Протеини лизинског мотива (ЛисМ): међусобно повезивање имунитета биљака и гљивица

Апстрактан:

Протеини са мотивом лизина (ЛисМ) су протеински модули који се везују за угљене хидрате који играју кључну улогу у интеракцијама домаћин-патоген. Биљни ЛисМ протеини углавном функционишу као рецептори за препознавање образаца (ПРР) који осећају хитин да би изазвали имунитет биљке. Насупрот томе, гљивични ЛисМ блокира откривање или сигнализацију хитина да инхибира имунитет домаћина изазван хитином. У овом прегледу пружамо историјске перспективе о биљним и гљивичним ЛисМ-има како бисмо показали како су ови протеини укључени у регулацију имунолошког одговора биљака од стране микроба. Биљке користе ЛисМ протеине да препознају гљивичне хитине које затим биљне хитиназе разграђују да би изазвале имунитет. Насупрот томе, гљивични патогени регрутују ЛисМ протеине да заштите свој ћелијски зид од хидролизе биљном хитиназом како би спречили активацију имунитета изазваног хитином. Откривање ове коеволуционе трке у наоружању у којој ЛисМ игра кључну улогу у манипулацији олакшава боље разумевање механизама који управљају интеракцијама биљака и гљива.

Кључне речи:

протеин мотива лизина (ЛисМ); интеракције биљке и гљиве; хитин; манипулација имунитетом.

Лизински мотиви (ГРАС) су класа конзервираних протеинских секвенци које постоје у различитим организмима. Они су укључени у регулацију раста и развоја и адаптацију на стрес код биљака и гљива, а налазе се и код сисара. Недавне студије су показале да су ГРАС протеини такође укључени у регулисање имунолошких одговора код биљака и сисара, чиме утичу на имунитет. У биљкама, ГРАС протеини су укључени у посредовање одбрамбених одговора биљака на патогене. На пример, код Арабидопсис тхалиана, ГРАС протеини СХР и СЦР су укључени у отпорност корена биљака на патогене, а ови протеини могу индуковати апоптозу у корену биљака и промовисати смрт патогених бактерија. Поред тога, ГРАС протеини такође повећавају отпорност биљака на патогене учешћем у регулацији експресије гена у имунолошкој активацији биљака.

Код сисара, иако постоји мало студија о имунолошкој функцији ГРАС протеина, неке студије су показале да су они укључени у имунолошку регулацију. На пример, ГРАС протеин СПРИ2 може инхибирати пролиферацију и активацију Т ћелија и повећати број регулаторних Т ћелија, чиме регулише равнотежу имунолошког одговора. С друге стране, ГРАС протеин ОСЛ1 такође може да учествује у регулисању имунолошког одговора сисара, а може инхибирати активацију и пролиферацију Т ћелија.

Дакле, може се видети да су ГРАС протеини укључени у регулацију имунолошких одговора код биљака и сисара, чиме утичу на имунитет. Будућа истраживања треба да истраже специфичну улогу и механизам ГРАС протеина у имунолошкој регулацији, како би се пружила теоретска основа за развој нових имуномодулатора. Ово показује важност имунитета, тако да морамо побољшати имунитет. Цистанцхе може побољшати имунитет. Месни пепео садржи разне биолошки активне компоненте, као што су полисахариди, две печурке, Хуанг Ли итд. Стимулише различите ћелије имуног система и повећава њихову имунолошку активност.

Цлицк цистанцхе тубулоса екстракт у праху

1. Представљање

Будући да су непокретне, биљке се суочавају са вишеструким изазовима током свог живота, укључујући и оне од патогена. Биљке немају циркулишући имуни систем као животиње, нити стварају антитела за борбу против патогена [1]. Стога су биљке током своје еволуције осмислиле јединствене стратегије за одбрану од инвазије патогена. Биљке су развиле имуне рецепторе као средство за откривање и накнадно одвраћање патогена [2]. Имуни рецептори у биљкама могу се поделити на два главна типа, рецепторе за препознавање образаца (ПРР) и рецепторе за понављање богатих леуцином (НЛР) који везују нуклеотиде [3]. ПРР су коришћени као примарна одбрана од патогена.

Генерално, ПРР су локализовани на ћелијској мембрани и припадају породици рецепторских киназа које генерално укључују ванћелијски домен који се везује за лиганд, трансмембрански домен и интрацелуларни домен киназе [4]. Екстрацелуларни домени ПРР могу специфично препознати молекуларне молекуларне обрасце (МАМП), као што су бактеријски липополисахарид (ЛПС), флагелин, ЕФ-Ту (термо нестабилни фактор елонгације), пептидогликани, гљивични хитин и -глукани и активирају ергостероли интрацелуларне киназне домене преко трансмембранских домена који заузврат потенцирају низводне имуне сигнале [5–7]. Да би пробили овај први ниво баријера имунолошког система биљке, патогени луче мале молекуле зване ефектори у биљне ћелије. Ови ефектори ометају сигнализацију протеин киназе активиране митогеном (МАПК) и њен низводни пренос тако што инхибирају транслацију и активност ПРР-а и њихову комплексну сигнализацију. Осим тога, може утицати и на имунитет биљака ометајући неколико ћелијских процеса као што су производња РОС, транспорт везикула, депозиција калуса и јачање ћелијског зида [5,7].

ЛисМ домен укључује протеине који директно играју улогу или у ПРР који регулишу имунитет у биљкама или као ефектори код патогених гљива које потискују имунитет биљака [8]. ЛисМ домен је општи модул за везивање пептидогликана, који има секундарну структуру са две спирале наслагане на истој страни антипаралелног листа. Генерално, ЛисМ модул садржи око 50 аминокиселина и везује се за пептидогликане, хитин и њихове деривате [9]. ЛисМ домен је првобитно откривен у антимикробном ензиму лизозиму бактериофага [8], а све већи број студија је открио да су протеини ЛисМ домена широко распрострањени у еукариотима и прокариотима [10,11].

Као функционални домен који помаже да се избегне имунитет домаћина, функција протеина ЛисМ домена ослања се на својства везивања ЛисМ домена за полисахарид гљивичног хитина, који је нерастворљиви сложени угљени хидрат у ћелијском зиду гљивица који се генерално разграђује биљним хитиназама [ 12]. Ћелијски зид гљивичних патогена је прва тачка контакта са биљком домаћином, а главна компонента ћелијског зида гљивице је хитин [12]. За биљке, гљивични хитин делује као МАМП, који индукује имунитет биљака везивањем са сродним ПРР у биљкама. Насупрот томе, да би се избегао одбрамбени одговор домаћина, ефекторе који садрже ЛисМ домен луче гљивични патогени да би заштитили своје ћелијске зидове. Хитин као есенцијална компонента ћелијског зида гљивице делује као важан молекул у манипулацији имунитета домаћина посредованом ЛисМ протеинима. Ова интермолекуларна интеракција наглашава резултате фино контролисаних процеса домаћин-патоген, који су постали основа за побољшање отпорности усева на болести [13].

Стога, у овом прегледу, пружамо свеобухватну процену биолошких карактеристика ЛисМ протеина из биљака и гљива, механизама помоћу којих се јавља манипулација имунитетом домаћина и њихове интерактивне улоге између биљака и гљива како би се олакшало разумевање механизма ЛисМ-а. -посредовани имунитет и његов значај за пољопривреду.

2. ЛисМ посредује хитин сигнализацију у биљкама

ЛисМ постоји у облику киназа сличних рецептору (ЛИК) или ЛисМ који садрже ЛисМ [14]. ЛИК су искључиво присутни у биљкама и укључени су у регулацију имунитета биљака [14]. Биљни ЛисМ протеини су веома разноврсни, са најмање шест различитих типова за разлику од не-киназних типова, што сугерише да се ЛисМ протеини јављају у низу сложених структурних домена [14,15]. Међутим, биолошка функција није додељена већини не-киназних ЛисМ гена.

2.1. ЛисМ у Арабидопсис и Рице

Препознавање молекуларних образаца повезаних са патогеном (ПАМП) од стране ПРР-а је први корак у одбрани биљака, ПАМП-ови су конзервирани елициторни молекули као што су гљивични хитин и хитоолигосахариди, бактеријски пептидогликан, а сазревање и транспорт ПРР-а је важан биолошки процес. Цхитин елицитор рецептор киназа 1 (ЦЕРК1) је класични члан ЛисМ, који се налази у пиринчу и Арабидопсису [16,17]. Функционише као ПРР на мембранама биљних ћелија да би препознао неке конзервативне молекуларне обрасце који потичу од патогених гљива и индуковао имуни одговор домаћина (Слика 1). ЦЕРК1, који садржи три ЛисМ домена, игра кључну улогу у перцепцији индуктора хитин олигосахарида и трансдукцији Н-ацетилглукозамина. Показује већи афинитет према хитин олигосахариду са дужим остацима. Имуни одговори изазвани гљивичним МАМП хитином укључују МАПК активацију, производњу реактивних врста кисеоника (РОС) и експресију одбрамбених гена [16,18–20].

Рецептор пиринчаног хитина ОсЦЕРК1 сазрева у ендоплазматском ретикулуму одакле се транспортује у ектоплазматски ретикулум кроз Голгијев апарат. Током овог процеса, протеин изазван стресом (Хоп/Сти1) и протеин топлотног шока 90 (Хсп90) могу да саставе једну или више ГТПазе ОсРац1 специфичне за биљке Рхо, члана Рхо породице гванозин трифосфатних аза (ГТПазе), која се комплексира у ендоплазматски ретикулум, а накнадни транспорт ОсЦЕРК1 из ендоплазматског ретикулума у ​​ендоплазматски ретикулум регулише сазревање ОсЦЕРК1. Процес транспорта се ослања на регулацију малог протеина повезаног са секрецијом ГТПазе и протеина 1 повезаног са рас (ГТПасе Сар1) [21].

Као мали регулаторни (Г) протеин гванин нуклеотида, ОсРац1 је укључен у комплекс рецептора који садржи ОсЦЕРК1- који регулише имунитет након што ћелије пиринча перципирају хитин гљивице [21,22]. Члан цитоплазматске киназе (РЛЦК) сличан рецептору, укључујући вероватну серин/треонин протеин киназу сличну 27 (ПБЛ27), која је низводна компонента ЦЕРК1, игра важну улогу у откривању хитина и низводној сигнализацији, што коначно доприноси модулацији имунитета изазваног хитином код Арабидопсиса [23]. Након ЦЕРК1 препознавања хитина, ПБЛ27 је фосфорилисан од стране ЦЕРК1. Фосфориловани ПБЛ27 затим учествује у активацији МАПК [23]. Слично, цитоплазматска киназа слична рецептору у пиринчу ОсРЛЦК185 такође може бити фосфорилисана хитином активираним ОсЦЕРК1 и изазвати МАПК одговоре [24,25]. ОсРЛЦК185 такође фосфорилише цитоплазматски феритин ОсДРЕ2а, хомологе пиринча Дре2 протеина квасца, да би модулирао хитином индуковано РОС праскање [26]. Остали чланови РЛЦК ВИИ, укључујући ОсРЛЦК57, ОсРЛЦК107, ОсРЛЦК118 и ОсРЛЦК176, такође су укључени у неколико хитин сигналних путева [27–29].

Поред тога, у Арабидопсису је такође идентификовано неколико других компоненти које су укључене у ЦЕРК{0}}посредовану сигнализацију. Биљни У-бок протеин 4 (ПУБ4) је убиквитин лигаза која је у интеракцији са ЦЕРК1. Он је позитиван регулатор хитин сигнализације кроз своју улогу у производњи РОС и таложењу калозе након перцепције хитин олигосахарида [30]. Чланови цитоплазматске киназе ВИИ слични Арабидопсис рецептору укључујући РЛЦК ВИИ-4, РЛЦК ВИИ-5, РЛЦК ВИИ-7 и РЛЦК ВИИ-8 функционишу низводно од ПРР укључених у флагелин и хитин сигнализације, доприносе таложењу калозе и стварању РОС. Посебно се показало да је РЛЦК ВИИ-4 важан за хитинску сигнализацију кроз своју улогу у активацији МАПК каскаде након перцепције хитина повезујући ПРР са МАПК сигнализацијом [31]. Узети заједно, ови резултати указују на то да сигнални модул ЦЕРК1-РЛЦК игра очувану улогу у производњи РОС код Арабидопсиса и пиринча током имуног одговора изазваног хитином [21–31].

Занимљиво је да се показало да се хитин рецептор ЦЕРК1 директно везује за хитин, са сва три екстрацелуларна ЛисМ домена потребна за везивање хитина, али, што је још важније, без икаквих других протеина у интеракцији, чиме се пружа доказ да је ЦЕРК1 главни протеин који везује хитин у биљкама [ 32]. Очувани јукстамембрански (ЈМ) парамембрански домен регулише активност киназе ЦЕРК1 у Арабидопсису. Поред тога, домен парамембране ЈМ такође игра функционално очувану улогу у активацији хитин-сенсинг сигнала код Арабидопсис [33]. Коначно, димеризација ЦЕРК1 изазваног хитином је кључни биолошки процес који је неопходан за трансдукцију имунолошког сигнала индуковану хитином [34]. На пример, хомодимеризација ЦЕРК1 изазвана лигандом је потребна за молекуларне обрасце перцепције лиганда, активацију рецептора и трансдукцију имунолошке сигнализације [34,35].

Фосфорилација протеина је такође кључни регулаторни корак у биљној ЛисМ сигнализацији [23]. Прво, пошто је ЦЕРК1 главни протеин који везује хитин и који је директно укључен у везивање хитина помоћу ЛисМ-а, његова перцепција хитин сигнала и пренос зависе од пост-транслационих модификација и активности киназе [32]. Познато је да ЦЕРК1 фосфорилише цитоплазматске киназе сличне рецепторима ПБЛ27 у А. тхалиана [23,36]. Слично, у пиринчу, фактор размене гванин нуклеотида за ОсРац1 ОсРацГЕФ1 је фосфорилисан цитоплазматском киназом ОсЦЕРК1 [22]. ЦЕРК1 такође ступа у интеракцију са ЛИК5 како би осетио хитин олигосахарид и активирао низводне компоненте хитин сигналне каскаде; затим, ЛИК5 се одваја од ЦЕРК1 да би ушао у везикуле и подлегао ендоцитози фосфорилацијом са ЦЕРК1 [37]. Након откривања хитина, ЦЕРК1 регрутује ЦЕРК1-протеин фосфатазу 1 (ЦИПП1), предвиђену Сер/Тхр фосфатазу, да дефосфорилише Тир428 и пригуши ЦЕРК1 сигнализацију [38].

Други РЛК и РЛП који садрже ЛисМ домен такође постоје у пиринчу и Арабидопсису и укључени су у сигнализацију хитина. На пример, хитин ексцитон-везујући протеини (ЦЕБиПс) били су први откривени биљни ЛисМ РЛП у пиринчу [39]. Анализа молекуларне структуре ОсЦЕБиП домена за препознавање хитина показала је да кристалне структуре слободног ектодомена (ЕД) ОсЦЕБиП (ОсЦЕБиП-ЕЦД) садрже три тандем ЛисМс, праћене новим структурним набором домена богатих цистеином [40]. Структурна анализа је такође показала да везивање хитина не може значајно да утиче на конформацију ОсЦЕБиП, али хитин у „клизном режиму“ изазива агрегацију ОсЦЕБиП, која игра кључну улогу у перцепцији и трансдукцији неколико индуктора хитина у ћелијама пиринча [39–41].

Штавише, ОсЛИП4 и ОсЛИП6, као ЛисМ-РЛП, такође показују афинитет према хитину, вероватно као мали хитински рецептори [42], од којих оба могу да формирају хомо- и хетеродимере и да ступају у интеракцију са ЦЕБиП да би учествовали у трансдукцији сигнала пептидогликана (ПГН) и хитина. [42,43]. ОсЦЕРК1 се такође може користити као веза за везивање са ОсЛИП4 и ОсЛИП6 [44]. Док хомолог ОсЦЕБиП у Арабидопсису, гликозилфосфатидилинозитол-засидрени протеин2 (ЛИМ2), који садржи домен мотива лизина, показује сличност са ЦЕБиП пиринча, он није укључен у сигнализацију упркос високом афинитету за везивање са п-харид олигосац [44]. ЛИМ2 посредује у смањењу молекуларног флукса преко плазмодезма у присуству хитин олигосахарида како би се индуковао одбрамбени одговор против гљивичног патогена Ботритис халал, али ЛИМ2 није потребан за ЦЕРК{{20}посредоване одбрамбене одговоре изазване хитином, што указује да постоје најмање два независна пута одговора активирана хитином у Арабидопсису [44].

Поред тога, пронађено је неколико других ЦЕБиП хомолога у Арабидопсису који су укључени у регулацију трансдукције хитин сигнала и имунитета биљака, укључујући ЛисМ РЛК{0}}интерагујућу киназу 1 (ЛИК1), ЛисМ рецептор киназу 3 (ЛИК3), ЛисМ рецептор киназа 4 (ЛИК4) и ЛисМ рецептор киназа 5 (ЛИК5) [37,44–47]. Неколико хитин олигомера може индуковати хетеродимеризацију АтЛИК5 и хомодимеризацију АтЦЕРК1, али хетеродимер АтЛИК5–АтЦЕРК1 изазван хитином је јачи од АтЦЕРК1 хомодимера јер само АтЦЕРК1 садржи киназни домен, за који се такође показало да је одговоран за иницирање хитин сигнала у ћелији 48].

Негативни регулаторни фактори такође играју кључну улогу у експресији основних и раних одбрамбених гена изазваних патогеном и заштити раста биљака од трајног оштећења имунитета изазваног хитином [36]. На пример, АтЛИК3 и ЛИК1 негативно регулишу одбрану биљака изазвану хитином и делују као компоненте комплекса цитоплазматске киназе ПБЛ27. Биљни У-бок протеин 12 (ПУБ12) негативно регулише имунитет изазван хитином [36,45,47]. АтЦЕРК1 активиран хитином дефосфорилише свој остатак од 428 тирозина регрутовањем ЦИПП1, који се може користити као механизам негативне повратне спреге за блокирање трансдукције хитин сигнала [38]. Међутим, још увек није познато како биљке балансирају ове позитивне и негативне режиме сигнализације или да ли се ослањају на друге сигналне молекуле.

Коначно, имуни одговор је сложена и прецизна мрежа која укључује вишеструке сигналне унакрсне разговоре током интеракција између биљке и патогена, а ЛисМ нису изузетак [46]. АтЛИК3 је укључен у негативни унакрсни разговор посредован хормоном апсцизинске киселине (АБА) са имунолошким одговорима биљака [46]. ЛИК1 позитивно регулише сигнализацију хормона јасмонске киселине/етилена (ЈА/ЕТ) и негативно регулише одбрамбене одговоре биљака изазване хитином [47]. ЛисМ домен ЕМБРИО САЦ 1 (ОсЕМСА1А) је одговоран за развој и функцију ембрион бластоциста [49]. ЦЕРК1 је неопходан као одговор и на симбиозу арбускуларне микоризе (АМ) и на стрес соли биљака [50–53]. Ови резултати сугеришу да ЦЕРК1, поред свог учешћа у имунолошким одговорима као РЛК, такође обавља две или више механички независних функција. На пример, ЦЕРК1 може да игра улогу у контроли ћелијске смрти независно од хитина и не зависи од његове киназне активности [54].

Хитин олигосахарид -1,4-Н-ацетилглукозамин олигомери (ГлцНАц), који служе као једина гликозидна структура ћелијског зида гљивица, такође функционишу као МАМП у биљкама, али неразгранати -1,{ {4}}глукан полифилних олигосахарида краставца такође може изазвати имунитет изазван ПАМП-ом (ПТИ) посредован ЦЕРК1 рецептором код Арабидопсис [55]. Арабидопсис ЦЕРК1 посредује у имунитету биљака као одговор на отпорност не-домаћина на Фусариум окиспорум [56]. Недавно је сугерисано да ОсЦЕРК1 има додатну улогу у изазивању имунолошког одговора изазваног бактеријским липополисахаридом (ЛПС) код пиринча [54]. Арабидопсис церк1–4 мутантни алели нису успели да акумулирају екстрацелуларне протеинске хидролизате, што је довело до повећања осетљивости или индукције старења [54]. Пошто су церк1–4, биљке показале нормалан хитин одговор, ћелијска смрт није била повезана са активношћу киназе АтЦЕРК1 [54]. Улога АтЦЕРК1 у толеранцији соли код Арабидопсис-а је такође пријављена, АтЦЕРК1 је у интеракцији са протеином калцијумских канала АННЕКСИН 1 (АНН1), који је одговоран за унутрашњи проток калцијума изазваног сољу [50].

2.2. ЛисМ у другим биљкама

ЦЕРК1 хомолози такође имају важне биолошке функције у другим биљкама, посебно у манипулацијама имунитета [57–59]. Протеини који садрже ЛисМ се такође функционално диференцирају у различитим ћелијским процесима. Протеин 1 који садржи ЛисМ у дуду (МмЛИП1), хомолог ЦЕБиП, има инхибиторни ефекат на нерастворљиви хитин и ослања се на протеине 2 који садрже ЛисМ (МмЛИК2, ЦЕРК1 хомолог) током инфекција аскомицетама [60]. У памуку, две киназе сличне ЛисМ рецептору, Гх-ЛИК1 и Гх-ЛИК2, имају известан утицај на отпорност памука на вертицилијумско увенуће. Сва три ЛисМ домена Гх-ЛИК1 и Гх-ЛИК2 су потребна за њихову способност везивања хитина, а утишавање гена изазвано вирусом (ВИГС) Гх-ЛИК1 и Гх-ЛИК2 у биљкама памука компромитује отпорност на Вертициллиум дахлиае.

Међутим, Гх-ЛИК2 и Гх-ЛИК1 могу различито допринети одбрани у памуку. Гх-ЛИК2, али не Гх-ЛИК1, је псеудокиназа, а ЕД Гх-ЛИК2 може да изазове експлозију РОС-а у биљкама [58]. ГхВАК7А у памуку директно реагује са ГхЛИК5 и ГхЦЕРК1 и промовише хитином индуковану ГхЛИК5–ГхЦЕРК1 димеризацију, која игра суштинску улогу у хитином индукованом одговору [61]. Поред тога, ЛисМ тип рецептора сличан протеин 1 (ЛИП1), ЛисМ који садржи рецептор слична киназа 7 (ЛИК7) и екстрацелуларни ЛисМ протеин 3 (ЛисМе3) су мембрански рецептори који препознају хитин сигнале, који могу активирати низводне одбрамбене процесе и повећати отпорност до В. дахлиае [62]. За разлику од ОсЦЕРК1 пиринча, ЛисМ протеини у парадајзу представљају значајну функционалну дивергенцију [63]: код парадајза, СлЛИК10 и СлЛИК12 учествују у регулацији АМ симбиозе, СлЛИК1 учествује у имунском одговору изазваном хитином, а СлЛИК13 је укључен у смрт ћелије [57 ,64]. АтЦЕРК1 хомолог из јабуке, МдЦЕРК1, побољшава отпорност на Алтернариа алтерната [59]. Птерис риукиуенсис хитиназа-А (ПрЦхиА) има везујући хитин и антигљивичну активност [65], док Екуисетум арвенсе хитиназа-А (ЕаЦхиА) нема [66]. Главна структурна разлика између ПрЦхиА и ЕаЦхиА је број ЛисМ домена [66], али нема података који би сугерисали да је то повезано са разликама у антифунгалној активности. Поред тога, идентификовано је присуство ЛисМ протеина у јабукама, грожђу, кромпиру и стаблима јабуке и доказано је да учествује у имуним одговорима изазваним хитином [59,67–69]. ЛисМ протеини у грашку, петунији и луцерки укључени су у биљну АМ симбиозу [70–73].

3. ЛисМ инхибира хитин сигнализацију у гљивама

Многи гљивични патогени кодирају егзосомалне ефекторе који садрже исти ЛисМ домен као хитински рецептори биљака. Већина гљивичних патогена инхибира биљни имунитет изазван хитином блокирањем детекције или сигнализације хитина [74–79]. Ецп6 у Цладоспориум флавум, првом откривеном ефектору ЛисМ домена, хелатира хитин током инфекције [74]. Хитин олигосахариди ослобођени из ћелијског зида инвазивног мицелија лизом ћелије или деградирани биљним хитиназама везују се за олигомере хитина како би спречили перцепцију биљке, блокирајући имунитет биљке изазван хитином [74,75]. Након тога, откривена је серија гљивичних ЛисМ ефектора укључених у инхибицију имунитета биљака.

Цоллетотрицхум хиггинсианум екстрацелуларни ЛисМ структурни протеини ЦхЕЛП1 и ЦхЕЛП2 гљиве аскомицета који изазивају болест антракнозе у биљкама играју двоструку улогу у везивању, функцији ћелија и имуносупресији биљака изазваној хитином. ЦхЕЛП1 и ЦхЕЛП2 играју важну улогу у одржавању вируленције гљивица и њихове способности да продру у ћелије епидермиса Арабидопсис и целофанске мембране [79]. Фунгализин металопротеаза у гљиви антракнозе кукуруза Цоллетотрицхум граминицола (Цгфл) садржи не само два ЛисМ домена, већ и цинк металопротеиназе ХЕКСКСХ домена конзервираног каталитичког места, и широко је очувана у гљивама. Након инфестације кукуруза, Цгфл је специфично експримиран током биотрофне фазе и показало се да гљива користи стратегије посредоване Цгфл и ЛисМ протеином за контролу хитинских сигнала супресијом хитиназне активности домаћина [80]. Слично, гљивица пиринча Магнапортхе оризае се не ослања само на ЛисМ протеин СЛП1, већ и на хомолог протеина 9 помоћне активности (Аа9) МоАа91 (од М. оризае) који је неопходан за површинско препознавање, као и за сузбијање хитина изазваног имуни одговор биљке. МоАа91 је регулисан сигнализацијом Г протеина (РГС) и протеинима сличним РГС-у који су потребни за развој апресоријума и такође је подвргнут негативној регулацији транскрипционог фактора МоМсн2. Мутант МоАа91 је формирао незреле адхерентне ћелије на вештачки индукованом интерфејсу, а мутанти за делецију гена значајно су смањили патогеност.

Даља истраживања су показала да се МоАа91 излучује у егзосомални простор где се везује за хитин и хитин олигосахариде такмичећи се са имуним рецептором пиринча ЦЕБиП, што резултира инхибицијом имуних одговора биљака изазваних хитином [81]. Протеин ЗтГТ2 из патогена пшенице Зимосепториа тритици има функцију одржавања најудаљеније површине ћелијског зида гљивице помажући у проширењу хифа на чврстим површинама. Широко је распрострањен у гљивама и његов губитак је резултирао губитком вируленције патогена на површини домаћина због хендикепа у продужетку хифа. Мутација у ЗтГТ2 ортологу у патогеној гљиви Фусариум граминеарум резултирала је конститутивном појачаном експресијом неколико трансмембрана и излучених протеина, укључујући важан ЛисМ домен Зт3ЛисМ, ефектор вируленције ЛисМ домена који везује хитин. Иако је адхезија на површини листа била непромењена код сродних мутаната Ф. граминеарум, озбиљно оштећење раста хифа код мутаната је довело до сличног губитка патогености код ове таксономски неповезане гљиве на класовима пшенице [82].

Мицоспхаерелла граминицола која изазива болест пегавости Септориа тритици пшенице носи ефекторе Мг1ЛисМ и Мг3ЛисМ који су хомолози ефекторског протеина екстраћелијског протеина 6 (Ецп6) из биотрофног гљивичног патогена лисне плесни Цладоспориум фулвум. Претходни рад је показао да ови гљивични ефектори могу да вежу хитин, чиме, заузврат, штите гљивичне хифе од хитиназа биљног порекла, вероватно помажући патогену да избегне имуни одговор домаћина активиран преко хитин рецептора ЦЕРК1 и ЦЕБиП [76,77]. ЛисМ структурни протеин Магнапортхе грисеа који лучи ефекторски протеин, лучи ЛисМ протеин 1 (СЛП1) и Рхизоцтониа солани ЛисМ ефектор (РсЛисМ) инхибирају имунитет изазван хитином везивањем хитина, али не могу заштитити хифе од хидролизе [76,77 83]. Студија 18 наводних ЛисМ протеина у Пенициллиум спп. открили да су нивои експресије ПеЛисМ1, ПеЛисМ2, ПеЛисМ3 и ПеЛисМ4 значајно повећани током инфекције патогеном, али нису утицали на вирулентност гљивица. Такође је доказано да ПеЛисМ3 регулише клијање спора и брзину раста [84].

Међутим, гљивични ЛисМ нису увек укључени само у манипулацију имунитета биљака што доводи до штетних ефеката на домаћина. Излучени ЛисМ ефектор идентификован из гљивичне врсте моделне арбускуларне микоризе (АМ) Рхизопхагус иррегуларис (РиСЛМ) је један од најизраженијих ефекторских протеина у интрарадикалном мицелијуму током симбиозе са домаћином Медицаго трунцатула. Експерименти ин витро везивања су показали да се РиСЛМ везује за хитин олигосахариде како би заштитио ћелијске зидове гљивица од хитиназе. Поред тога, РиСЛМ може ефикасно да интерферира са имунолошким одговором изазваним хитином како би подметнуо имунитет изазван хитином током симбиозе, што указује на заједничку улогу ЛисМ ефектора у симбиотичким и патогеним гљивама у неком тренутку еволуције [85,{{2} }]. На сличан начин, корисна гљива Трицходерма вириде користи ефекторе као што је Тал6 који секвестрирају ГлцНАц олигомере, ометајући на тај начин перцепцију Н-ацетилглукозамина добијеног из гљива од стране машинерије за надзор биљке, што доводи до заштите гљивичних хифа од хитиназе домаћина [87].

Н-гликозилација као пост-транскрипциона модификација је типичан механизам за ефекторе који гљивични патогени интензивно користе како би модулирали њихову способност да избегну имунитет домаћина [88]. Алг3-посредована Н-гликозилација Слп1 је неопходна за његову стабилност протеина и афинитет за хитин. Н-гликозилација уз помоћ Слп1 је неопходна да би се избегао урођени имунитет домаћина [88]. ЦхЕЛП1 и ЦхЕЛП2 су такође Н-гликозиловани [79]. Ове студије сугеришу да је Н-гликозилација неопходна и да је уобичајена модификација за гљивичне ЛисМ ефекторе да би се постигао ултра висок афинитет за хитин [88]. Идентификација и поређење Н-гликозилационих протеина великих размера у различитим фазама биолошког развоја патогене гљиве Магнапортхе оризае је показало да је идентификовано 559 места Н-гликозилације од 355 протеина; већина њих је укључена у различите процесе биолошког развоја, као што су мицелије, конидије и везивање и диференцијација ћелија [89].

4. ЛисМ блокира манипулацију одговорима имунитета између биљака и патогена

Тренутни поглед на индуцибилне одбрамбене одговоре у интеракцијама биљке и патогена добро је ухваћен у такозваном цик-цак моделу. У овом моделу, прву индуковану одбрану активирају ПРР, а ПРР су рецептори ћелијске површине који препознају МАМП [90]. Овај одбрамбени одговор укључује јачање локалног ћелијског зида, производњу реактивних врста кисеоника и производњу и ослобађање антимикробних једињења, која заједно спречавају већину микробних инвазија [1,3,7,90]. Када патогени успешно превазиђу одбрану домаћина коришћењем излучених ефектора, успоставља се осетљивост изазвана ефекторима, што је кључни елемент цик-цак модела [1]. ЛисМ протеини, важни чланови који су присутни и у биљкама и у гљивама, треба да играју важну улогу у међусобном повезивању модулације имунитета између биљака и патогена.

Током интеракције гљива-биљка, када гљиве пробију баријеру прве биљке и захвате површину домаћина, биљни ЛисМ протеини раде као ПРР да препознају хитин и индукују имунитет. Биљка користи секреторну хитиназу да хидролизује ћелијски зид гљивице и ослободити слободни олиго хитин. Након тога, одбрамбени сигнали се преносе низводном ЛисМ цитоплазматском киназом, покрећући имуни одговор биљке да сузбије пролиферацију гљивица. Супротно томе, гљиве луче ЛисМ протеине за сузбијање имунитета изазваног хитином. Микробни ЛисМ протеини штите ћелијски зид гљивице од хидролизе тако што се везују за најудаљенију површину или се такмиче са биљним ЛисМ рецепторима да вежу фрагменте хитина и на крају превазилазе имунитет биљака како би олакшали гљивичну инфекцију.

Дакле, ЛисМ протеини међусобно повезују манипулацију имунитетом између биљака и патогена. Ово је добро показано код Вертициллиум спп. У памуку, неколико ЛисМ протеина има известан ефекат на отпорност памука на вертицилијумско увенуће, укључујући Гх-ЛИК1, Гх-ЛИК2 и ГхЛИК5 [58], кроз своју способност везивања хитина. Код В. дахлиае, ефекат ЛисМ од Вд2 доприноси вируленцији патогена и везује хитин да би потиснуо имунске одговоре изазване хитином, чиме се штите хифе гљива од хидролизе хидролитичких ензима биљке [91]. Патогени не само да користе ЛисМ ефекторе да блокирају имунитет биљака интеракцијом са хитин полимером да би заштитили мицелијум, пошто Вертициллиум алфалфа такође лучи протеин који везује хитин (ВнаЦхтБП) који садржи мотив за везивање угљених хидрата 18 (ЦБМ18). хитин полимер [92]. Поред тога, недавна студија о В. дахлиае открила је да делеција гена полисахарид деацетилазе (ВдПДА1) озбиљно утиче на патогеност В. дахлиае [93]. ВдПДА1 има јаку хитин олигомер деацетилазну активност на растворљивим хитин олигосахаридима у алкалном окружењу. Даља истраживања су открила да деацетиловани хитин олигосахариди ометају препознавање ЛисМ рецептора, што доводи до блокирања преноса имуних сигнала који се односе на хитин у интрацелуларном, што потискује имуни одговор домаћина током В. интеракција дахлиае [93]. Због тога, патогене гљиве могу блокирати хитин сигнализацију (1) излучивањем ефектора екстрацелуларног тела са високим афинитетом за хитин олигомере, (2) секрецијом ефектора који се такмиче са хитином да се вежу са биљним ЛисМ рецептор киназама, (3) деацетилацијом хитина како би се избегао имуни одговор

5. Закључци и перспективе за будуће студије

Коеволуциона трка у наоружању између гљива и биљака резултира одбрамбеним одговором биљака на гљивични хитин путем манипулације имунитетом између биљака и патогена. Успешне гљиве су развиле ЛисМ ефекторске протеине који ометају имуне одговоре биљака посредоване ЛисМ који на крају доводе до осетљивости биљака. Заузврат, биљке су развиле ЛисМ рецепторе да стимулишу одбрамбене одговоре. Када гљиве еволуирају да производе нове ЛисМ ефекторе или ометају имунитет домаћина на друге начине, верује се да ће биљке такође реаговати новим ЛисМ рецепторима како би одржале имунитет биљака.

Далеко од разумевања ЛисМ протеина у биљкама и гљивама, приоритетна питања за покретање истраживања у блиској будућности укључују следеће: (1) тренутно разумевање гљивичних ЛисМ ефектора и њихових инхибиторних механизама у сигнализацији биљног хитина треба даље напредовање, укључујући нове улога других гљивичних ефектора укључених у међусобно повезивање модулације имунитета од стране домаћина и патогена, или откривање непознатих биљних ЛисМ рецептора, итд.; (2) идентификација различитих/заједничких карактеристика ЛисМ протеина биљака и гљива и њихових еволуционих односа (ово би олакшало разумевање коеволуције како ЛисМ међусобно повезује манипулацију имунитета између биљака и патогена); (3) осим функције манипулације имунитетом током интеракција биљка-гљива, које су друге функције ЛисМ протеина, посебно у гљивама (поред чланова укључених у манипулацију имунитетом, биолошке функције неких других чланова ЛисМ протеина су и даље нејасно); и (4) гљивични ЛисМ протеини делују као ефектори који штите ћелијски зид од хидролизе биљним хитиназама и манипулишу имунитетом током интеракције биљке и гљиве. Међутим, улога ЛисМ протеина у АМ симбиози такође треба даље истраживање како би се олакшала употреба корисних микроба за здравље биљака и како би се постигла одржива сигурност хране.

Доприноси аутора:

Кс.-ИИ и Кс.-ФД су осмислили тему рада. С.-ПХ је написао оригинални нацрт. Ј.-ЈЛ, Ј.-ПЛ и ВЈ учествовали су у припреми и рецензији рукописа. НД и Ј.-ИЦ су пружили помоћ при монтажи. Сви аутори су прочитали и сложили се са објављеном верзијом рукописа.

Финансирање:

Овај рад је подржан грантовима из Националног кључног програма за истраживање и развој Кине (2018ИФЕ0112500), Програма за елиту за младе (Кинеска академија пољопривредних наука, ЦААС) за Ј.-ИЦ, грант програма за пољопривредну науку и технологију за иновације за Кс. -ФД, и грант Националне фондације за природне науке Кине (32001845) за ВЈ

Изјава институционалног одбора за ревизију:

Није применљиво.

Изјава о информисаној сагласности:

Није применљиво.

Изјава о доступности података:

Није применљиво.

Признања:

Унапред се извињавамо свим истражитељима чије истраживање није могло бити адекватно цитирано због ограничења простора. Посебно се захваљујемо Кришни В. Суббараоу (Универзитет Калифорније, Дејвис) на њиховим корисним сугестијама.

Сукоби интереса:

Аутори изјављују да нема сукоба интереса.

Референце

1. Зипфел, Ц. Биљни рецептори за препознавање узорака. Трендс Иммунол. 2014, 35, 345–351. [ЦроссРеф]

2. Нурнбергер, Т.; Кеммерлинг, Б. Рецептор протеин киназе – рецептори за препознавање узорака у имунитету биљака. Трендс Плант Сци. 2006, 11, 519–522. [ЦроссРеф]

3. Лу, И.; Тсуда, К. Интимна повезаност ПРР- и НЛР-посредоване сигнализације у имунитету биљака. Мол. Интеракција биљних микроба. 2021, 34, 3–14. [ЦроссРеф]

4. Ли, Б.; Лу, Д.; Схан, Л. Убиквитинација рецептора за препознавање образаца у урођеном имунитету биљака. Мол. Плант Патхол. 2014, 15, 737–746. [ЦроссРеф]

5. Цхисхолм, СТ; Цоакер, Г.; Даи, Б.; Стаскавицз, БЈ Интеракције домаћин-микроб: Обликовање еволуције имунолошког одговора биљке. Целл 2006, 124, 803–814. [ЦроссРеф] [ПубМед]

6. Иу, Кс.; Фенг, Б.; Хе, П.; Схан, Л. Од хаоса до хармоније: Реакције и сигнализација на микробно препознавање образаца. Анну. Рев. Пхитопатхол. 2017, 55, 109–137. [ЦроссРеф] [ПубМед]

7. Невман, МА; Сунделин, Т.; Ниелсен, ЈТ; Ербс, Г. МАМП (молекуларни образац повезан са микробом) је покренуо имунитет у биљкама. Фронт. Плант Сци. 2013, 4, 139. [ЦроссРеф] [ПубМед]

8. Цуи, Х.; Тсуда, К.; Паркер, Ј. Имунитет изазван ефекторима: од перцепције патогена до снажне одбране. Анну. Рев. Плант Биол. 2015, 66, 487–511. [ЦроссРеф]

9. Дубеи, М.; Велез, Х.; Броберг, М.; Јенсен, ДФ; Карлссон, М. Цлоностацхис росеа ЛисМ протеини регулишу развој гљивица и доприносе заштити хифа и особинама биоконтроле. Фронт. Мицробиол. 2020, 11, 679. [ЦроссРеф] [ПубМед]

10. Буист, Г.; Стеен, А.; Кок, Ј.; Куиперс, ОП ЛисМ, широко распрострањени протеински мотив за везивање за (пептидне) гликане. Мол. Мицробиол. 2008, 68, 838–847. [ЦроссРеф]

11. Дворкин, Ј. Детекција гљивичних и бактеријских угљених хидрата: Да ли сличне структуре хитина и пептидогликана играју улогу у имунолошкој дисфункцији? ПЛоС Патог. 2018, 14, е1007271. [ЦроссРеф] [ПубМед]

12. Ои, В.; Вуонг, Т.; Харди, Р.; Реидлер, Ј.; Дангле, Ј.; Херзенберг, Л.; Стриер, Л. Нуклеотидна секвенца Бациллус пхаге пхи 29 гена 14 и 15: Хомологија гена 15 са другим лизозимима фага. Нуклеинске киселине Рес. 1986, 14, 10001–10008.

13. Де Вит, ПЈ; Мехраби, Р.; Ван ден Бург, ХА; Стергиопулос, И. Гљивични ефекторски протеини: прошлост, садашњост и будућност. Мол. Плант Патхол. 2009, 10, 735–747. [ЦроссРеф] [ПубМед]

14. Зханг, КСЦ; Цаннон, СБ; Стацеи, Г. Еволуциона геномика ЛисМ гена у копненим биљкама. БМЦ Евол. Биол. 2009, 9, 183. [ЦроссРеф]

15. Зханг, КСЦ; Цаннон, СБ; Стацеи, Г. Молекуларна еволуција рецепторских киназа типа лизина у биљкама. Плант Пхисиол. 2007, 144, 623–636. [ЦроссРеф]

16. Мииа, А.; Алберт, П.; Схиниа, Т.; Десаки, И.; Ицхимура, К.; Схирасу, К.; Нарусака, И.; Каваками, Н.; Каку, Х.; Схибуиа, Н. ЦЕРК1, ЛисМ рецептор киназа, је од суштинског значаја за хитин елицитор сигнализацију код Арабидопсис. Проц. Натл. Акад. Сци. САД 2007, 104, 19613–19618. [ЦроссРеф]

17. Схимизу, Т.; Накано, Т.; Такамизава, Д.; Десаки, И.; Исхии-Минами, Н.; Нисхизава, И.; Минами, Е.; Окада, К.; Иамане, Х.; Каку, Х.; ет ал. Два молекула ЛисМ рецептора, ЦЕБиП и ОсЦЕРК1, кооперативно регулишу сигнализацију хитин елицитора у пиринчу. Плант Ј. 2010, 64, 204–214. [ЦроссРеф]

18. Ван, Ј.; Зханг, КСЦ; Нееце, Д.; Рамонелл, КМ; Цлоугх, С.; Ким, СИ; Стацеи, МГ; Стацеи, Г. Киназа слична ЛисМ рецептору игра кључну улогу у сигнализацији хитина и отпорности на гљивице код Арабидопсис. Плант Целл 2008, 20, 471–481. [ЦроссРеф]

19. Иизаса, Е.; Митсутоми, М.; Нагано, И. Директно везивање киназе сличне ЛисМ рецептору, ЛисМ РЛК1/ЦЕРК1, за хитин ин витро. Ј. Биол. Цхем. 2010, 285, 2996–3004. [ЦроссРеф] [ПубМед]

20. Бротман, И.; Ландау, У.; Пнини, С.; Лисец, Ј.; Балазадех, С.; Муеллер-Роебер, Б.; Зилберстеин, А.; Виллмитзер, Л.; Цхет, И.; Витербо, А. ЛисМ рецептор слична киназа ЛисМ РЛК1 је потребна за активирање одговора одбране и абиотског стреса изазваног прекомерном експресијом гљивичних хитиназа у биљкама Арабидопсис. Мол. Плант 2012, 5, 1113–1124. [ЦроссРеф]

21. Цхен, Л.; Хамада, С.; Фујивара, М.; Зху, Т.; Тхао, НП; Вонг, ХЛ; Крисхна, П.; Уеда, Т.; Кавасаки, Т.; Схимамото, К. Комплекс Хоп/Сти1-Хсп90 пратиоца олакшава сазревање и транспорт ПАМП рецептора у урођеном имунитету пиринча. Целл Хост Мицробе 2010, 7, 185–196. [ЦроссРеф] [ПубМед]

22. Акаматсу, А.; Вонг, ХЛ; Фујивара, М.; Окуда, Ј.; Нишида, К.; Уно, К.; Имаи, К.; Умемура, К.; Кавано, И.; Шимамото, К. ОсЦЕБиП/ОсЦЕРК1-ОсРацГЕФ1-ОсРац1 модул је суштинска рана компонента имунитета на пиринач изазван хитином. Целл Хост Мицробе 2013, 13, 465–476. [ЦроссРеф]

23. Схиниа, Т.; Иамагуцхи, К.; Десаки, И.; Иамада, К.; Нарисава, Т.; Кобаиасхи, И.; Маеда, К.; Сузуки, М.; Танимото, Т.; Такеда, Ј. Селективна регулација одбрамбеног одговора изазваног хитином помоћу цитоплазматске киназе ПБЛ27 сличне Арабидопсис рецептору. Плант Ј. 2014, 79, 56–66. [ЦроссРеф] [ПубМед]

24. Иамагуцхи, К.; Иамада, К.; Исхикава, К.; Иосхимура, С.; Хаиасхи, Н.; Уцхихасхи, К.; Исхихама, Н.; Кисхи-Кабосхи, М.; Такахасхи, А.; Тсуге, С. Цитоплазматска киназа слична рецептору, циљана ефектором биљног патогена, директно фосфорилише хитин рецептор и посредује у имунитету пиринча. Целл Хост Мицробе 2013, 13, 347–357. [ЦроссРеф]

For more information:1950477648nn@gmail.com