτροφικό μυκητιακό παθογόνο Cladosporium fulvum. Προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι αυτοί οι μυκητιασικοί τελεστές μπορούν να δεσμεύσουν τη χιτίνη, έτσι, με τη σειρά τους, προστατεύουν τις μυκητιακές υφές από χιτινάσες φυτικής προέλευσης, βοηθώντας πιθανότατα το παθογόνο να αποφύγει την ανοσοαπόκριση του ξενιστή που ενεργοποιείται μέσω των υποδοχέων χιτίνης CERK1 και CEBiP [76,77]. Η δομική πρωτεΐνη LysM του Magnaporthe grisea που εκκρίνει μια πρωτεΐνη τελεστή, την εκκρινόμενη πρωτεΐνη LysM 1 (SLP1) και το Rhizoctonia solani LysM effector (RsLysM) αναστέλλουν την ανοσία που προκαλείται από τη χιτίνη δεσμεύοντας τη χιτίνη, αλλά δεν μπορούν να προστατεύσουν τις υφές από την υδρόλυση [76,77, 83]. Μια μελέτη 18 υποτιθέμενων πρωτεϊνών LysM σε Penicillium spp. διαπίστωσε ότι τα επίπεδα έκφρασης των PeLysM1, PeLysM2, PeLysM3 και PeLysM4 αυξήθηκαν σημαντικά κατά τη διάρκεια της μόλυνσης από παθογόνο, αλλά δεν επηρέασαν τη μυκητιακή λοιμογόνο δράση. Το PeLysM3 αποδείχθηκε επίσης ότι ρυθμίζει τη βλάστηση και τον ρυθμό ανάπτυξης των σπορίων [84].

Ωστόσο, τα μυκητιακά LysMs δεν εμπλέκονται πάντα μόνο στον χειρισμό της ανοσίας των φυτών με αποτέλεσμα βλαβερές επιπτώσεις στον ξενιστή. Ένας εκκρινόμενος τελεστής LysM που ταυτοποιήθηκε από το μοντέλο μυκητιακού είδους Arbuscular mycorrhiza (AM) Rhizophagus irregularis (RiSLM) είναι μία από τις υψηλότερα εκφρασμένες πρωτεΐνες τελεστή στο ενδοριζικό μυκήλιο κατά τη συμβίωση με τον ξενιστή Medicago truncatula. Πειράματα δέσμευσης in vitro έδειξαν ότι το RiSLM συνδέεται με ολιγοσακχαρίτες χιτίνης για να προστατεύσει τα κυτταρικά τοιχώματα των μυκήτων από την χιτινάση. Επιπλέον, το RiSLM μπορεί να επηρεάσει αποτελεσματικά την ανοσοαπόκριση που προκαλείται από τη χιτίνη για να ανατρέψει την ανοσία που προκαλείται από τη χιτίνη κατά τη διάρκεια της συμβίωσης, γεγονός που υποδεικνύει έναν κοινό ρόλο των τελεστών LysM τόσο σε συμβιωτικούς όσο και σε παθογόνους μύκητες σε κάποιο σημείο της εξέλιξης [85,{{2} }]. Σε παρόμοια σημείωση, ο ωφέλιμος μύκητας Trichoderma viride χρησιμοποιεί τελεστές όπως το Tal6 που δεσμεύουν τα ολιγομερή GlcNAc, παρεμποδίζοντας έτσι την αντίληψη της Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης που προέρχεται από μύκητες από τον μηχανισμό επιτήρησης του φυτού που οδηγεί στην προστασία των μυκητιακών υφών από τις χιτινάσες [87] του ξενιστή.

Η Ν-γλυκοζυλίωση ως μετα-μεταγραφική τροποποίηση είναι ένας τυπικός μηχανισμός για τελεστές που χρησιμοποιούνται εκτενώς από μυκητιακά παθογόνα για να ρυθμίσουν την ικανότητά τους να αποφύγουν την ανοσία του ξενιστή [88]. Η μεσολαβούμενη από Alg3-Ν-γλυκοζυλίωση της Slp1 απαιτείται για τη σταθερότητα της πρωτεΐνης και τη συγγένεια της χιτίνης. Η Ν-γλυκοζυλίωση με τη βοήθεια της Slp1 απαιτείται για την αποφυγή της έμφυτης ανοσίας του ξενιστή [88]. Τα ChELP1 και ChELP2 είναι επίσης Ν-γλυκοζυλιωμένα [79]. Αυτές οι μελέτες υποδηλώνουν ότι η Ν-γλυκοζυλίωση είναι απαραίτητη και είναι μια κοινή τροποποίηση για τους τελεστές LysM των μυκήτων για την επίτευξη εξαιρετικά υψηλής συγγένειας χιτίνης [88]. Η μεγάλης κλίμακας ταυτοποίηση και σύγκριση πρωτεϊνών Ν-γλυκοζυλίωσης σε διάφορα στάδια βιολογικής ανάπτυξης του παθογόνου μύκητα Magnaporthe oryzae έδειξε ότι ταυτοποιήθηκαν 559 θέσεις Ν-γλυκοζυλίωσης 355 πρωτεϊνών. Τα περισσότερα από αυτά εμπλέκονται σε διαφορετικές διαδικασίες βιολογικής ανάπτυξης, όπως τα μυκήλια, τα κονίδια και η προσκόλληση και διαφοροποίηση των κυττάρων [89].

4. LysM Interlocks Χειρισμός των αποκρίσεων ανοσίας μεταξύ φυτών και παθογόνων

Η τρέχουσα άποψη των επαγώγιμων αμυντικών αποκρίσεων στις αλληλεπιδράσεις φυτών-παθογόνων αποτυπώνεται καλά στο λεγόμενο μοντέλο ζιγκ-ζαγκ. Σε αυτό το μοντέλο, η πρώτη επαγόμενη άμυνα ενεργοποιείται από τα PRR και τα PRR είναι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας που αναγνωρίζουν το MAMP [90]. Αυτή η αμυντική απόκριση περιλαμβάνει την τοπική ενίσχυση του κυτταρικού τοιχώματος, την παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου και την παραγωγή και απελευθέρωση αντιμικροβιακών ενώσεων, οι οποίες μαζί αποτρέπουν τις περισσότερες μικροβιακές εισβολές [1,3,7,90]. Όταν τα παθογόνα ξεπερνούν επιτυχώς την άμυνα του ξενιστή χρησιμοποιώντας εκκρινόμενους τελεστές, δημιουργείται ευαισθησία που προκαλείται από τελεστές, η οποία αποτελεί βασικό στοιχείο του ζιγκ-ζαγκ μοντέλου [1]. Οι πρωτεΐνες LysM, τα σημαντικά μέλη που υπάρχουν τόσο στα φυτά όσο και στους μύκητες, θα πρέπει να διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διασύνδεση της διαμόρφωσης ανοσίας μεταξύ φυτών και παθογόνων.

Κατά τη διάρκεια των αλληλεπιδράσεων μύκητα-φυτού, όταν οι μύκητες διαπερνούν το φράγμα του πρώτου φυτού και εμπλέκονται στην επιφάνεια του ξενιστή, οι φυτικές πρωτεΐνες LysM λειτουργούν ως PRR για να αναγνωρίσουν τη χιτίνη και να προκαλέσουν ανοσία. Το φυτό χρησιμοποιεί εκκριτική χιτινάση για να υδρολύσει το κυτταρικό τοίχωμα του μύκητα για να απελευθερώσει ελεύθερη ολιγοκιτίνη. Στη συνέχεια, τα αμυντικά σήματα μεταδίδονται από την κατάντη LysM κυτταροπλασματική κινάση, ενεργοποιώντας την ανοσολογική απόκριση του φυτού για την καταστολή του πολλαπλασιασμού των μυκήτων. Αντίθετα, οι μύκητες εκκρίνουν πρωτεΐνες LysM για να καταστείλουν την επαγόμενη από τη χιτίνη ανοσία. Οι μικροβιακές πρωτεΐνες LysM προστατεύουν το κυτταρικό τοίχωμα του μύκητα από την υδρόλυση δεσμεύοντας στην εξώτατη επιφάνεια ή ανταγωνιζόμενοι τους φυτικούς υποδοχείς LysM για να δεσμεύσουν θραύσματα χιτίνης και τελικά να ξεπεράσουν την ανοσία των φυτών για να διευκολύνουν τη μυκητιασική μόλυνση.

Έτσι, οι πρωτεΐνες LysM διασυνδέουν τον χειρισμό της ανοσίας μεταξύ φυτών και παθογόνων. Αυτό έχει αποδειχθεί καλά στο Verticillium spp. Στο βαμβάκι, αρκετές πρωτεΐνες LysM έχουν κάποια επίδραση στην αντίσταση του βαμβακιού στη μαρασμό Verticillium, συμπεριλαμβανομένων των Gh-LYK1, Gh-LYK2 και GhLYK5 [58], μέσω της ικανότητάς τους να δεσμεύουν τη χιτίνη. Στο V. dahliae, η επίδραση του LysM του Vd2 συμβάλλει στη λοιμογόνο δράση του παθογόνου και δεσμεύει τη χιτίνη για να καταστέλλει τις επαγόμενες από τη χιτίνη ανοσοαποκρίσεις, προστατεύοντας έτσι τις μυκητιακές υφές από την υδρόλυση από τα υδρολυτικά ένζυμα του φυτού [91]. Τα παθογόνα δεν χρησιμοποιούν μόνο τελεστές LysM για να μπλοκάρουν την ανοσία των φυτών αλληλεπιδρώντας με το πολυμερές χιτίνης για να προστατεύσουν το μυκήλιο, καθώς το Verticillium alfalfa εκκρίνει επίσης την πρωτεΐνη Verticillium nonalfalfae που δεσμεύει χιτίνη (VnaChtBP) που περιέχει ένα μοτίβο δέσμευσης υδατανθράκων 18 (CBM18 που αλληλεπιδρά με την περιοχή). το πολυμερές χιτίνης [92]. Επιπλέον, μια πρόσφατη μελέτη για το V. dahliae διαπίστωσε ότι η διαγραφή ενός γονιδίου πολυσακχαριδικής αποακετυλάσης (VdPDA1) επηρέασε σοβαρά την παθογένεια του V. dahliae [93]. Το VdPDA1 έχει ισχυρή δράση αποακετυλάσης ολιγομερούς χιτίνης σε διαλυτούς ολιγοσακχαρίτες χιτίνης στο αλκαλικό περιβάλλον. Περαιτέρω μελέτες αποκάλυψαν ότι οι αποακετυλιωμένοι ολιγοσακχαρίτες χιτίνης εμποδίζουν την αναγνώριση των υποδοχέων LysM, οδηγώντας στον αποκλεισμό της μετάδοσης ανοσολογικών σημάτων χιτίνης στο ενδοκυτταρικό, γεγονός που καταστέλλει την ανοσοαπόκριση του ξενιστή κατά τη διάρκεια του ξενιστή-V. αλληλεπίδραση dahliae [93]. Ως εκ τούτου, οι παθογόνοι μύκητες μπορούν να εμποδίσουν τη σηματοδότηση της χιτίνης (1) εκκρίνοντας τελεστές εξωκυττάριου σώματος με υψηλή συγγένεια για ολιγομερή χιτίνης, (2) εκκρίνοντας τελεστές που ανταγωνίζονται τη χιτίνη για να δεσμευτούν με τις φυτικές κινάσες υποδοχέα LysM, (3) αποακετυλιώνοντας τη χιτίνη για να αποφευχθεί η ανοσοαπόκριση

5. Συμπεράσματα και Προοπτικές για Μελλοντικές Μελέτες

Ο συνεξελικτικός αγώνας εξοπλισμών μεταξύ μυκήτων και φυτών έχει ως αποτέλεσμα μια αμυντική απόκριση των φυτών στη μυκητιακή χιτίνη μέσω του χειρισμού της ανοσίας μεταξύ φυτών και παθογόνων. Οι επιτυχημένοι μύκητες έχουν αναπτύξει πρωτεΐνες τελεστές LysM που παρεμβαίνουν στις ανοσοαποκρίσεις των φυτών LysMmediated που τελικά οδηγούν σε ευαισθησία των φυτών. Με τη σειρά τους, τα φυτά έχουν εξελίξει τους υποδοχείς LysM για να διεγείρουν τις αμυντικές αποκρίσεις. Όταν οι μύκητες εξελίσσονται για να παράγουν νέους τελεστές LysM ή παρεμβαίνουν στην ανοσία του ξενιστή με άλλους τρόπους, πιστεύεται ότι τα φυτά θα ανταποκριθούν επίσης με νέους υποδοχείς LysM για να διατηρήσουν την ανοσία των φυτών.

Μακριά από την κατανόηση των πρωτεϊνών LysM στα φυτά και τους μύκητες, τα ζητήματα προτεραιότητας που θα οδηγήσουν την έρευνα στο εγγύς μέλλον περιλαμβάνουν τα ακόλουθα: (1) η τρέχουσα κατανόηση των μυκητιακών τελεστών LysM και των ανασταλτικών μηχανισμών τους στη σηματοδότηση φυτικής χιτίνης χρειάζεται περαιτέρω πρόοδο, συμπεριλαμβανομένης της αναδυόμενης ο ρόλος άλλων μυκητιακών τελεστών που εμπλέκονται στη διασύνδεση της διαμόρφωσης της ανοσίας τόσο από τον ξενιστή όσο και από το παθογόνο, ή την ανακάλυψη άγνωστων φυτικών υποδοχέων LysM, κ.λπ. (2) αναγνώριση των διαφορετικών/κοινών χαρακτηριστικών των πρωτεϊνών LysM φυτών και μυκήτων και των εξελικτικών τους σχέσεων (αυτό θα διευκόλυνε την κατανόηση της συνεξέλιξης του τρόπου με τον οποίο το LysM διασυνδέει τον χειρισμό της ανοσίας μεταξύ φυτών και παθογόνων). (3) εκτός από τη λειτουργία χειρισμού ανοσίας κατά τις αλληλεπιδράσεις φυτού-μύκητα, ποιες είναι οι άλλες λειτουργίες των πρωτεϊνών LysM, ειδικά στους μύκητες (εκτός από τα μέλη που εμπλέκονται στον χειρισμό της ανοσίας, οι βιολογικές λειτουργίες ορισμένων άλλων μελών των πρωτεϊνών LysM εξακολουθούν να είναι ασαφές); και (4) οι μυκητιακές πρωτεΐνες LysM δρουν ως τελεστές για την προστασία του κυτταρικού τοιχώματος από την υδρόλυση από φυτικές χιτινάσες και τον χειρισμό της ανοσίας κατά τις αλληλεπιδράσεις φυτού-μύκητα. Ωστόσο, ο ρόλος των πρωτεϊνών LysM στη συμβίωση ΑΜ χρειάζεται επίσης περαιτέρω διερεύνηση για να διευκολυνθεί η χρήση ωφέλιμων μικροβίων για την υγεία των φυτών και να επιτευχθεί βιώσιμη επισιτιστική ασφάλεια.

Συνεισφορές συγγραφέα:

Οι X.-YY και X.-FD συνέλαβαν το θέμα της εργασίας. Ο S.-PH έγραψε το αρχικό προσχέδιο. Οι J.-JL, J.-PL και WJ συμμετείχαν στην προετοιμασία και την αναθεώρηση του χειρογράφου. Η ΝΔ και η J.-YC παρείχαν συντακτική βοήθεια. Όλοι οι συγγραφείς έχουν διαβάσει και έχουν συμφωνήσει με τη δημοσιευμένη έκδοση του χειρογράφου.

Χρηματοδότηση:

Αυτό το έργο υποστηρίχθηκε από επιχορηγήσεις από το Εθνικό Πρόγραμμα Κλειδίς Έρευνας και Ανάπτυξης της Κίνας (2018YFE0112500), το Πρόγραμμα Elite Youth (Κινεζική Ακαδημία Γεωργικών Επιστημών, CAAS) προς την J.-YC, την επιχορήγηση του προγράμματος Agricultural Science and Technology Innovation στο X. -FD, και επιχορήγηση του Εθνικού Ιδρύματος Φυσικών Επιστημών της Κίνας (32001845) στον WJ

Δήλωση του Συμβουλίου Θεσμικής Αναθεώρησης:

Δεν εφαρμόζεται.

Δήλωση ενημερωμένης συναίνεσης:

Δεν εφαρμόζεται.

Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων:

Δεν εφαρμόζεται.

Ευχαριστίες:

Ζητούμε συγγνώμη εκ των προτέρων από όλους τους ερευνητές των οποίων η έρευνα δεν μπορούσε να αναφερθεί κατάλληλα λόγω περιορισμών χώρου. Ευχαριστούμε ιδιαίτερα τον Krishna V. Subbarao (Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis) για τις χρήσιμες προτάσεις του.

Σύγκρουση συμφερόντων:

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι δεν υπάρχει σύγκρουση συμφερόντων.

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Zipfel, C. Υποδοχείς αναγνώρισης προτύπων φυτών. Trends Immunol. 2014, 35, 345–351. [CrossRef]

2. Nürnberger, Τ.; Kemmerling, Β. Υποδοχείς πρωτεϊνικές κινάσες–υποδοχείς αναγνώρισης προτύπων στη φυτική ανοσία. Trends Plant Sci. 2006, 11, 519-522. [CrossRef]

3. Lu, Υ.; Tsuda, K. Intimate Association of PRR- και NLR-μεσολαβούμενης σηματοδότησης σε φυτική ανοσία. ΜοΙ. Αλληλεπιδρούν μικροβίων φυτών. 2021, 34, 3–14. [CrossRef]

4. Li, Β.; Lu, D.; Shan, L. Ubiquitination των υποδοχέων αναγνώρισης προτύπων σε φυτική έμφυτη ανοσία. ΜοΙ. Φυτό Pathol. 2014, 15, 737–746. [CrossRef]

5. Chisholm, ST; Coaker, G.; Ημέρα, Β.; Staskawicz, BJ Αλληλεπιδράσεις ξενιστή-μικροβίου: Διαμόρφωση της εξέλιξης της ανοσολογικής απόκρισης των φυτών. Cell 2006, 124, 803-814. [CrossRef] [PubMed]

6. Yu, Χ.; Feng, Β.; He, Ρ.; Shan, L. Από το χάος στην αρμονία: Αποκρίσεις και σηματοδότηση κατά την αναγνώριση μικροβιακών προτύπων. Annu. Σεβ. Φυτοπαθολ. 2017, 55, 109–137. [CrossRef] [PubMed]

7. Newman, MA; Sundelin, Τ.; Nielsen, JT; Erbs, G. MAMP (μοριακό σχέδιο που σχετίζεται με τα μικρόβια) πυροδότησε ανοσία στα φυτά. Εμπρός. Plant Sci. 2013, 4, 139. [CrossRef] [PubMed]

8. Cui, Η.; Tsuda, Κ.; Parker, J. Ανοσία που προκαλείται από τελεστές: Από την αντίληψη του παθογόνου στην ισχυρή άμυνα. Annu. Rev. Plant Biol. 2015, 66, 487–511. [CrossRef]

9. Dubey, Μ.; Vélëz, Η.; Broberg, Μ.; Jensen, DF; Karlsson, M. Clonostachys rosea Οι πρωτεΐνες LysM ρυθμίζουν την ανάπτυξη των μυκήτων και συμβάλλουν στην προστασία των υφών και στα χαρακτηριστικά βιοελέγχου. Εμπρός. Microbiol. 2020, 11, 679. [CrossRef] [PubMed]

10. Buist, G.; Steen, Α.; Kok, J.; Kuipers, OP LysM, ένα ευρέως κατανεμημένο μοτίβο πρωτεΐνης για σύνδεση με (πεπτιδικές) γλυκάνες. ΜοΙ. Microbiol. 2008, 68, 838–847. [CrossRef]

11. Dworkin, J. Ανίχνευση μυκητιακών και βακτηριακών υδατανθράκων: Παίζουν ρόλο οι παρόμοιες δομές της χιτίνης και της πεπτιδογλυκάνης στη δυσλειτουργία του ανοσοποιητικού; PLoS Pathog. 2018, 14, e1007271. [CrossRef] [PubMed]

12. Oi, V.; Vuong, Τ.; Hardy, R.; Reidler, J.; Dangle, J.; Herzenberg, L.; Stryer, L. Nucleotide sequence of Bacillus phage phi 29 genes 14 and 15: Ομολογία του γονιδίου 15 με άλλες λυσοζύμες φάγου. Nucleic Acids Res. 1986, 14, 10001–10008.

13. De Wit, PJ; Mehrabi, R.; Van den Burg, HA; Στεργιόπουλος, Ι. Μυκητιακές τελεστές πρωτεΐνες: Παρελθόν, παρόν και μέλλον. ΜοΙ. Φυτό Pathol. 2009, 10, 735-747. [CrossRef] [PubMed]

14. Zhang, XC; Cannon, SB; Stacey, G. Evolutionary genomics of LysM genes in land plants. BMC Evol. Biol. 2009, 9, 183. [CrossRef]

15. Zhang, XC; Cannon, SB; Stacey, G. Μοριακή εξέλιξη κινασών τύπου υποδοχέα τύπου μοτίβο λυσίνης σε φυτά. Plant Physiol. 2007, 144, 623–636. [CrossRef]

16. Miya, Α.; Albert, Ρ.; Shinya, Τ.; Desaki, Υ.; Ichimura, Κ.; Shirasu, Κ.; Narusaka, Υ.; Kawakami, Ν.; Kaku, Η.; Η Shibuya, N. CERK1, μια κινάση υποδοχέα LysM, είναι απαραίτητη για τη σηματοδότηση διεγέρτη χιτίνης στο Arabidopsis. Proc. Natl. Ακαδ. Sci. ΗΠΑ 2007, 104, 19613–19618. [CrossRef]

17. Shimizu, Τ.; Nakano, Τ.; Takamizawa, D.; Desaki, Υ.; Ishii-Minami, Ν.; Nishizawa, Υ.; Minami, Ε.; Okada, Κ.; Yamane, Η.; Kaku, Η.; et al. Δύο μόρια υποδοχέα LysM, το CEBiP και το OsCERK1, ρυθμίζουν συνεργατικά τη σηματοδότηση του διεγέρτη χιτίνης στο ρύζι. Plant J. 2010, 64, 204–214. [CrossRef]

18. Wan, J.; Zhang, XC; Neece, D.; Ramonell, KM; Clough, S.; Kim, SY; Stacey, MG; Stacey, G. Μια κινάση που μοιάζει με υποδοχέα LysM παίζει κρίσιμο ρόλο στη σηματοδότηση της χιτίνης και στην αντοχή των μυκήτων στο Arabidopsis. Plant Cell 2008, 20, 471-481. [CrossRef]

19. Iizasa, Ε.; Mitsutomi, Μ.; Nagano, Υ. Απευθείας δέσμευση μιας φυτικής κινάσης υποδοχέα LysM, LysM RLK1/CERK1, σε χιτίνη in vitro. J. Biol. Chem. 2010, 285, 2996–3004. [CrossRef] [PubMed]

20. Brotman, Υ.; Landau, U.; Pnini, S.; Lisec, J.; Balazadeh, S.; Mueller-Roeber, Β.; Zilberstein, Α.; Willmitzer, L.; Chet, Ι.; Viterbo, A. Η κινάση που μοιάζει με υποδοχέα LysM LysM RLK1 απαιτείται για την ενεργοποίηση αποκρίσεων άμυνας και αβιοτικού στρες που προκαλούνται από υπερέκφραση μυκητιακών χιτινασών στα φυτά Arabidopsis. ΜοΙ. Plant 2012, 5, 1113–1124. [CrossRef]

21. Chen, L.; Hamada, S.; Fujiwara, Μ.; Zhu, Τ.; Thao, NP; Wong, HL; Krishna, Ρ.; Ueda, Τ.; Kawasaki, Τ.; Shimamoto, K. Το σύμπλεγμα συνοδών Hop/Sti1-Hsp90 διευκολύνει την ωρίμανση και τη μεταφορά ενός υποδοχέα PAMP στην έμφυτη ανοσία του ρυζιού. Cell Host Microbe 2010, 7, 185–196. [CrossRef] [PubMed]

22. Akamatsu, Α.; Wong, HL; Fujiwara, Μ.; Okuda, J.; Nishida, Κ.; Uno, Κ.; Imai, Κ.; Umemura, Κ.; Kawano, Υ.; Shimamoto, K. Μια μονάδα OsCEBiP/OSCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 είναι ένα ουσιαστικό πρώιμο συστατικό της ανοσίας του ρυζιού που προκαλείται από τη χιτίνη. Cell Host Microbe 2013, 13, 465–476. [CrossRef]

23. Shinya, Τ.; Yamaguchi, Κ.; Desaki, Υ.; Yamada, Κ.; Narisawa, Τ.; Kobayashi, Υ.; Maeda, Κ.; Suzuki, Μ.; Tanimoto, Τ.; Takeda, J. Επιλεκτική ρύθμιση της επαγόμενης από χιτίνη αμυντικής απόκρισης από την κυτταροπλασματική κινάση PBL27 που μοιάζει με υποδοχέα Arabidopsis. Plant J. 2014, 79, 56–66. [CrossRef] [PubMed]

24. Yamaguchi, Κ.; Yamada, Κ.; Ishikawa, Κ.; Yoshimura, S.; Hayashi, Ν.; Uchihashi, Κ.; Ishihama, Ν.; Kishi-Kaboshi, Μ.; Takahashi, Α.; Tsuge, S. Μια κυτταροπλασματική κινάση παρόμοια με υποδοχέα που στοχεύεται από έναν τελεστή φυτικού παθογόνου φωσφορυλιώνεται απευθείας από τον υποδοχέα χιτίνης και μεσολαβεί στην ανοσία του ρυζιού. Cell Host Microbe 2013, 13, 347–357. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com