Αντιιική έμφυτη ανοσία στα φυτά με βάση το RNAi Μέρος 1

Αφηρημένη:

Αναπτύχθηκαν πολλαπλές αντιικές ανοσίες για την άμυνα έναντι της ιογενούς μόλυνσης στους ξενιστές. Η έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται στην παρεμβολή RNA (RNAi) διατηρείται εξελικτικά στους ευκαρυώτες και παίζει ζωτικό ρόλο έναντι όλων των τύπων ιών. Κατά τη διάρκεια της κούρσας εξοπλισμών μεταξύ του ξενιστή και του ιού, πολλοί ιοί αναπτύσσουν ιικούς καταστολείς της σίγησης του RNA (VSRs) για να αναστείλουν την έμφυτη ανοσία κατά των ιών. Εδώ, εξετάσαμε τον μηχανισμό σε διαφορετικά στάδια της έμφυτης αντιϊκής ανοσίας που βασίζεται σε RNAi στα φυτά και τις αντιδράσεις διαφόρων VSR, κυρίως κατά τη μόλυνση από ιούς RNA στο μοντέλο φυτού Arabidopsis. Προτάθηκαν επίσης ορισμένες κρίσιμες προκλήσεις στον τομέα και πιστεύουμε ότι η περαιτέρω αποσαφήνιση της διατηρημένης αντιϊκής έμφυτης ανοσίας μπορεί να μεταφέρει ένα ευρύ φάσμα αντιιικών στρατηγικών για την πρόληψη ιογενών ασθενειών στο μέλλον.

Υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της αντιϊκής ανοσίας και της ανοσίας.

1. Η ανοσία είναι το κλειδί κατά των ιών: Το ανοσοποιητικό σύστημα είναι ένας από τους σημαντικότερους αμυντικούς μηχανισμούς του οργανισμού. Το ανοσοποιητικό σύστημα προστατεύει το σώμα από ασθένειες καταστρέφοντας, ελέγχοντας και αποτρέποντας την είσοδο των ιών στο σώμα. Εάν έχετε ισχυρό ανοσοποιητικό σύστημα, θα έχετε καλύτερη αντιική ανοσολογική απόκριση και καλύτερη ικανότητα να καταπολεμάτε τις ιογενείς λοιμώξεις.

2. Η αντιική ανοσία είναι το κλειδί για την ανοσία: η αντιική ανοσοαπόκριση αναφέρεται στην ανοσολογική απόκριση του ανοσοποιητικού συστήματος στην εισβολή του ιού στο σώμα. Στη διαδικασία, το σώμα παράγει αντισώματα και κύτταρα του ανοσοποιητικού που αναγνωρίζουν και εξαλείφουν τον ιό. Αυτά τα αντισώματα και τα κύτταρα του ανοσοποιητικού είναι στενά συνδεδεμένα με την ανοσία, ενισχύοντας τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος και βελτιώνοντας την ικανότητα του σώματος να καταπολεμά τους ιούς.

3. Η ανοσία και η αντιϊκή ανοσία αλληλοεξαρτώνται: Η ανοσία και η αντιική ανοσία αλληλοεξαρτώνται. Τα άτομα με αδύναμη ανοσία έχουν μειωμένη αντίσταση στον ιό και είναι επιρρεπή σε λοιμώξεις και σοβαρές συνέπειες, ενώ τα άτομα με αδύναμη αντιϊκή ανοσολογική απόκριση είναι επιρρεπή στη μόλυνση από ιό, επηρεάζοντας έτσι τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος.

Επομένως, η διατήρηση της καλής ανοσίας μπορεί να βελτιώσει την αντιική ανοσολογική απόκριση και να αποτρέψει την ιογενή μόλυνση. Εν τω μεταξύ, για ορισμένους συγκεκριμένους ιούς, όπως οι κοροναϊοί, τα εμβόλια μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να ενεργοποιήσουν και να ενισχύσουν την αντιική ανοσοαπόκριση του ανοσοποιητικού συστήματος. Επομένως, θα πρέπει να δώσουμε προσοχή στην προώθηση της ανοσίας. Το Cistanche μπορεί να βελτιώσει την ανοσία και το μείγμα κρέατος είναι πλούσιο σε μια ποικιλία αντιοξειδωτικών ουσιών, όπως βιταμίνη C, καροτενοειδή κ.λπ., που μπορούν να καθαρίσουν τις ελεύθερες ρίζες, να μειώσουν το οξειδωτικό στρες και να βελτιώσουν την αντίσταση του ανοσοποιητικού συστήματος.

Κάντε κλικ σε σκόνη εκχυλίσματος cistanche tubulosa

Λέξεις-κλειδιά:

ιός; αντιιική έμφυτη ανοσία. RNAi; μικρό RNA; VSR.

1. Εισαγωγή

Το φαινόμενο της σίγησης του RNA παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στα φυτά το 1990 όταν η εισαγωγή του διαγονιδίου της συνθάσης της χαλκόνης στην πετούνια οδήγησε στην καταστολή των ενδογενών ομολογικών γονιδίων [1,2]. Το 1998, ο Andrew Fire και ο Craig Mello διαπίστωσαν ότι τα δίκλωνα RNA (dsRNA) προκάλεσαν ισχυρή και ειδική παρέμβαση στο Caenorhabditis elegant [3] και ονόμασαν το φαινόμενο παρεμβολή RNA (RNAi), το οποίο κέρδισε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσιολογία και την Ιατρική το 2006 και άνοιξε μια επανάσταση στον τομέα της βιολογίας [3,4]. Πολυάριθμες μελέτες έδειξαν ότι το RNAi διατηρήθηκε εξελικτικά στους ευκαρυώτες και ρύθμιζε όλες τις πτυχές των βιολογικών γεγονότων [5,6]. Η σηματοδότηση RNAi καθιερώθηκε με την αναγνώριση ορισμένων βασικών συστατικών στο μονοπάτι.

Βρέθηκε ότι το μη κωδικοποιητικό μικρό RNA ενεργοποιείται είτε από αυτοσυμπληρωματικό είτε από δίκλωνο RNA (dsRNA) και λειτουργεί ως το πραγματικό σήμα και ο καθοριστικός παράγοντας εξειδίκευσης της γονιδιακής σίγησης. Το πρωτογενές διπλό μικρό RNA παράγεται, αντίστοιχα, με την επεξεργασία RNA φουρκέτας ή dsRNA σε microRNA ή siRNA χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο Dicer [7]. Επιπλέον, δευτερογενές μικρό RNA συνήθως χρειάζεται να παράγεται μέσω ενίσχυσης με εξαρτώμενη από RNA πολυμεράση RNA (RdRP) για αποτελεσματική σίγαση γονιδίου. Το διπλό μικρό RNA μπορεί στη συνέχεια να μεθυλιωθεί από το HEN1 για να αυξηθεί η σταθερότητα και φορτώνεται σε πρωτεΐνες τελεστή Argonaute (AGO) [8]. Ο κλώνος διέλευσης του διπλού μικρού RNA αποικοδομείται από τα AGO και ο οδηγούμενος κλώνος θα παραμείνει για να σχηματίσει ένα επαγόμενο από RNA σύμπλοκο σιγής (RISC) [9]. Στη συνέχεια, το RISC στοχεύει το συμπληρωματικό RNA με σύζευξη βάσεων για να μεσολαβήσει στην αποικοδόμηση ή στην αναστολή μετάφρασης στη σίγαση γονιδίου μετά τη μεταγραφή (PTGS) ή να επάγει τη σίγαση του γονιδίου μεταγραφής (TGS).

Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες ενδογενών μικρού RNA στα φυτά: microRNAs (miRNAs) και siRNAs [10]. Τα miRNA και siRNA παράγονται, αντίστοιχα, από την επεξεργασία του RNA ή του dsRNA από ένα συγκεκριμένο Dicer. Το miRNA, συνήθως μήκους 21 nt, παράγεται από το Dicer-like 1 (DCL1) στο Arabidopsis. Τα ενδογενή miRNA συνήθως μεσολαβούν στο PTGS και διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο σε όλες τις πτυχές των διαδικασιών ανάπτυξης των φυτών.

Επιπλέον, τα 21, 22 και 24 nt siRNA παράγονται, αντίστοιχα, από τα DCL4, DCL2 ή DCL3 στο Arabidopsis και επίσης ρυθμίζουν διάφορες βιολογικές διεργασίες. Ενώ τα ενδογενή siRNA 21 και 22 nt συνήθως μεσολαβούν στο PTGS, όπως το 21 nt tasiRNA που εμπλέκεται στη μορφογένεση των φύλλων, τα ενδογενή siRNA 24 nt μεσολαβούν κυρίως στο TGS μέσω μεθυλίωσης του DNA.

Κατά τη μόλυνση από παθογόνο, παράγονται επίσης διαφορετικά μεγέθη siRNA που προέρχονται από RNA του παθογόνου για να επάγουν αντιμικροβιακή ανοσία που βασίζεται σε RNAi για να προσδώσει αντίσταση στον ξενιστή [10,11]. Η αντιική άμυνα που βασίζεται στο RNAi ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στα φυτά [12,13]. Στη συνέχεια βρέθηκε ότι παίζει ζωτικό ρόλο στην αντιϊκή ανοσία σε ασπόνδυλα [14] και θηλαστικά [15,16]. Με βάση τα ευρήματα της διαγονιδιακής σίγησης και της ενδογενούς γονιδιακής σίγησης, χαρακτηρίστηκε η λειτουργία των DCLs, AGOs και RDRs (εξαρτώμενες από RNA πολυμεράσες RNA) στην ανοσία κατά των ιών.

Τώρα αναγνωρίζεται ότι η έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi θα προκληθεί για την πρόληψη της επιθετικότητας όλων των ειδών ιών RNA ή DNA σε όλους σχεδόν τους ευκαρυώτες (Εικόνα 1). Από την άλλη πλευρά, πολλοί ιοί, ειδικά παθογόνοι ιοί, εξελίσσονται για να κωδικοποιούν VSR για να επιτεθούν σε διαφορετικά στάδια της οδού κατά των ιών που βασίζεται στο RNAi (Εικόνα 1). Ο επιπολασμός του VSR συμβάλλει σε ιογενείς επιδημίες. τυφλώνει επίσης την εκτίμησή μας για την έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται στο RNAi. Επιπλέον, το VSR μας εμπόδισε επίσης να χρησιμοποιήσουμε τον κλασικό γενετικό έλεγχο για τον εντοπισμό νέων ρυθμιστών στην αντιική οδό για δεκαετίες, μέχρι που πρόσφατα αναπτύχθηκε μια αποτελεσματική γενετική μέθοδος για να παρακάμψουμε το εμπόδιο [17,18].

Εδώ, θα αναθεωρήσουμε την αντίληψη του ιικού RNA και την έναρξη της αντιιικής άμυνας με βάση το RNAi, την παραγωγή και την ενίσχυση του ιικού siRNA (siRNA) και τις λειτουργίες του αντιϊκού τελεστή RNAi Argonautes, με έμφαση στην πρόσφατη πρόοδο στον τομέα, αμφισβητώντας τις υπάρχουσες ερωτήσεις σχετικά με το πρότυπο φυτό Arabidopsis. Μερικά VSR φυτικών ιών και οι λειτουργίες τους συνοψίστηκαν επίσης για την καλύτερη κατανόηση της κούρσας εξοπλισμών μεταξύ φυτικών ξενιστών και ιών. Ζητούμε συγγνώμη που ενδέχεται να μην συμπεριληφθούν κάποια πρόοδος της έρευνας στο πεδίο.

2. Αντίληψη Ιϊκού RNA και Έναρξη Αντιιικής Άμυνας που βασίζεται σε RNAi

Οι ιοί είναι σχεδόν οι μικρότεροι οργανισμοί στη Γη, με κλασική δομή στην οποία το γενετικό υλικό, RNA ή DNA, είναι συσκευασμένο σε πρωτεΐνη περιβλήματος. Οι ιοί πρέπει να παραλύονται στον ξενιστή και να διαδοθούν χρησιμοποιώντας τα υλικά και την ενέργεια του ξενιστή. Σε αντίθεση με άλλα μικροβιακά παθογόνα, οι υποδοχείς αναγνώρισης προτύπων (PRRs) δεν έχουν βρεθεί να αντιλαμβάνονται τους ιούς στην κυτταρική μεμβράνη του ξενιστή. Αφού ο ιός εισέλθει στο κύτταρο ξενιστή, τα ιικά RNA διπλής έλικας θα παραχθούν κατά τη διάρκεια της ιικής αντιγραφής μέσω ιικών αντιγράφων, οι πρωτεΐνες Dicer ξενιστή θα αντιληφθούν και θα κόψουν τα ιικά RNA διπλής έλικας για να παράγουν μήκη 21-24 nt του siRNA. Έτσι, η πρωτεΐνη Dicer μπορεί να θεωρηθεί ως ιικό PRR που χρησιμοποιείται για την έναρξη της αντιιικής οδού που βασίζεται σε RNAi.

Το Dicer ανήκει στην οικογένεια που μοιάζει με RNaseIII και έχει εξαιρετικά διατηρημένη ενδονουκλεάση στους ευκαρυώτες [19]. Στο Arabidopsis, υπάρχουν τέσσερις πρωτεΐνες τύπου Dicer (DCL): DCL1, DCL2, DCL3 και DCL4. Περιέχουν όλα πέντε τομείς που είναι DExD-ελικάση, ελικάση-C, ο τομέας άγνωστης συνάρτησης 283 (DUF283), τομέας Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ), δύο διαδοχικοί τομείς RNase III και ένας ή δύο τομείς δέσμευσης dsRNA ( dsRBDs) από το Ν-άκρο στο C-άκρο [20] (Εικόνα 2). Το DCL3 δεν έχει τομέα ελικάσης-C. Γενικά, η περιοχή ελικάσης χρησιμοποιεί υδρόλυση ATP για να διευκολύνει το ξετύλιγμα του dsRNA [19,21].

Ο τομέας DUF283 περιγράφηκε πρόσφατα για να διευκολύνει το ζεύγος βάσεων RNA-RNA και τη δέσμευση RNA [22,23]. Οι περιοχές PAZ και RNase III είναι ζωτικής σημασίας για τη διάσπαση dsRNA, η περιοχή PAZ αναγνωρίζει το άκρο των τομέων dsRNA και RNase III και κόβει έναν από τους κλώνους του dsRNA και η απόσταση μεταξύ των περιοχών PAZ και RNase III καθορίζεται από το μήκος των προϊόντων [22,24]. Η περιοχή dsRBD διευκολύνει τη δέσμευση του dsRNA και επίσης χρησιμεύει ως ένα μη κλασικό σήμα πυρηνικού εντοπισμού [23].

Το DCL1 εμπλέκεται κυρίως στην οδό βιογένεσης των 21 nt micro-RNAs (miRNA), τα οποία παίζουν ουσιαστικό ρόλο σε όλες τις πτυχές της ανάπτυξης των φυτών και τις αποκρίσεις των φυτών στα περιβαλλοντικά ερεθίσματα [25]. Το DCL1, η πρωτεΐνη 1(DRB1) που δεσμεύει DsRNA (επίσης γνωστή ως HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1) και SERRATE (SE) σχηματίζουν σώματα πυρηνικής κοπής για να αναγνωρίσουν τη δομή της φουρκέτας του pri-miRNA και να κόψουν διαδοχικά το pri-miRNA σε πρόδρομο miRNA (προ -miRNA) και προ-miRNA προς ώριμο miRNA [21,26]. Πρόσφατα αναφέρθηκε ότι ο διαχωρισμός φάσης του SE οδηγεί τη συγκρότηση του σώματος σε κύβους και προωθεί την επεξεργασία του miRNA από το DCL1 στο Arabidopsis [27]. Η πρωτεΐνη 1 που σχετίζεται με το SE προάγει επίσης τη βιογένεση του miRNA ρυθμίζοντας το μάτισμα, την επεξεργασία και τη σταθερότητα του pri-miRNA [28].

Επομένως, τα μεταλλαγμένα DCL1 με απώλεια λειτουργίας, τα εμβρυϊκά θανατηφόρα, ακόμη και τα υπομορφικά μεταλλαγμένα DCL1 εμφάνισαν επίσης πλειοτροπικά αναπτυξιακά ελαττώματα λόγω διαταραγμένης βιογένεσης miRNA [29]. Το DCL1 μπορεί έμμεσα να λειτουργεί στην έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi ελέγχοντας τη βιογένεση ορισμένων miRNAs. Αναφέρθηκε ότι το miR168 ρυθμίζει αρνητικά τη συσσώρευση AGO1 στα φυτά [30] και το miR482 ή το miR6019/miR6020, αντίστοιχα, μειώνει την αντιϊκή αντίσταση των γονιδίων R στις ντομάτες ή τον καπνό [31,32]. Το DCL1 θα μπορούσε επίσης να προάγει τη βιογένεση του siRNA με τη μεσολάβηση άλλων DCLs [33,34].

Το DCL2 είναι υπεύθυνο για την επεξεργασία εξωγενών μορίων δίκλωνου RNA (dsRNA) ή φυσικών αντιπληροφοριακών siRNA σε 22-nt siRNA στο Arabidopsis [35,36]. Ωστόσο, το DCL2 υποκαθιστά μόνο την έναρξη της έμφυτης αντιϊκής ανοσίας που βασίζεται σε RNAi στο Arabidopsis όταν η λειτουργία του DCL4 καταργείται [37,38]. Είναι ενδιαφέρον ότι πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι ογκώδη ενδογενή siRNA 22 nt μπορούν να συσσωρευτούν όταν η οδός διάσπασης του κυτταροπλασματικού RNA και η λειτουργία του DCL4 είναι ελαττωματικές. αυτά τα siRNAs μπορούν να προκαλέσουν ειδική γονιδιακή και παγκόσμια μεταφραστική καταστολή και να οδηγήσουν σε πλειοτροπικές διαταραχές ανάπτυξης [39]. Ωστόσο, υπάρχουν πολλαπλοί ορθολόγοι του DCL2 σε άλλα φυτά και μπορούν να εξελιχθούν για να έχουν λειτουργίες. Για παράδειγμα, μια μελέτη έδειξε ότι το DCL2b, ένα ομόλογο DCL2 στα τέσσερα στις ντομάτες, έπαιξε ζωτικό ρόλο ενάντια στη μόλυνση από τον ιό του μωσαϊκού της τομάτας (ToMV) παράγοντας 22 nt siRNA στις ντομάτες [40].

Το DCL3 δημιουργεί 24nt siRNAs για τη ρύθμιση της μεθυλίωσης DNA που εξαρτάται από το RNA (RdDM) στη σίγαση μεταγραφικού γονιδίου (TGS) στο Arabidopsis [41]. Πρόσφατα, η δομή του DCL3-προ-siRNA αποκάλυψε ότι το DCL3 χρησιμοποίησε έναν θετικά φορτισμένο θύλακα και ένα αρωματικό κάλυμμα για να αναγνωρίσει, αντίστοιχα, τη 50 -φωσφορυλιωμένη αδενοσίνη του οδηγού κλώνου και τις 30 προεξοχές του συμπληρωματικού κλώνου . Οι ζευγαρωμένες περιοχές RNase III του DCL3 κόβουν και τους δύο κλώνους του RNA, προσδιορίζοντας το ακριβές μήκος του προϊόντος μικρού RNA [42]. Τα ενδογενή siRNA 24 nt παράγονται κυρίως από την ετεροχρωματίνη ή την επαναλαμβανόμενη πλούσια σε αλληλουχία περιοχή από το DCL3 για να διατηρηθεί η σίγαση του τρανσποζονίου ή η σταθερότητα του γονιδιώματος. Τα 24 nt siRNA καταστέλλουν επίσης τη μεταγραφή του διαγονιδίου ή άλλου εξωγενούς DNA, όπως οι ιοί DNA [43-45]. Αναφέρθηκε ότι μετά τη μόλυνση του ιού DNA, παρήχθησαν 24 nt vsiRNAs για τη ρύθμιση της μεθυλίωσης του DNA και της τροποποίησης ιστόνης του ιικού DNA και για την πρόληψη της ιογενούς μόλυνσης [46,47].

Το DCL4 διασπά το μακρύ ενδογενές dsRNA για να παράγει 21 nt siRNAs, όπως trans-δρώντα siRNAs (ta-siRNAs), τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη των φυτών [48-51]. Το μεταλλαγμένο Arabidopsis dcl4 έδειξε έναν φαινότυπο επιμήκων, κυρτωμένων προς τα κάτω φύλλων ροζέτας [51,52] και αυξημένης συσσώρευσης ανθοκυανίνης [53,54]. Στην αντιιική έμφυτη ανοσία που βασίζεται σε RNAi, το DCL4 αντιλαμβάνεται και κόβει μακρύ ιικό dsRNA για να παράγει 21 nt siRNA για να αποτρέψει τη μόλυνση από ιούς, ειδικά μετά τη μόλυνση του ιού RNA στο Arabidopsis και σε άλλα φυτά [49].

Αν και κάθε DCL είναι υπεύθυνο για την παραγωγή διακριτού μικρού RNA, μπορεί να λειτουργούν πλεονάζοντα ή ιεραρχικά στην έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi. Για παράδειγμα, το DCL4 θεωρήθηκε ως ένας ενδογενής καταστολέας για την καταστολή της DCL2-παραγωγής 22 nt siRNAs [39,55]. Ωστόσο, το DCL2 λειτουργεί πλεονάζοντα στην έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi, ειδικά όταν η λειτουργία του DCL4 διακυβεύεται [56]. Έτσι, απουσία τόσο του DCL2 όσο και του DCL4, οι τίτλοι του ιού θα αυξάνονταν δραματικά [18,57,58]. Επιπλέον, το siRNA 21 nt που παράγεται από το DCL4 θα μπορούσε επίσης να διευκολύνει την οδό RdDM για άμυνα έναντι της μόλυνσης από ιούς DNA [41]. Το DCL2 και το DCL3 πρέπει να λειτουργούν μαζί στην άμυνα ενάντια στον ιοειδή του κονδύλου της ατράκτου πατάτας [59]. Επιπλέον, το DCL1 έχει τη δυνατότητα να παράγει 21 nt siRNA απουσία DCL2, DCL3 και DCL4 [55,57].

Οι πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DsRNA (DRB) απαιτούνται επίσης για τη σωστή αντίληψη και κοπή των ιικών RNA από DCLs [60]. Το γονιδίωμα Arabidopsis κωδικοποιεί πέντε πρωτεΐνες DRB: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 και DRB5 [61]. Περιέχουν ένα έως τρία διατηρημένα μοτίβα δέσμευσης dsRNA (dsRBMs), τα οποία αποτελούνται από περίπου 70 αμινοξέα, που σχηματίζουν - - - - πτυχές και δύο έλικες για να αλληλεπιδράσουν με το dsRNA [62,63]. Τα DRB αλληλεπιδρούν με συγκεκριμένα DCL για να εκτελέσουν την ειδική τους λειτουργία στη βιογένεση μικρού RNA και την αντιική άμυνα [60]. Για παράδειγμα, η αλληλεπίδραση μεταξύ DRB1 (HYL1) και DCL1 απαιτείται για τη βιογένεση του miRNA και εμπλέκεται στην επιλογή του οδηγού κλώνου που φορτώνεται στο RISC [64-66].

Το DRB4 αλληλεπιδρά με το DCL4 για να σχηματίσει ένα άλλο είδος σώματος κοπής για την αποτελεσματική επεξεργασία των siRNA. Αναφέρθηκε ότι η μετάλλαξη DRB4 οδήγησε σε ελαττωματική αντιική άμυνα έναντι της μόλυνσης από τον ιό του κίτρινου μωσαϊκού του γογγύλιου (TYMV) [67]. Η μετάλλαξη drb3 ήταν υπερευαίσθητη στον ιό της μπούκλας των φύλλων λάχανου (CaLCuV) και στη μόλυνση από τον ιό της σγουρής κορυφής των τεύτλων (BCTV) και η μεθυλίωση του ιικού γονιδιώματος μειώθηκε σημαντικά στο drb3 [47]. Το DRB2 πρόσφατα χαρακτηρίστηκε ως αντιιικός τελεστής ευρέος φάσματος. η υπερέκφραση του DRB2 μείωσε τη συσσώρευση αρκετών διαφορετικών ιών RNA, συμπεριλαμβανομένου του ιού της κροταλίας καπνού (TRV), του ιού με θάμνους ντομάτας (TBSV), του ιού της πατάτας Χ (PVX) και του ιού των φύλλων της αμπέλου (GFLV) [68].

3. Παραγωγή και ενίσχυση του siRNA

Μετά την αντίληψη και την κοπή του ιικού dsRNA μέσω του DCL, θα παραχθεί πρωτογενές vsiRNA. Ωστόσο, επαρκές δευτερογενές vsiRNA πρέπει να παραχθεί μέσω ενίσχυσης για αποτελεσματική αντιική άμυνα. Οι πρωτεΐνες RNA πολυμεράσης (RdRP) που εξαρτώνται από το RNA ξενιστή είναι βασικοί παράγοντες για τη δευτερογενή ενίσχυση vsiRNA στα φυτά και το Caenorhabditis elegant. Παράγουν εκθετικά ιικό dsRNA, το οποίο χρησιμεύει ως υποστρώματα DCLs για τη βιογένεση του vsiRNA, πιθανώς χρησιμοποιώντας περικομμένα ιικά RNA ως πρότυπα [18,69,70].

Υπάρχουν έξι πρωτεΐνες RdRP στο Arabidopsis (RDR1 έως RDR6). Τα RDR1, RDR2 και RDR6 μοιράζονται όλα το C-τερματικό κανονικό καταλυτικό μοτίβο DLDGD των ευκαρυωτικών RDRs και έχουν ορθόλογα σε πολλά είδη φυτών, ενώ τα RDR3, RDR4 και RDR5 μοιράζονται ένα άτυπο μοτίβο αμινοξέος DFDGD στην καταλυτική περιοχή [71]. Τα RDR1, RDR2 και RDR6 είναι καλά αποδεδειγμένα ότι ελέγχουν την έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi στο Arabidopsis, αν και η λειτουργία των επαναλαμβανόμενων RDR3, RDR4 και RDR5 στο γονιδίωμα Arabidopsis δεν έχει ταυτοποιηθεί.

Το RDR1 μπορεί να προκληθεί από τη μόλυνση του ιού [72], του ιού [73] ή της θεραπείας με σαλικυλικό οξύ [74]. Βρέθηκε ότι ενισχύει 21 nt ή 22 nt siRNA σε έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi, ειδικά κατά τη μόλυνση ιών RNA. Το RDR1 δεν ρυθμίζει ούτε τη βιογένεση του ενδογενούς siRNA ούτε την ανάπτυξη των φυτών. Ωστόσο, διαπιστώθηκε ότι το RDR1 μεσολάβησε στην παραγωγή του ενεργοποιημένου από τον ιό ενδογενούς siRNA (siRNA), μιας νέας κατηγορίας siRNA ξενιστών που μπορεί να συμβάλει στην αντιική άμυνα στα φυτά [72].

Το RDR6 εκφράζεται συστατικά σε διάφορους ιστούς στο Arabidopsis. Το RDR6 όχι μόνο προάγει την έμφυτη αντιική ανοσία με βάση το RNAi μεσολαβώντας στη βιογένεση vsiRNA, ειδικά μετά τη μόλυνση ιών RNA, αλλά ελέγχει επίσης την ανάπτυξη των φυτών μεσολαβώντας στη βιογένεση ενδογενούς siRNA, όπως τα siRNA [75,76]. Το RDR6 συνήθως σχηματίζει σώματα siRNA με έναν καταστολέα της σιωπής γονιδίου 3 (SGS3) για να λειτουργεί συνεργατικά στις διαδικασίες [77-80]. Έτσι, η μετάλλαξη rdr6 και η μετάλλαξη sgs3 εμφανίζουν τα ίδια ελαττώματα στην αντιϊκή άμυνα και ανάπτυξη [78,81-83]. Είναι ενδιαφέρον ότι το RDR6 και το miR472 μπορεί επίσης να ρυθμίζουν αρνητικά την ανοσία που προκαλείται από PAMP (PTI) και την ανοσία που προκαλείται από τελεστές (ETI) μέσω του μετα-μεταγραφικού ελέγχου των γονιδίων αντοχής σε ασθένειες [84] και συμβάλλουν στον σχηματισμό διπλού κλώνου στη μείωση σε άλλα φυτά [75]. Επιπλέον, το ρύζι (Oryza sativa) RDR6 παίζει έναν αντιϊκό ρόλο στην άμυνα ενάντια στον ιό της ρίγας ρυζιού (RSV) [85].

Το RDR2 συνδέεται κυρίως με το Pol IV για να σχηματίσει ένα σύμπλεγμα για τη μεταγραφή βραχέων προδρόμων dsRNA, οι οποίοι διασπώνται από το DCL3 για να παράγουν 24 nt siRNA για να κατευθύνουν τη μεθυλίωση του DNA [86-89], αν και το RDR2 μπορεί επίσης να δημιουργήσει 23 έως 27 nt μικρά RNA από γονίδια MIR για να μεσολαβήσουν στη μεθυλίωση του DNA [90]. Αναφέρθηκε ότι τα RDR2, Pol IV και DCL3, βασικά συστατικά στο μονοπάτι RdDM, μεσολάβησαν στην παραγωγή 24 nt vsiRNA και έπαιξαν σημαντικό ρόλο ενάντια στη μόλυνση ιών DNA, όπως οι διδυμοϊοί [44,45]. Είναι ενδιαφέρον ότι το 21 nt siRNA που ενισχύεται μέσω των RDR1 και RDR6 θα μπορούσε επίσης να διευκολύνει την οδό RdDM και να συμβάλει στην άμυνα των φυτών έναντι των ιών DNA [91,92].

Αρκετοί νέοι παράγοντες που εμπλέκονται στην ενίσχυση του δευτερογενούς vsiRNA ανακαλύφθηκαν επίσης πρόσφατα. Το αντιϊκό ελαττωματικό RNAi 1(AVI1)/αμινοφωσφολιπίδιο που μεταφέρει την ATPase 2 (ALA2), ALA1 και AVI2 ταυτοποιήθηκε μέσω μιας ισχυρής γενετικής οθόνης με χρήση μεταλλαγμένου ιού μωσαϊκού αγγουριού (CMV) στην οποία κωδικόνια έναρξης του VSR-2b μεταλλάχθηκαν [17,93-95].

Στο μετάλλαγμα ala1/ala2 ή avi2, η παραγωγή δευτερογενών vsiRNA μειώθηκε δραματικά. Το ALA1/ALA2 περιέχει την τυπική δομή ΑΤΡάσης Ρ4-τύπου (Εικόνα 2) και μπορεί να μεταφέρει συγκεκριμένα φωσφολιπίδια στις κυτταρικές μεμβράνες των φυτών. Τα ALA1 και ALA2 θα μπορούσαν να συνεργαστούν με τα RDR1 και RDR6 για την προώθηση της δευτερογενούς βιογένεσης του vsiRNA, πιθανώς ορίζοντας τον κυτταρικό εντοπισμό του φωσφολιπιδίου του υποστρώματος του [17,94]. Το AVI2 ονομάστηκε επίσης ως ενισχυτής Νέος παράγοντας του rdr6 3 (ENOR3) καθώς ταυτοποιήθηκε επίσης μέσω μιας γενετικής οθόνης από το υπόβαθρο rdr6 χρησιμοποιώντας ένα άλλο μετάλλαγμα CMV στο οποίο το γονίδιο 2b διαγράφηκε [96]. Το AVI2, ένας υποτιθέμενος μεταφορέας μαγνησίου στο Arabidopsis, προώθησε επίσης δευτερογενή RDR1 και RDR6 που εξαρτώνται από τη βιογένεση του siRNA [93]. Είναι ενδιαφέρον ότι ο ενεργοποιητής μεταγραφής που δεσμεύει καλμοδουλίνη-3 (CAMTA3) βρέθηκε πρόσφατα ότι ενεργοποιεί τη διλειτουργική νουκλεάση-2 (BN2) για τη σταθεροποίηση των AGO1/2 και DICER-LIKE1 και για την ενεργοποίηση του RDR6 για την ενίσχυση των vsiRNAs [97 ].

Οι RDR και οι νέοι παράγοντες όπως το ALA1/2 και το AVI2 διατηρούνται ευρέως σε φυτά και σκουλήκια για να εξασφαλιστεί επαρκής βιογένεση του vsiRNA για αποτελεσματική έμφυτη ανοσία που βασίζεται σε RNAi. Ωστόσο, οι RDRs απουσιάζουν σε Drosophila, ποντίκια και ανθρώπους, στους οποίους ανακαλύφθηκε πρόσφατα ένας διαφορετικός μηχανισμός για την ενίσχυση του siRNA μέσω εξωχρωμοσωμικού κυκλικού DNA [21]. Το αν ο νέος μηχανισμός υπάρχει και σε φυτά ή σκουλήκια μένει να διερευνηθεί.

4. Αντιϊκή λειτουργία του RNAi Effector Argonautes

Το siRNA πρέπει να φορτωθεί σε τελεστές AGO για να σχηματιστεί RISC και, στη συνέχεια, να στοχεύσει συμπληρωματικά ιικά γονιδιώματα σε PTGS ή TGS σε έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi. Τα δραστικά AGO είναι εξελικτικά διατηρημένα και διαδεδομένα στους ευκαρυώτες, αν και απουσιάζουν στους προκαρυώτες [98]. Αποδείχθηκε ότι ρυθμίζουν μια ποικιλία βιολογικών προόδων στην ανάπτυξη των φυτών και την απόκριση των φυτών στα περιβαλλοντικά ερεθίσματα [98-103], επιπλέον των λειτουργιών τους στην αντιική άμυνα. Οι κρυσταλλογραφικές μελέτες έδειξαν ότι τα κανονικά ευκαρυωτικά AGO περιέχουν πέντε τομείς που ονομάζονται Ν-τερματικός τομέας (Ν), τομέας PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ), μεσαίος (MID) τομέας, τομέας PIWI και τομέας άγνωστης συνάρτησης 1785 (DUF1785) [ 104,105] (Εικόνα 2).

Ο τομέας Ν μπορεί να αποκλείει τη σύζευξη οδηγού-στόχου πέρα ​​από τη θέση 16, ο τομέας PAZ αναγνωρίζει τα 30 άκρα του sRNA, ο τομέας MID αγκυρώνει τα 50 φωσφορικά άλατα του sRNA, ο τομέας PIWI διαθέτει δραστηριότητα ριβονουκλεάσης για την κοπή του RNA στόχου [106-108] και Η λειτουργία των περιοχών DUF1785 αποδείχθηκε πρόσφατα ότι βλάπτει τα τέλεια ταιριασμένα διπλά siRNA και miRNA [109]. Μαζί, όλοι οι τομείς διευκολύνουν τον σωστό συνδυασμό μεταξύ sRNA και RNA στόχου για να διασφαλιστεί η σωστή σίγαση.

Δέκα AGO κωδικοποιούνται στο Arabidopsis [110-113]. Το AGO1 και το AGO2 είναι τα κύρια συστατικά της αντιϊκής ανοσίας που προκαλείται από RNAi έναντι των ιών RNA [100]. Το AGO1 λειτουργεί επίσης ως τελεστής του miRNA για να ρυθμίζει όλες τις πτυχές της ανάπτυξης των φυτών ρυθμίζοντας την έκφραση των ενδογενών γονιδίων [114-122]. Έτσι, πριν από ένα νοκ-άουτ μεταλλαγμένοι είναι θανατηφόροι. Επομένως, η λειτουργία του AGO1 στην έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi εξετάστηκε μόνο με χρήση υπομορφικών μεταλλαγμάτων AGO1, όπως πριν1-27, τα οποία εξακολουθούσαν να εμφάνιζαν σοβαρά αναπτυξιακά ελαττώματα [123]. Σε αντίθεση με το AGO1, το AGO2 δεν συμμετέχει στη ρύθμιση της ανάπτυξης των φυτών και το μετάλλαγμα ago2 δεν παρουσιάζει ελαττώματα στην ανάπτυξη και την ανάπτυξη. Το AGO2 μπορεί να ρυθμίζει αποκλειστικά την άμυνα των φυτών στο Arabidopsis. Αναφέρθηκε ότι το AGO2 προτιμά να δεσμεύει τα vsiRNA με 50 τερματικό Α και το AGO1 προτιμά το U [124]. Το AGO2 απαιτείται για αντοχή σε ένα ευρύ φάσμα φυτικών ιών [56,125-128].

Αναφέρθηκε επίσης ότι η καταλυτική δράση του AGO2 ήταν απαραίτητη για τοπική και συστηματική αντιική δράση [125,127], ενώ το μετάλλαγμα ago1 με άθικτη καταλυτική δράση ήταν ευαίσθητο σε ιογενή λοίμωξη [123]. Το AGO2 εμπλέκεται επίσης στην αντίσταση έναντι του φυτοπαθογόνου βακτηρίου Pseudomonas syringae [129] και το AGO2 συνδέεται με το miR393b* και αποσιωπά το MEMB12 για να ρυθμίσει την εξωκυττάρωση των αντιμικροβιακών πρωτεϊνών PR και αυξάνει την αντιική δράση [129]. Επομένως, το AGO1 και το AGO2 μπορεί να διαδραματίσουν διακριτούς ρόλους στην αντιϊκή άμυνα στα φυτά.

Τα AGO4, AGO6 και AGO9 είναι οι κύριοι τελεστές που λειτουργούν στην οδό RdDM στο Arabidopsis. Τα AGO4, AGO6 και AGO9 αποδείχθηκαν ότι δεσμεύουν 24 nt ετεροχρωματικά μικρά παρεμβαλλόμενα RNA (het-siRNA) και συμβάλλουν στην οδό RdDM [130,131]. Αναφέρθηκε ότι το AGO4 καταπολέμησε κυρίως την επιθετικότητα των ιών DNA μέσω της τροποποίησης του RdDM, όπως αναφέρθηκε ότι τα μεταλλάγματα ago4 ήταν ευαίσθητα στη μόλυνση του BCTV λόγω της μειωμένης υπερμεθυλίωσης στο γονιδίωμα του BCTV [47]. Παραδόξως, τα μεταλλαγμένα ago4 είναι ευαίσθητα σε αρκετούς ιούς RNA, όπως ο ιός ρυτιδώματος του γογγύλι (TCV), ο ιός του μωσαϊκού μπαμπού (BaMV) και ο ιός μωσαϊκού Plantago asiatica (PlAMV) [132-135] μέσω ενός μηχανισμού ανεξάρτητου από την οδό RdDM [135 ].

Όπως και με άλλους τελεστές AGO, το AGO5 μαζί με το AGO2 συμμετέχουν στη μείωση της συστηματικής μόλυνσης από τον ιό πατάτας X (PVX), ενώ το AGO5 παίζει δευτερεύοντα ρόλο μόνο όταν το AGO2 ξεπεραστεί στα αρχικά μολυσμένα φύλλα [136]. Το AGO7 (επίσης γνωστό ως ZIP) βρέθηκε ότι είναι ένας κρίσιμος παράγοντας κατά τη διάρκεια της μόλυνσης από TCV με τη μέθοδο ανάλυσης ασθένειας βάσει εικόνας [132]. Το AGO7 μπορεί επίσης να συνδεθεί με το miR390 και να μεσολαβήσει στη βιογένεση του ενδογενούς siRNA [137]. Το AGO10 συνεργάζεται με το AGO1 και έχει έναν περιττό ρόλο στην προστασία των ιστών της ταξιανθίας από τη μόλυνση του ιού του μωσαϊκού του γογγύλι (TuMV) [125], εκτός από τη λειτουργία του στη ρύθμιση της ανάπτυξης του κορυφαίου μεριστώματος των βλαστών με το bindingmiR165/166 [138].

Είναι ενδιαφέρον ότι περισσότεροι από 10 ορθολόγοι της AGO βρέθηκαν σε ορισμένες σημαντικές καλλιέργειες όπως το ρύζι και η ντομάτα, με 19 ορθολόγους στο ρύζι και 15 στην ντομάτα. Μπορούν να εξελιχθούν για να έχουν διαφορικές λειτουργίες στην αντιϊκή άμυνα και ανάπτυξη. Για παράδειγμα, όταν μολυνθεί με antivirus ρίγες ρυζιού (RSV), η πρωτεΐνη καλύμματος RSV (CP) πυροδοτεί τη συσσώρευση JA και ρυθμίζει προς τα πάνω τον παράγοντα μεταγραφής JAMYB που ανταποκρίνεται στο JA για να συνδεθεί απευθείας με τον υποκινητή AGO18 για να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή AGO18 [139]. Το AGO18 θα δεσμεύσει και θα δεσμεύσει το miR168, γεγονός που αυξάνει τη συσσώρευση του AGO1 για την αντιική διαδικασία [140]. Από την άλλη πλευρά, το AGO18 δεσμεύει κατά προτίμηση το miR528 για να ρυθμίσει προς τα πάνω τη συσσώρευση ROS και να αντισταθεί στη μόλυνση από τον ιό [141]. Τα αδημοσίευτα δεδομένα μας δείχνουν επίσης ότι ορισμένα ορθόλογα AGO στις ντομάτες έχουν διαφορικές λειτουργίες σε σύγκριση με το Arabidopsis.

5. Ιικοί Καταστολείς του RNAi

Στον αγώνα όπλων άμυνας και αντιάμυνας μεταξύ φυτών-ξενιστών και ιών, οι ιοί εξελίσσουν πρωτεΐνες VSR για να αναστέλλουν την έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται στο RNAi. Τα VSR στοχεύουν διαφορετικά στάδια της αντιιικής οδού που βασίζεται σε RNAi για να εξουδετερώσουν τη διατηρημένη αντιική ανοσία (Πίνακας 1) [142,143].

Μια πολύ κοινή εξουδετέρωση των VSR είναι η παρεμπόδιση της ενίσχυσης του siRNA. Για παράδειγμα, το 2b CMV, το C1 του ιού της Κίνας με κίτρινο φύλλο ντομάτας (TYLCCNV) και το P6 του ιού κίτρινου ρυζιού (RYSV) παρεμβαίνουν στην εξαρτώμενη από το RDR1/{4} βιογένεση του δευτερογενούς siRNA [155,180,185]. Το V2 του διδύμου ιού κίτρινου φύλλου ντομάτας (TYLCV), το P2 του RSV και το P4 του ιού μωσαϊκού ρίγες ρυζιού (RMSV) αλληλεπιδρούν με το SGS3 για να αναστέλλουν τη βιογένεση του δευτερογενούς siRNA [181,182,189]. Η πρωτεΐνη V2 του Geminivirus βρέθηκε επίσης ότι διαταράσσει την αλληλεπίδραση καλμοδουλίνης-CAMTA3, η οποία μειώνει την έκφραση του RDR6 για τη μείωση της βιογένεσης του vsiRNA [97].

Ορισμένα VSR βρέθηκαν να παρεμποδίζουν την αντίληψη ή την κοπή του ιικού dsRNA. Για παράδειγμα, το CP του TCV θα μπορούσε να αναστείλει τη δραστηριότητα κοπής σε κύβους του DCL4 [55] και το P6 του ιού μωσαϊκού του κουνουπιδιού (CaMV) αλληλεπιδρά με το DRB4 για να εμποδίσει τη σύνδεση του dsRNA [154]. Ορισμένα VSR, όπως τα NSs του ιού μαρασμού με κηλίδες τομάτας (TSWV) και το Hc-Pro του ιού της πατάτας Y (PVY), συνδέονται επίσης με μακρύ ιικό dsRNA, το οποίο θα μπορούσε να εμποδίσει την αίσθηση ή την επεξεργασία των ιικών RNA από τα DCLs. Ορισμένα άλλα VSR θα μπορούσαν να στοχεύσουν άμεσα το vsiRNA για να αναστείλουν την έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi. Για παράδειγμα, το P19, το γνωστό VSR των tombusviruses, δεσμεύει και απομονώνει το vsiRNA, ενώ η RNase III του chlorotic stunt crinivirus (SPCSV) δεσμεύει και μεσολαβεί στην αποικοδόμηση του siRNA και το HC-Pro του ιού του κίτρινου μωσαϊκού των κολοκυθιών (ZYMV) μειώνει το siRNA σταθερότητα διαταράσσοντας τη μεθυλίωση του siRNA από το HEN1. Η διαταραχή της αντιϊκής λειτουργίας των δραστικών AGOs είναι μια άλλη στρατηγική που χρησιμοποιείται από ορισμένα VSR. Για παράδειγμα, το P{11}} του ιού του φυλλώματος πατάτας (PLRV) μπορεί να μεσολαβήσει στην υποβάθμιση του AGO1 και 2b του CMV μπορεί να παρέμβει στο AGO1 και στο AGO4 και να διαταράξει τις λειτουργίες τους.

Παραδόξως, σε αντίθεση με τα παραπάνω VSR που εξουδετερώνουν την έμφυτη αντιική ανοσία που βασίζεται σε RNAi, βρέθηκαν άλλοι μηχανισμοί να ανταγωνίζονται τις αντιικές αποκρίσεις από ορισμένα VSR. Πρόσφατα, μια μελέτη έδειξε ότι το VSR p19 μπορεί να αλληλεπιδράσει με την κινάση που μοιάζει με υποδοχέα (RLK) ΣΙΓΟΥΡΑ MERISTEM 1 (BAM1) και BAM2 για να αναστείλει την κίνηση από κύτταρο σε κύτταρο της σίγησης του RNA [193,194]. Το VSR C4 του ιού Γκουανγκντόνγκ για μπούκλες φύλλων τομάτας (ToLCGdV) μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσει με το BAM1 για να καταστείλει το PTGS και να αντιστρέψει το TGS που προκαλείται από μεθυλίωση [195]. Επιπλέον, τα συσσωρευμένα στοιχεία υποδεικνύουν αλληλεπιδράσεις φυτού-ιού που διαμορφώνονται από την αυτοφαγία [196,197]. Αναφέρθηκε ότι ο υποδοχέας φορτίου NEIGHBOR OF BRCA1 (NBR1) θα μπορούσε να στοχεύσει το HC-Pro για να καταστείλει την ιική συσσώρευση του TuMV [198]. Ωστόσο, το B, το VSR του ιού μωσαϊκού λωρίδων κριθαριού (BSMV), στόχευε την ΠΡΩΤΕΪΝΗ 7 ΑΥΤΟΦΑΓΙΑΣ (ATG7) για να διαταράξει την αλληλεπίδραση ATG7-ATG8 και να προωθήσει ιογενή λοίμωξη [199].

Τώρα γνωρίζουμε ότι σχεδόν όλοι οι φυτικοί ιοί, ειδικά οι παθογόνοι φυτικοί ιοί, διαθέτουν ένα ή περισσότερα VSR. Η ύπαρξη VSR συμβάλλει στην επιτυχή επιθετικότητα των ιών και των ιικών επιδημιών. Επίσης, εμποδίζουν σοβαρά την εκτίμησή μας για την απαραίτητη αντιιική έμφυτη ανοσία στα φυτά και σε άλλους ευκαρυώτες.

For more information:1950477648nn@gmail.com