Systemin je dobro poznati biljni peptidni hormon koji igra ključnu ulogu u pokretanju obrambenih reakcija u biljaka. Kao dobavljač Systemina, svjedočio sam rastućem interesu za razumijevanjem mehanizama koji stoje iza Systemina - induciranih obrambenih odgovora. U ovom blogu istražit ću ključne mehanizme koji upravljaju tim odgovorima, ističući značaj Systemina u zaštiti bilja.
Otkriće sustava i opća funkcija
Systemin je prvi put otkriven u biljkama rajčice. To je mali peptid od 18 aminokiselina koji se oslobađa kao odgovor na ranjavanje, obično uzrokovano napadima biljojeda ili mehaničkim oštećenjima. Nakon što se oslobodi, Systemin djeluje kao signalna molekula, pokrećući kaskadu događaja koji dovode do aktivacije različitih obrambenih mehanizama u biljci.
Vezanje receptora i inicijacija signala
Prvi korak u obrambenim odgovorima izazvanim Systeminom je vezanje Systemina na njegov specifični receptor na membrani biljne stanice. Receptor za Systemin u biljkama rajčice identificiran je kao kinaza poput kinaze bogate leucinom (LRR - RLK) nazvana SR160. Kada se Systemin veže na SR160, aktivira aktivnost kinaze receptora. Ovaj događaj fosforilacije pokreće lančanu reakciju unutar stanice, slično kao što ključ pokreće složeni stroj.
Aktivirani receptor zatim regrutira i fosforilira nizvodne signalne molekule. Te su molekule često uključene u kaskadu MAPK (mitogen - aktivirana protein kinaza). MAPK kaskada je visoko očuvan signalni put u biljkama i životinjama. U kontekstu Systemin signalizacije, aktivacija MAPK dovodi do fosforilacije transkripcijskih faktora. Ovi faktori transkripcije su proteini koji se mogu vezati na specifične sekvence DNK i regulirati ekspresiju gena.
Aktivacija putanje jasmonske kiseline
Jedan od najvažnijih nizvodnih učinaka Systemin signalizacije je aktivacija puta jasmonske kiseline (JA). JA je dobro poznati biljni hormon uključen u razne reakcije na stres, uključujući obranu od biljojeda.
Kada Systemin aktivira MAPK kaskadu, to u konačnici dovodi do sinteze JA. Sinteza JA počinje otpuštanjem linolenske kiseline iz stanične membrane. Linolenska kiselina se zatim pretvara u 12-okso-fitodiensku kiselinu (OPDA) kroz niz enzimskih reakcija. OPDA se zatim prenosi u peroksisom, gdje se dalje pretvara u JA.
Nakon što se JA sintetizira, veže se na svoj receptor, COI1 (koronatin - neosjetljiv 1). Kompleks JA - COI1 zatim cilja na specifične represorske proteine za razgradnju. Ovi represorski proteini normalno inhibiraju aktivnost transkripcijskih faktora uključenih u ekspresiju obrambenih gena. S degradacijom represora, faktori transkripcije mogu se slobodno vezati na promotorske regije obrambenih gena i pokrenuti njihovu transkripciju.
Ekspresija obrambenih gena
Aktivacija JA puta dovodi do regulacije velikog broja obrambenih gena. Ovi geni kodiraju niz proteina s različitim funkcijama u obrani biljaka.
Neki od gena kodiraju inhibitore proteaze. Inhibitori proteaze su proteini koji mogu inhibirati aktivnost proteaza u crijevima biljojeda. Kada se biljojedi hrane biljkama koje eksprimiraju inhibitore proteaze, njihova probava je poremećena, jer su proteaze bitne za razgradnju proteina u hrani. To smanjuje hranjivu vrijednost biljke za biljojeda i u konačnici može dovesti do smanjenog rasta i preživljavanja biljojeda.
Ostali geni povezani s obranom kodiraju proteine uključene u sintezu sekundarnih metabolita. Sekundarni metaboliti kao što su alkaloidi, fenoli i terpenoidi imaju različite funkcije u obrani biljaka. Na primjer, neki alkaloidi mogu biti otrovni za biljojede, dok fenoli mogu djelovati kao antioksidansi i također imati antimikrobna svojstva.
Sustavno signaliziranje
Jedna od izvanrednih značajki obrambenih odgovora izazvanih Systeminom je njegova sposobnost pokretanja sistemskih odgovora. Kada je dio biljke oštećen, Systemin ne samo da aktivira obrambene reakcije u oštećenom tkivu već iu drugim dijelovima biljke koji nisu izravno pogođeni.
Smatra se da sistemska signalizacija uključuje kretanje samog Systemina ili drugih signalnih molekula kroz floem. Jednom kada Systemin ili njegovi nizvodni signali dođu do udaljenih dijelova biljke, pokreću istu obrambenu - signalnu kaskadu kao u oštećenom tkivu. To omogućuje biljci da pripremi cijelo tijelo za potencijalne napade biljojeda, čak i ako je samo mali dio biljke inicijalno oštećen.
Usporedba s drugim peptidnim signalnim sustavima
U svijetu signalizacije biljnih peptida, Systemin nije jedini igrač. Postoje i drugi peptidi, kao nprAnnorphin A (1 - 9),Galanin Message Associated Peptide (44 - 59) Amide, i6×Njegov peptid, koji također igraju važnu ulogu u raznim fiziološkim procesima.
Dok ovi peptidi imaju različite funkcije i signalne mehanizme u usporedbi sa Systeminom, svi oni dijele zajedničku značajku male, bioaktivne molekule koje mogu pokrenuti specifične reakcije u biljkama ili drugim organizmima. Na primjer, Dynorphin A (1 - 9) proučavan je u kontekstu modulacije boli kod životinja, ali njegova je potencijalna uloga u biljkama ili drugim neživotinjskim sustavima još uvijek područje istraživanja.
Implikacije za poljoprivredu
Razumijevanje mehanizama obrambenih odgovora izazvanih Systeminom ima značajne implikacije za poljoprivredu. Poboljšanjem signalnog puta Systemin potencijalno možemo poboljšati prirodne obrambene sposobnosti usjeva protiv biljojeda i štetočina. To može smanjiti ovisnost o kemijskim pesticidima, koji imaju negativan utjecaj na okoliš.
Na primjer, tehnike genetskog inženjeringa mogu se koristiti za prekomjernu ekspresiju Systemina ili njegovog receptora u usjevima. To bi dovelo do snažnijeg aktiviranja obrambeno-signalne kaskade i bolje zaštite od napada biljojeda. Osim toga, znanje o signalizaciji Systemina može se koristiti u razvoju novih biopesticida koji oponašaju djelovanje Systemina ili pojačavaju njegovu aktivnost.
Zaključak
Zaključno, obrambeni odgovori izazvani Systeminom složeni su i visoko regulirani proces. Od početnog vezanja Systemina na njegov receptor, preko aktivacije MAPK kaskade i JA puta, do ekspresije obrambenih gena i sistemske signalizacije, svaki korak je ključan za sposobnost biljke da se obrani od biljojeda.
Kao dobavljač Systemina, uzbuđen sam zbog potencijalne primjene Systemina u poljoprivredi i istraživanju biljaka. Ako ste zainteresirani saznati više o Systeminu ili razmišljate o kupnji Systemina za svoja istraživanja ili poljoprivredne potrebe, potičem vas da posegnete za raspravom o nabavi. Razumijevanje mehanizama Systeminom induciranih obrambenih odgovora nije samo fascinantno iz znanstvene perspektive, već također ima veliko obećanje za održiviji i ekološki prihvatljiviji pristup zaštiti bilja.
Reference
- Pearce, G., Strydom, D., Johnson, S. i Ryan, CA (1991.). Polipeptid iz lišća rajčice inducira sintezu inhibitora proteinaze izazvanu ranom. Znanost, 253(5024), 895 - 898.
- Ryan, CA i Pearce, G. (2003). Systemin: polipeptidni signal za obrambene reakcije biljaka. Annual Review of Plant Biology, 54, 111 - 136.
- Wasternack, C. i Hause, B. (2013). Jasmonati: biosinteza, percepcija, prijenos signala i djelovanje u odgovoru biljaka na stres, rastu i razvoju. Ažuriranje pregleda iz 2007. u Annals of Botany. Annals of Botany, 111 (1), 1021 - 1058.