Повећање имунитета бори се против болести усева | природа

Повећање имунитета бори се против болести усева | природа

Anonim

Субјекти

  • Пољопривреда
  • Имунологија
  • Научне биљке

Биљке прецизно изражавају неке имунолошке регулаторе контролом превођења мессенгер РНА у протеин. Овај увид омогућио је да се рижа отпорна на болести направи без угрожене продуктивности. Погледајте Писма стр.487 и стр.491

Рижа ( Ориза сатива ) је основна храна за више од половине светске људске популације 1 . Међутим, берба пиринча може бити угрожена болестима као што су бактеријска флека, проузрокована Ксантхомонас оризае , и пиринчањем експлозије, изазваном гљивом Магнапортхе оризае , при чему је потоњи одговоран за губитак око 30% годишње глобалне производње риже2 . Један од начина за решавање овог проблема је покушај јачања имунолошког система пиринча како би се смањила његова осетљивост на патогене. У два рада на страницама 487 и 491, Ксу и др . откривају како биљке регулишу ген за јачање имунитета 3 и како су, користећи ово знање, аутори успешно направили разне врсте пиринча 4 који могу пружити бољу сигурност хране од садашњих сорти.

Биљке имају урођени имуни систем који може препознати 'не-само' молекуле познате као молекулски узорци повезани са микробама (МАМП). Овај процес препознавања резултира активирањем протеина имуно-регулатора и доводи до ћелијског репрограмирања које производи антимикробне одговоре. Да ли се имуно-регулаторни гени могу користити за јачање имунитета биљке? Доказало се изазовним инжењерингом биљке која има ојачани имуни одговор без стварања других, нежељених ефеката. Кључни разлог за то је што је одбрана скупа. Имуни гени конструирани да се константно изражавају обично ограничавају кондицију негативно утичући на раст и репродукцију биљака 5 . Стога, боље разумијевање регулације имуног одговора може омогућити већи успјех у инжењерингу имунолошких регулатора у усјевима.

Имунолошки повезани гени су високо регулисани механизмима, укључујући епигенетске промене које утичу на ДНК-протеински комплекс назван хроматин 6 и транскрипциону регулацију експресије гена 7, 8 . Претходни извештаји наговештавају могућност селективног промета 7 мессенгер РНА, или транслационе контроле 9 синтезе имунолошки повезаних протеина из мРНА. Раније студије биљке тиса крес Арабидопсис тхалиана откриле су да протеин протеина фактора ТБФ1, имунолошки регулатор, није под контролом транскрипције већ и транслацијском контролом посредованом од 5 'регије на почетку секвенце мРНА 10 . Откривање МАМП званог елф18 (пептид из фактора продужења бактеријског протеина бактеријског протеина Ту) укида ову транслациону контролу, што доводи до повећане синтезе ТБФ1 и појачаног имунитета 10 .

Ксу и колеге пружају увид у то како карактеристике 5 'региона ТБФ1 мРНА посредују у њеној транслационој контроли. У овом региону постоје два претходно идентификована 10 кратких отворених оквира за читање узводно (уОРФс), секвенце које кодирају кратке пептиде и претходе почетку отвореног оквира за читање (ОРФ) који кодира ТБФ1. Аутори су идентификовали још једну карактеристику која је занимљива за овај 5 'регион - кратак нуклеотидни низ богат аденином који се налази непосредно пре два уОРФ-а (Сл. 1). Аденин је нуклеотид познат као пурин, а пошто су пурини често означени словом 'Р', аутори су ову секвенцу назвали Р-мотивом. Открили су да, у недостатку изазивача патогена, уОРФ-ови снажно инхибирају способност машина за синтезу рибосома протеина да транспортује ОРФ-кодирајући ОРБ који се налази низводно у мРНА. Р-мотив додаје овој транслационој контроли. Када су биљке третиране елф18, аутори су открили да је та репресија синтезе ТБФ1 брзо и пролазно преокренута.

Image

Ксу ет ал . 3, 4 су истраживали како се може побољшати имунолошки систем пиринча ( Ориза сатива ). а, Ранији рад 5 указивао је да стална експресија протеина имуног регулатора успорава раст биљака. Ксу и колеге су направили рижу да садржи верзију гена имуно регулатора Арабидопсис тхалиана НПР1 под контролом 35С промоторског низа за покретање експресије мессенгер РНА која садржи 5 'лидер регион и секвенцу која кодира НПР1 (црвена). Биљке су имале конститутивну транскрипцију НПР1 и конститутивни превод протеина помоћу машина за синтезу протеина рибосома. Ове биљке су успоравале раст у присуству или одсуству патогена. б, Аутори су направили верзију НПР1 под контролом 'ТБФ1 касете' која је садржавала промотор А. тхалиана ТБФ1 и 5 'вођу, која је укључивала Р-мотив који веже протеин ПАБ и два отворена оквира за читање узводно ( уОРФ1 и уОРФ2) који оба кодирају кратке пептиде. Ова сорта пиринча није била одсутна. На основу истраживања А. тхалиана , сматра се да, у недостатку патогена, рибосоми углавном везују уОРФ секвенце, а синтеза протеина имуно-регулатора је ограничена. Постоји велика синтеза НПР1 у присуству патогена. Могуће је да је фосфорилација (П) ПАБ регулисана перцепцијом патогена и да може имати улогу у овом транслацијском прелазу који зависи од патогена.

Слика пуне величине

У еукариотским ћелијама (оне које садрже органеле везане за мембрану, као што је језгро), мРНА уОРФ-ови се често повезују са модулираном транслацијом низводног ОРФ-а као одговор на промене одређених ћелијских метаболита 11, при чему пептид-кодиран рибосомом и уОРФ-ом делује као интрацелуларни сензор метаболита. Ова транслациона контрола може се посредовати одлагањем рибосома на уОРФ из разлога повезаних са обиљем специфичног метаболита. Предложено је да уОРФ-ови ТБФ1 мРНА контролирају синтезу ТБФ1 као одговор на пад аминокиселине фенилаланин 10 . Оба уОРФ-а кодирају пептиде који садрже више фенилаланина.

Ксу ет ал . користио биохемијске тестове да истражи улогу Р-мотива ТБФ1 мРНА и утврдио је да он веже чланове породице протеина који вежу полиаденилате (ПАБ). Мутацијске анализе откриле су да присуство Р-мотива смањује транслацију низводног ОРФ-а и чини се да ПАБ доприноси овом ефекту пригушивања. Можда опуштање ове транслационе контроле укључује пролазну фосфорилацију ПАБ, што појачава њену интеракцију са факторима везаним за 5 'регију мРНА који промовишу иницијацију превођења 11 .

Биљке модулирају пријевод да би прецизно прилагодио одговоре на бројне вањске подражаје 11 . Ксу ет ал . користио је приступ који се зове отисак рибосома за прецизно мапирање положаја појединих рибосома на мРНА која се преводи. Ово је открило да је, као одговор на лечење елф18, више од 550 транскрипта показало брзе и изражене промене у броју рибосома по мРНА. Чини се да ове опажене промене у преводу нису повезане са променама у обиљу мРНА, што сугерише да је експресија многих мРНА под транслацијском контролом, на шта утиче присуство елф18. Многе од тих мРНА садржавале су регион богат Р-ом у њиховој 5 'лидер секвенци. Потребна је даља истрага да бисмо схватили улогу Р-мотива и ПАБ у транслацијској регулацији елф18 посредованој у биљним ћелијама.

Аутори су тестирали да ли би напредак који су постигли у разумевању регулације ТБФ1 могао да се користи како би се омогућила брза и пролазна активација одбрамбеног одговора на патогену инфекцију пиринча. Користили су 'ТБФ1 касету' која садржи промоторску секвенцу која покреће ТБФ1 експресију и 5 'водећу регију која се налази пре почетка ОРФ кодирања ТБФ1 . Ова касета је била ефикасна у регулисању протеина НПР1 имуног регулатора А. тхалиана у рижи дизајнираној.

Раније је примећено 5 да висока и неконтролисана експресија НПР1 даје отпорност на различите патогене, али праћена је непожељним трошковима фитнеса, ограничавајући потенцијал овог приступа у пољопривредном окружењу. Када су Ксу и колеге дизајнирали рижу да константно изражава НПР1, пиринач је био успораван у присуству или одсуству патогена. Међутим, када су аутори контролисали НПР1 експресију касетом ТБФ1, то је резултирало налетом акумулације НПР1 након инфекције Кс. оризае , појачавајући отпорност на бактеријски захват без наношења казне за производњу рижиног зрна. Потребна су додатна испитивања у различитим пољским условима да би се утврдило да ли овај начин повећања урођеног имунитета може резултирати стабилном производњом риже под притиском низа патогена.

Ове студије наглашавају вредност употребе природних регулаторних елемената који пружају више нивоа контроле како би се осигурало да инжењерски гени функционишу тачно како, када и где треба. Строга контрола гена посебно је важна за главне регулаторе реакција на стрес који често доприносе трошковима фитнеса када су изражени широм света. Интеграција транслационо-контролних елемената који ублажавају реакције на основу нивоа ћелијских метаболита или примењених малих молекула могу се комбиновати са ћелијском регулацијом да би се ефективније изразили гени отпорни на стрес, чиме би се повећали приноси усева како би се нахранио растућа светска популација.

Напомене

  1. 1.

    Погледајте све вести и приказе

Сродне везе

Сродне везе у истраживању природе

  • Сигурност хране: Сурадња вредна зрна у тежини
  • Научна биљка: Усјеви на брзом путу због светлости

Коментари

Подношењем коментара пристајете да се придржавате наших Услова и Смерница заједнице. Ако нађете нешто злоупотребно или то није у складу са нашим условима или смерницама, означите то као непримерено.