Các phytohormone ethylene là loại chất cảm ứng trong nhiều chức năng sinh lý của đời sống thực vật, bao gồm cả các cơ chế khác nhau mà cây trồng phản ứng với sự tấn công của tác nhân gây bệnh (ký sinh). Ethylene được sinh ra tự nhiên trong cây và sau đó được sử dụng làm chất truyền tín hiệu nội bào thông qua một con đường cảm ứng đặc trưng. Điều này dẫn đến một loạt các yếu tố vận chuyển gồm điều hòa EIN3like sơ cấp và các yếu tố vận chuyển ERF cuối cùng. Việc kiểm soát sau đó là sự biểu hiện của gen tổng hợp chất hiệu ứng khác nhau liên quan đến các giai đoạn khác nhau của hệ thống phòng thủ gây ra. Hơn nữa, ở cấp độ này có ý nghĩa tương tác thuận nghịch xảy ra với con đường phản ứng bảo vệ khác được kiểm soát bởi axit salicylic và jasmonate, cuối cùng dẫn đến một phản ứng bệnh khác biệt.
Trang 1VAI TRÒ CỦA ETHYLENE TRONG TƯƠNG TÁC VẬT CHỦ - TÁC NHÂN GÂY BỆNH
Willem F Broekaert,1,2 Stijn L Delaure,´ 1 Miguel F.C De Bolle,1 and Bruno P.A Cammue
Các phytohormone ethylene là loại chất cảm ứng trong nhiều chức năng sinh lý của đời sống thực vật, bao gồm cả các cơ chế khác nhau mà cây trồng phản ứng với sự tấn công của tác nhân gây bệnh (ký sinh) Ethylene được sinh ra tự nhiên trong cây và sau đó được sử dụng làm chất truyền tín hiệu nội bào thông qua một con đường cảm ứng đặc trưng Điều này dẫn đến một loạt các yếu tố vận chuyển gồm điều hòa EIN3-like sơ cấp và các yếu tố vận chuyển ERF cuối cùng Việc kiểm soát sau đó là sự biểu hiện của gen tổng hợp chất hiệu ứng khác nhau liên quan đến các giai đoạn khác nhau của hệ thống phòng thủ gây ra Hơn nữa, ở cấp độ này có ý nghĩa tương tác thuận nghịch xảy ra với con đường phản ứng bảo vệ khác được kiểm soát bởi axit salicylic và jasmonate, cuối cùng dẫn đến một phản ứng bệnh khác biệt
Giới thiệu
Để tiếp tục tồn tại trước các mối đe dọa của các vi sinh vật gây bệnh khác nhau trong vùng lân cận của chúng, các nhà máy đã phát triển sự nhận biết của cơ chế bảo vệ Chúng bao gồm các rào cản vật lý và tổng hợp của các thành phần kháng khuẩn, trong cả sự hình thành trước và cách phản ứng Cơ chế cảm ứng liên quan đến việc cảm ứng cụ thể của sự tấn công tác nhân gây bệnh và sau đó xây dựng lên các phản ứng phòng vệ thích hợp Trong số các bước đầu của phản ứng phòng thủ gây ra là thế hệ của các loại phản ứng oxy (như O2 và H2O2) và oxit nitric Tùy thuộc vào mức độ của các phản ứng, các loại phản ứng oxy có thể dẫn đến một phản ứng nhạy cảm (HR) đặc trưng bởi một cái chết được lập trình nhanh chóng của tế bào vật chủ Mặc dù phản ứng siêu nhạy thường có hiệu quả trong ngăn chặn sự gia tăng xâm nhập bởi các mầm bệnh thuộc nhóm sinh dưỡng, mà cần tế bào vật chủ sống để cung cấp dinh dưỡng, nó thường không ảnh hưởng, hoặc thậm chí thúc đẩy, nhiễm bởi nhóm hoại dưỡng Nhiều phản ứng hạ lưu gây ra dựa trên một mạng lưới giao tiếp tín hiệu đường chéo trong đó salicylic (SA), jasmonic acid (JA), và ethylene (ET) là những chất trung gian chủ yếu Các nghiên cứu khác chỉ ra rằng JA- và ET- thường xuyên hoạt động hỗ trợ nhau để tạo ra các gen tổng hợp chất hiệu ứng của phản ứng phòng thủ gây ra
Trong bài này, chúng tôi tập trung vào vai trò có thể xảy ra ET trong sự tác động của cây trồng với các mầm bệnh vi sinh vật Mặc dù ET là tham gia vào các khía cạnh khác nhau của đời sống thực vật, một phần quan trọng của ET-con đường dường như được bảo tồn trong tất cả các phản ứng ET qua trung gian Nhiều tạp chí danh tiếng đã được công bố về sinh tổng hợp nói chung của ET và các sự kiện truyền tín hiệu cuối cũng như trên các khía cạnh chung của tín hiệu trong các phản ứng bệnh của cây trồng bao gồm các cơ chế kiểm soát ET Ở đây chúng tôi nhằm mục đích để kết hợp sự hiểu biết hiện tại của cả hai sự sinh tổng hợp ET và đường truyền ET-tín hiệu và sự tham gia của ET trong các tương tác vật chủ-nhân gây bệnh Phạm vi
mở rộng này sẽ hạn chế chúng tôi tóm tắt các quy trình chung được chấp nhận và chỉ xây dựng trên những phát hiện gần đây Hơn nữa, vì các khía cạnh cơ bản của phản ứng ET qua trung gian xuất hiện bảo vệ tương đối tốt của các loài thực vật, chúng tôi tập trung chủ yếu vào cây Arabidopsis thaliana mô hình cây trồng, và tham khảo các độc giả đến một đánh giá xuất sắc gần đây của Anderson et al (6) cho phép ngoại suy các cây khác Hơn nữa, vì các khía cạnh
cơ bản của phản ứng ET qua trung gian xuất hiện tương đối tốt bảo vệ giữa các loài thực vật,
Trang 2chúng tôi tập trung chủ yếu vào mô hình cây Arabidopsis thaliana, và tham khảo đánh giá của Anderson và cộng sự để suy luận các cây khác
ETHYLENE sinh tổng hợp
Nguồn bệnh kích thích mô thực vật trong nhiều trường hợp gây nên tăng cường sản xuất
ET Đầu tiên là sự kích hoạt các gen sinh tổng hợp ET hoặc các enzym, bên cạnh một loạt các phản ứng khác của tế bào, tham gia và đảm bảo nhận biết tác nhân gây bệnh có nguồn gốc các phân tử chất kích hoạt cộng hay thay thế phân tử không độc bởi thụ thể thực vật Những phản ứng đầu đã được xem xét rộng rãi nhiều nơi và không diễn ra, hay chỉ diễn ra một thời gian ngắn, hoặc đã thảo luận ở đây Thay vào đó, chúng tôi tập trung vào các cấp độ khác nhau của kích hoạt phiên mã và sau phiên mã của các gen và các sản phẩm gen tham gia vào quá trình tổng hợp ET
Các con đường sinh tổng hợp của ET đã được làm sáng tỏ đến một mức độ rộng của công trình tiên phong của Yang và đồng nghiệp trong 1970-1980s ET được tổng hợp từ amino acid methionine, được chuyển đổi sang S-adenosyl-methionine (AdoMet) bởi các enzyme S-AdoMet synthase (ADS) AdoMet là methyl nguồn cung cấp trong cây và là tham gia vào các phản ứng methyl hóa lipid, protein, axit nucleic AdoMet được chuyển đổi bởi các enzyme ACS 5 -methylthioadenosine (MTA), được chuyển đổi trở lại methionine qua chu kỳ Yang và axit cacboxylic 1-aminocyclopropane-1- (ACC), tiền thân của ET ACC cuối cùng bị oxy hóa bởi ACC oxidase (ACO) để tạo thành ET, xyanua, và carbon dioxide Việc chuyển đổi AdoMet ACC của ACS là lần đầu tiên được quan tâm thường được coi như là bước hạn chế tỷ lệ trong ET sinh tổng hợp, và do đó đã được nghiên cứu sâu
MAPK
Sơ đồ biểu diễn quá trình sinh tổng hợp ET Quy tắc chuyển hóa tổng hợp Ethylene
Các gen thực vật ADS mã hóa đã được sao chép từ các loài thực vật khác nhau (bao gồm
cả cây Arabidopsis), và đặc tính của chúng đã cho thấy rằng chúng đang được bảo tồn trong tất
cả các sinh vật và được mã hóa bởi một gia đình gen ADS được tham gia vào nhiều con đường trao đổi chất nhiều hơn là quá trình sinh tổng hợp ET Rõ ràng, không có cảm ứng cụ thể của ADS gen khi tấn công mầm bệnh hoặc các kích thích của điều kiện bất thuận phi sinh
Trang 3học đã được công bố Như vậy, trong một phân tích về công bố công khai số liệu biểu hiện gen (sử dụng trang "Genevestigator"), chúng tôi đã không thể phát hiện bất kỳ gen cảm ứng gây bệnh rõ rệt qua trung gian hoặc ngăn cản của các gen ADS
Acos được mã hóa bởi gia đình multigene trong tất cả các loài thực vật được nghiên cứu cho đến nay Các thành viên của gia đình gen ACO là các sai khác thể hiện trong quá trình phát triển cây trồng hoặc phản ứng với cuộc tấn công tác nhân gây bệnh và điều kiện bất thuận phi sinh học kích thích như bị thương, lũ lụt, hoặc tiếp xúc với ozone Mới gần đây, Cohn & Martin cho thấy sự tham gia của các các nhân tố độc lực hoặc chủng không độc AvrPto và AvrPto từ các mầm bệnh vi khuẩn Pseudomonas syringae pv ở cà chua trong quá trình tổng hợp ET của một giống cà chua nhạy cảm Đặc biệt hơn, những protein của tác nhận gây bệnh đã tăng sự điều khiển của hai gen ACO cụ thể (LeECO 1/2), trong khi gen ACO ở cà chua khác vẫn không
bị ảnh hưởng Sàng lọc cho tất cả các gen mã hóa ACO ở Arabidopsis trong dữ liệu được công
bố cũng đã chứng minh được rằng yếu tố bất thuận trung gian phi sinh học và sinh học có gen điều hòa cho các nhóm riêng của gen ACO Ví dụ như: các gen ACO tại locus At1g62380 và At1g05010 đặc biệt xuất hiện để được tăng cường điều khiển sau khi điều trị ở cây Arabidopsis với ET và Botrytis cinerea, trong khi đó các gen ACO tại At1g12010 có xu hướng được điều chỉnh xuống sau tiêm chủng với P syringae và Alternaria brassicicola Các gen ACO mã hóa khác không bị ảnh hưởng dưới các điều kiện thí nghiệm Cùng với nhau, các mô hình biểu hiện khác biệt của các gen ACO cho thấy rằng kiểm soát phiên mã của các gen này góp phần vào việc điều tiết sản xuất ET Việc kiểm soát quá trình sản xuất ET vẫn còn, tuy nhiên, phần lớn là
do các gen ACS, như thảo luận dưới đây ACSs được mã hóa bởi gia đình multigene trong cây Phần lớn các biểu hiện ACS đã được tiến hành nghiên cứu trong cà chua, trong đó có ít nhất
10 gen ACS, và trong cây Arabidopsis thaliana có 9 gen ACS Vì vai trò chính trong sinh tổng hợp ET, các mã hóa gen quy đinh của ACS đã được nghiên cứu kỹ lưỡng Một mức độ đầu tiên của quy chế sinh tổng hợp ET xảy ra tại biểu hiện gen ACS Thực tế, nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng khác biệt giữa phiên mã của các thành viên khác nhau của gia đình gen ACS
là một yếu tố quan trọng điều tiết sản xuất ET trong phản ứng với các kích thích khác nhau Gần đây, Tsuchisaka & Theologis nghiên cứu các mô hình không gian và thời biểu hiện của các thành viên gia đình gen ACS ở Arabidopsis trong sự tăng trưởng và phát triển của cây và dưới kích thích điều kiện bất thuận phi sinh học khác nhau, và họ cho thấy mô hình cụ thể và một phần đan xen của các biểu hiện trong những các thành viên gia đình gen ACS khác nhau trong
mô cụ thể Ví dụ, vết thương của mô, hypocotyl ức chế sự biểu hiện cấu trúc của AtACS1 và AtACS5 trong mô này và gây ra các biểu hiện của AC 2, 4, 6, 7, 8, và 11 Tuy nhiên, mô hình biểu hiện của các gen ACS khác khi nhiễm mầm bệnh chưa được kiểm tra Nó sẽ được quan tâm rất lớn để tìm hiểu xem liệu các gen chính khác cho thấy mức độ biểu hiện cụ thể sau khi tiêm các mầm bệnh khác bao gồm virus, vi khuẩn và nấm sinh dưỡng và hoại dưỡng Trong một tìm kiếm sơ bộ về các mẫu biểu hiện thu được đối với tất cả 9 gen Arabidopsis mã hóa ACS, chúng tôi phát hiện các trường hợp gen lên biểu hiện mạnh mẽ khi có mầm bệnh, sự ngăn cản mầm bệnh xuất hiện, hoặc biểu hiện gen bất biến theo tác nhân gây bệnh Ví dụ, AtASC2 đặc biệt gia tăng sự điều chỉnh mạnh mẽ khi gặp khó khăn của Arabidopsis với P syringae, B cinerea, và Alternaria brassicicola, trong khi AtACS 5 và AtACS 11 có xu hướng giảm có mã hóa sau tiêm chủng với P.syringae Các gen mã hóa ACS khác xuất hiện không bị ảnh hưởng dưới các điều kiện thí nghiệm
Trang 4Mã hóa quá trình sinh tổng hợp Ethylen
Trong quá trình này, quá trình phiên mã của các thành viên gia đình gen ACS là trung tâm cho tăng cường sản xuất ET, những phát hiện gần đây cho thấy vai trò của lượng protein ACS
là điều quan trọng của sản xuất ET trong cây Các nghiên cứu trên cây Arabidopsis, đột biến quá trình sản xuất nhanh ethylene (eto) đã cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng lượng protein ACS thực sự là quy định sau phiên mã và cơ chế quy định này tạo ra sự điều chỉnh quá trình sinh tổng hợp ET Các cơ chế phân tử điều chỉnh hoạt động TACS 5 và số lượng cuối cùng đã được trình bày quá trình sao mã của gen đột biến eto1 (163) ETO1 là thành viên của một gia đình protein mới, đặc biệt với giới thực vật, có một số mô hình tương tác protein-protein khác bao gồm cả lĩnh vực BTB (Broad-complex, Tram-track, Bric-a brac) BTB protein được chứng minh liên kết CUL3 dựa trên ubiquitin ligase với protein trong chất nền Wang và cộng
sự đã chứng minh tương tác trực tiếp của ETO1 với cả AtACS5 và CUL3 bằng trong ống nghiệm xét nghiệm dài, cho thấy rằng ETO1 hoạt động như một bộ chuyển đổi protein chất nền riêng cho AtACS5 và có thể cũng tương tự cho isozyme ACS khác, do đó xác định mục tiêu các protein ACS bị suy giảm bởi proteasome 26S Hơn nữa, ETO1 ức chế hoạt động của AtACS5 hoang dại nhưng không đột biến eto2 AtACS5 trong ống nghiệm Nghiên cứu này cho thấy rằng ETO1 trực tiếp ức chế hoạt động enzym AtACS5 ngoài ảnh hưởng của nó đến sự ổn định quá trình phân giải protein qua trung gian của protein ACS5 Mặc dù ngày càng có nhiều hiểu biết vào các quy tắc của sinh tổng hợp ET thông qua sự phân giải protein của ACS, một câu hỏi quan trọng liên quan đến sự kiểm soát của cơ chế này không được trả lời đầy đủ Một cơ chế cho sự cố ACS sẽ liên quan đến việc sửa đổi các protein ACS của chính chúng trong một cách
mà chúng trở thành mục tiêu cho suy thoái của các bộ máy ubiquitin-26S-proteasome Một ví
dụ có thể xảy ra đối với một điều chỉnh đó là protein phosphoryl hóa Một số nghiên cứu trong
cà chua và cây Arabidopsis chứng minh rõ ràng rằng protein phosphoryl hóa quy định về tầng suất của các protein ACS Ví dụ, một dư lượng serine ở cuối carboxy của LeACS2 đã được tìm thấy bị phosphoryl hóa bởi một protein kinase canxi phụ thuộc (CDPK) có mặt trong chất chiết xuất từ quả cà chua bị tổn thương Nghiên cứu này, kết hợp với protein kinaza và phosphatase chất ức chế nghiên cứu cho rằng tầng suất protein ACS được quy định thông qua sự phosphoryl hóa bởi CDPK Một câu hỏi thú vị hơn là cái gì kích thích, trong đó có gặp khó khăn bởi các mầm bệnh, CDK phosphoryl hóa và do đó tầng suất protein ACS và sinh tổng hợp ET được điêù chỉnh Một nghiên cứu gần đây ở Arabidopsis cho thấy một số protein ACS là chất nền cho protein kinase (MAPK) phosphoryl hóa mitogen-kích hoạt và rằng sự phosphoryl hóa này quy định sự ổn định của chúng Đặc biệt, kích hoạt của quá trình truyền MAPK liên quan đến MPK6 dẫn đến ổn định trong cơ thể của AtACS 6 protein và phosphoryl hóa invitro của ba
dư lượng serine bảo tồn của cả AtACS2 và AtACS 6 isozyme AtACS 4, -5, -8, và -9 làm không
có những dư lượng serine được bảo tồn Hơn nữa, AtACS5 không được phosphoryl hóa bởi MPK6 trong ống nghiệm Những phát hiện này cho thấy rằng phosphoryl hóa MPK6 ức chế sự xuống cấp của protein AtACS2 và AtACS 6 và cả hai enzym được ổn định để phản ứng với tác nhân gây bệnh và căng thẳng khác thông qua phosphoryl hóa trực tiếp bằng MPK6 Nhiều nghiên cứu trước đây đã chứng minh vai trò của các tầng MAPK trong tín hiệu bảo vệ và miễn dịch thực vật Theo kết luận, ít nhất hai đường tín hiệu song song, hoặc là một MPK6 hoặc một CDPK xuất hiện để đóng một vai trò trong việc điều biến chức năng của ACS và quy định của sinh tổng hợp ET Trong cả hai trường hợp, phosphoryl hóa có thể ngăn chặn sự tương tác với các ETO1-CUL3 cố ligase ubiquitin và 26S-proteasome hướng của các protein ACS Tuy nhiên,
Trang 5liên kết ghi nhận chính xác giữa tác nhân gây bệnh và kiểm soát ổn định protein ACS vẫn còn phải được làm sáng tỏ Ludwig và cộng sự, đã chứng minh trong thuốc lá có các thử nghiệm báo hiệu CDPK và MAPK không hoạt động một cách độc lập và là một kích hoạt phối hợp của
cả hai đường kiểm soát đặc hiệu đáp ứng với điều kiện bất thuận phi sinh học và sinh học Các nhánh báo hiệu song song như vậy không chỉ cung cấp một hệ thống dự phòng để đảm bảo nhiều biến cố kích hoạt như một phản ứng đối với một tác nhân kích thích, mà còn cho phép tinh chỉnh các phản ứng bằng cách điều tiết các thiết lập khác nhau của các phản ứng trong phản ứng chống chéo Sinh tổng hợp ET và biểu hiện được cho là thực hiện một vai trò trung tâm trong tương tác thuận nghịch này Trong trường hợp của ET sinh tổng hợp, các thành viên ACS khác nhau trở nên kích hoạt tùy thuộc vào các nhánh tín hiệu (Hình 1)
Một nhận xét cuối cùng liên quan đến vị trí của các đường dẫn MPK6 trong phản ứng ET qua trung gian tổng thể Điều này ban đầu được đề xuất bởi Ouaked và cộng sự, ở cuối đường truyền của sự nhận biết ET Như đã thảo luận ở trên, các protein ACS là đối tác tương tác trực tiếp MPK6, và một MPK6 đột biến độc lập chỉ ảnh hưởng đến sinh tổng hợp ET và không đáp ứng ET Do đó, nhiều khả năng là MPK6 nằm ở giai đoạn đầu đường truyền của nhận biết ET Nhận biết VÀ truyền TÍN HIỆU CỦA TẾ BÀO CHẤT
Sản xuất ET sau khi nhận kích thích từ bên trong hay bên ngoài là nhận biết của tế bào và tín hiệu này được truyền thông qua một tầng tín hiệu cố định Hầu hết các thành phần của con đường này đã được phát hiện sử dụng dải di truyền đơn giản ở đột biến Arabidopsis với một phản ứng ET suy yếu, chẳng hạn như "phản ứng bộ ba" hình thái của cây con để ET tiếp xúc Các phản ứng bộ ba được đặc trưng bởi một sự ức chế của hypocotyl và kéo dài tế bào gốc,
và có sự dày lên vào phía trong của hypocotyl và một hypercurving ở đỉnh Đột biến do chiếu xạ
có thể được phân loại thành các đột biến ET-insensitive hoặc đột biến ET-đáp ứng cấu Cả hai loại của đột biến đã được chứng minh là công cụ quý giá để làm sáng tỏ hiểu biết về ET và đường truyền tín hiệu (Hình 2)
Ethylene nhận biết bởi thụ cảm lưới nội chất
Dựa trên phân tích các đột biến ET không nhạy cảm suy giảm trong nhận biết hormone sớm, một nhóm năm thụ thể (ETR1, ETR2, ERS1, ERS2, EIN4) được xác định nét tương đồng trình
tự với điều hòa hai thành phần ở vi khuẩn Trong số tất cả năm thụ thể các miền hầu hết là một phần N-terminal của chúng, bao gồm ba hoặc bốn vùng xuyên màng trong phân họ 1 (ETR1, ERS1) và phân họ 2 (ETR2, ERS2, EIN4) thụ thể tương ứng Miền N-terminal này đã được thể hiện được trách nhiệm ET liên kết ít nhất là ETR1 và ERS1 Nó đã được chứng minh thêm rằng ETR1 và ERS1 có mặt ở màng lưới nội chất (ER) như dimer homo disulfide liên kết Mỗi homodimer tạo thành một túi kỵ nước cấu thành chỗ một ET-ràng buộc và ET ràng buộc để túi này là trung gian thông qua cơ chất là nguyên tử đồng
Ngược lại với các khu vực bắt buộc lưu giữ tốt ET, lưu giữ các lĩnh vực còn lại của các thụ thể xuất hiện để giảm từ N đến cuối C Các lĩnh vực khác có mặt trong các thụ thể ET bao gồm một địa điểm tiềm năng cGMP ràng buộc và một vùng kinase histidine có được cho là chức năng duy nhất trong phân họ 1 thụ thể ET Tuy nhiên, vai trò của các lĩnh vực này trong nhận thức
ET hoặc tín hiệu tiếp tục truyền là không rõ ràng (51, 164) Dựa trên xét nghiệm trong vitro, hoạt
Trang 6động serine kinase đã được đề xuất với thụ thể phân họ 2 cũng như cho ERS1 như một thay thế cho cơ chế kinase histidine để chuyển đổi tín hiệu phosphoryl hóa các thành phần cuối của
ET đường truyền tín hiệu (95) Cho dù cả hai loại hoạt động kinase này cũng quan trọng trong
cơ thể cần được nghiên cứu thêm
Còn ít hiểu biết về vai trò cụ thể của các phần C-cuối của các thụ thể, bao gồm một phạm vi bộ tiếp nhận cụ thể trong các thụ thể ETR1, ETR2, và EIN4 Cùng với các tên miền kinase, tiếp nhận ETR1 xuất hiện để tham gia vào sự tương tác của các thụ thể với CTR1, một thành phần cuối của ET đường truyền tín hiệu(33) Nó đã được mặc nhiên công nhận có thụ thể của ERS-loại, thiếu miền này, có thể sử dụng các miền thụ cảm của các protein khác thông qua sự hình thành của heterodimers (72)
Mặc dù có những khác biệt về cấu trúc giữa các thụ thể ET khác nhau, nhiều nghiên cứu di truyền và sinh hóa cho thấy một chức năng nổi bật Tất cả chúng đều xuất hiện để được ức chế bởi ET ràng buộc và hành động điều chỉnh như hạn chế của phản ứng ET (71, 127, 131) Như vậy, sự cảm ứng nhận biết của các gen của chúng bởi ET nên được xem như một phương tiện siêu nhậy của cây đến ET quy tắc phiên mã bổ sung đã được đề xuất cho ETR1, mặc dù cơ chế cơ bản chưa được biết đến (29)
Có bằng chứng vững chắc cho rằng nhận biết ET xảy ra tại ER, trong số khác, trên quan sát rằng thụ thể ET khu trú trong màng ER (29, 30) Điều này phù hợp với thực tế là (i) ER là một điểm giao nhau cho quá trình tế bào đa dạng bao gồm nhiều phản ứng căng thẳng (xem xét trong 65), và (ii) ET là một điều quan trọng trong số các quá trình sinh lý (xem xét trong 12 , 25,
78, 162)
Phần cuối của đường truyền tín hiệu ethylene
Các nghiên cứu về ctr1 đột biến Arabidopsis (thiết lập phản ứng bộ ba) dẫn đến việc xác định các CTR1 là một điều tiêu cực của phản ứng ET (82) Nhân bản của gen CTR1 cho thấy nó bao gồm một phạm vi N cuối của chưa xác định chức năng và một phạm vi kinase C- cuối với tương đồng cao nhất đến kinase serine-threonine Raf-như (82) Raf-kinase này đã được chứng minh trong động vật có vú hành động trong mitogen protein kích hoạt (MAPK) đường truyền tín hiệu (116) Tương tự như vậy với các thụ thể ET, nghiên cứu vị trí chỉ ra rằng CTR1 chủ yếu liên quan đến ER (52), mặc dù CTR1 không chứa bất kỳ lĩnh vực xuyên màng hoặc đính kèm lớp màng mô típ cảm nhận ER-vị trí của CTR1 đã được giải thích thông qua các liên kết của nó với các thụ thể ET (21, 33, 52, 71, 73) tương tác trực tiếp như vậy cũng là cơ sở để truyền tín hiệu giữa hai loại thành phần của đường truyền tín hiệu ET Có vẻ như liên kết với các thụ thể
ET (xuyên qua bộ phận N-terminal của CTR1) và kinase hoạt động (thông qua kinase _ C-cuối của nó) là cần thiết cho điều tiết tiêu cực chính xác của các phản ứng ET cuối cùng (21, 52, 73) Một mô hình cho sự truyền tín hiệu phức tạp ETR1-CTR1 được đề xuất bởi Gao et al (52) Trong sự vắng mặt của ET ràng buộc của các thụ thể để CTR1 sẽ duy trì cấu của cơ quan này như vậy mà nó vẫn hoạt động và hoạt động như một điều tiêu cực có thể ngăn cản phản ứng
ET cuối cùng Liên kết của ET sẽ gây ra một sự thay đổi về hình dạng của CTR1, kết quả giải phóng tác dụng ức chế giai đoạn cuối của nó Một sự thay đổi về hình dạng như vậy ở điểm cuối N có thể chất ức chế của C-terminal Ser / Thr kinase hoạt động, một mô hình trước đó đề xuất các protein Raf kinase ở động vật có vú (68) Trong tương tự với Raf kinase phát tín hiệu,
Trang 7một kinase con đường MAPK đã được đề xuất cho hoạt động ở ET tín hiệu (104, 112) Nhiều nghiên cứu gần đây, đưa ra nghi ngờ về tính hợp lệ của các kết luận (37, 88), và thay vì đề xuất một đường dẫn ở giai đoạn đầu của sự nhận biết ET, như đã đề cập trước đó Một đường truyền MAPK kinase vẫn có thể hoạt động ở phía cuối của CTR1, nhưng trong trường hợp không có bằng chứng thực nghiệm kết luận, mô-đun MAPK này đã một lần nữa được loại bỏ trong các mô hình mới nhất cho truyền tín hiệu ET chủ yếu (139)
Một đột biến quan trọng dẫn đến từ màn hình cho ET không nhạy là EIN2 (61) Nhân bản của gen EIN2 dẫn đến việc xác định một protein thực vật cụ thể mới gồm hai lĩnh vực được xác định rõ: một ưa nước C cuối đặc biệt che giấu motif thường tham gia vào các tương tác protein-protein, và một phần N-terminal kỵ nước bao gồm 12 dự báo xuyên màng xoắn cho thấy sự tương đồng với Nramp-protein (2) protein Nramp liên quan được mô tả như vận chuyển kim loại trong các sinh vật khác nhau từ vi khuẩn sang người (80, 140) Tuy nhiên, không có hoạt động vận chuyển kim loại đã được phát hiện cho đến nay cho EIN2 (2) Mặc dù EIN2 biểu hiện như một protein màng không thể thiếu, cố gắng xác định nó ở cấp độ dưới tế bào đã không thành công (2) Sự thiếu hoàn chỉnh của nhạy cảm ET trong suy giảm của chức năng đột biến EIN2 cho thấy một vai trò thiết yếu của protein này là điều chỉnh tích cực đầu tiên của phản ứng
ET Biểu hiện quá mức của phần Ccuối xuất hiện đủ để hình thành kích hoạt phản ứng ET, cho thấy rằng phần này của EIN2 có trách nhiệm tiếp tục truyền tín hiệu phía cuối (2)
TRUYỀN HẠT NHÂN CỦA TÍN HIỆU ETHYLENE
Quy chế phiên mã sơ cấp: EIN3 / EIL yếu tố phiên mã
Các tín hiệu ET đến ở nhân tế bào thông qua derepression của EIN2 bởi CTR1 và dẫn đến sự kích hoạt của EIN3 và các yếu tố phiên mã EIN3 giống (26) (Hình 2) Trong Arabidopsis, có sáu thành viên của gia đình EIN3 (EIN3 và EIL1-5) trong đó EIN3 và EIL1 là những protein liên quan chặt chẽ nhất và rõ ràng là quan trọng nhất đối với ET nhạy cảm (4) Các thành viên khác trong gia đình (EIL2-5) dường như đóng một vai trò hạn chế trong việc ứng phó ET hoặc, cách khác, có thể tham gia các mô inspecific hoặc thậm chí có thể chức năng trong đường dẫn tín hiệu ET-độc lập khác nhau (27,59, 76, 126, 151) Dữ liệu gần đây hỗ trợ một vai trò cụ thể mô đối với các yếu tố phiên mã EIL2-5 giống như trong sự tăng trưởng và phát triển (76, 174) Điều chế các hoạt động EIN3 / EIL1 bởi ET không được chủ yếu đạt được bằng transcrip-quy định quốc nhưng thông qua kiểm soát phân hủy protein của các mức protein EIN3 bởi một E3 ubiquitin ligase phức tạp (26, 49, 58, 124, 126, 151, 172) SCF (SKP1 / Cullin / F-box protein) Các Arabidopsis protein F-box AtEBF1 và AtEBF2 được hiển thị để thể chất tương tác với EIN3 và phân tích atebf1 / 2 cây đột biến và AtEBF-biểu hiện tốt đường khẳng định vai trò của họ trong bất ổn của EIN3 (49, 58, 124) Vì vậy, có vẻ như rằng, trong sự vắng mặt của ET, EIN3 / EIL1 protein được tiếp tục bị suy thông qua con đường AtEBF1 / 2-đạo diễn và proteasome qua trung gian, do đó ngăn cản sự hoạt hóa của mục tiêu phiên mã của họ Trong
sự hiện diện của ET, sự suy thoái của EIN3 là đàn áp, do đó cho phép nồng độ protein EIN3 tăng và thúc đẩy các sự kiện hạ lưu Ít nhất là cho AtEBF2, up-điều hòa biểu hiện của ET đã được chứng minh (49, 124), cho thấy một cơ chế phản hồi tiêu cực có thể cân bằng nồng độ protein EIN3 / EIL Từ nhiều protein kinase đã được đặt lên dòng của EIN3 / EIL (59), nó cũng
Trang 8có thể là phosphoryl EIN3 ức chế liên kết của nó với AtEBF1 / 2, do đó ngăn ngừa sự suy thoái của nó (49, 58, 124) Vẫn chưa xác định được là nếu và cách sửa đổi này sẽ diễn ra thông qua hành động của EIN2 Tuy nhiên, EIN3 / EIL protein rõ ràng là cần thiết "ethylene điều chỉnh" phân tử theo nghĩa là những thay đổi nhỏ trong mức độ kiểm soát thông lượng tín hiệu cho sự kiện hạt nhân ở hạ lưu
Các EIN3 yếu tố phiên mã nhận mục tiêu DNA của nó, cái gọi là trang web EIN3 ràng buộc (EBS) hoặc các phần tử phản ứng ET chính (PERE) trong các quảng bá của yếu tố phản ứng
ET binding protein (SREBP) gen, và thực hiện điều này trong hình thức của một phức hợp
Quy chế phiên mã thứ cấp: AP2 / ERF yếu tố phiên mã
nghiên cứu sinh hóa và di truyền trong cây Arabidopsis đã xác định được các yếu tố phiên mã AtERF1 như một mục tiêu trước mắt cho chính ET-đáp ứng yếu tố phiên mã EIN3 (3, 59, 137) Quá mức của gen ERF1 từ Arabidopsis, cà chua, thuốc lá, và gạo đã được hiển thị để giải cứu những mất mát của EIN2 và EIN3 chức năng (20, 59, 89, 92, 137), cung cấp bằng chứng rằng ERF1 hành động hạ lưu EIN3
Trang 9ETHYLENE kháng bệnh TRÊN CÂY
Như đã mô tả ở trên, ET sinh tổng hợp là kích hoạt trong nhiều loài thực vật bị tác động bởi tác nhân gây bệnh, và tăng sản xuất ET gây ra cảm ứng liên quan đến gen kích thích phản ứng phòng vệ thông qua một chuỗi các sự kiện cái bước chủ chót là sự kích hoạt của yếu tố phiên mã ERF-type Trong phần này, chúng tôi tập trung vào việc các loại khác nhau của các gen gây ảnh hưởng được gây ra khi mầm bệnh tac động Hơn thế nữa, chúng tôi sẽ làm nổi bật ngắn gọn sự xuyên âm giữa tín hiệu ETvà các cơ chế lan toả sức đề kháng khác , kể cả những vật qua trung gian SA và JA Cuối cùng, chúng tôi thảo luận về vai trò của ET và ET biểu hiệu trong việc xác định các điều tiết sức đề kháng và nhạy cảm trong sự tương tác các tác nhân gây bệnh chủ
phản ứng phòng vệ mầm bệnh gây ra cuối cùng dẫn đến sự biểu hiện của nhiều gen bảo vệ liên quan tương ứng protein bao gồm (i) các protein tham gia xây dựng lên các rào cản vật lý và như vậy trong sự hạn chế vật lý của các tác nhân gây bệnh; (Ii) các enzyme trao đổi chất thứ cấp, ví dụ,những người hoạt động trong sinh tổng hợp chất chuyển hóa thứ cấp kháng khuẩn; và (iii) (PR) protein sinh bệnh liên quan, sau nàyb đại diện cho các biến đổi về lượng lớn nhất protein hòa tan trong phản ứng phòng thủ
Vai trò cụ thể của ET tín hiệu trong sự hình thành các rào cản cấu trúc gây ra cho đến nay nhận được tương đối ít sự chú ý vách tế bào tăng cường protein hydroxyproline giàu tích lũy trong các nhà máy khi điều trị với ET (38, 41, 141) hydroxyproline giàu như vậy protein là thành phần cấu trúc lưu ký ở thành
tế bào và sự hiện diện của chúng đã được kết hợp với vách tế bào tăng cường vi chất, đặc biệt là sau khi oxy hóa liên kết ngang của các protein này (15) Hơn nữa, VanderMolen và đồng nghiệp (157) đã chứng minh rằng ET là cần thiết cho phản ứng xylem tắc đó xảy ra ở thực vật để chống lại sự lan rộng mầm bệnh của bệnh héo rũ như Fusariumoxysporum f.sp lycopersici, thông qua mạch máu của thực vật hệ thống Mặt khác, sự lắng đọng trong nước của callose trong vách tế bào ở các trang web của thâm nhập
cố bởi các mầm bệnh xuất hiện không phải qua trung gian của ethylene nhưng thay vì liên quan đến việc tổng hợp và nhận thức của abscisic axit (153)
Vai trò của ET trong sản xuất cảm ứng tác nhân gây bệnh của kháng sinh thứ cấp chất chuyển hóa (phytoalexin; 115) dường như phụ thuộc vào loại phytoalexin và con đường trao đổi chất liên quan Trong lá lúa, ví dụ, ET gây ra các sản xuất của phenylpropanoid có nguồn gốc từ phytoalexin sakuranetin, nhưng không phải của terpenoid phytoalexin momilactone A (99) Nói chung, phytoalexin bắt nguồn từ đường phenylpropanoid là gây cảm ứng bởi ET ở các loài thực vật khác nhau (32, 77, 79) Trong Arabidopsis, sản xuất mầm bệnh gây ra của camalexin, một phytoalexin alkaloid indole, được điều khiển bởi một phản ứng oxy speciesmediated con đường mà biểu hiện ít hoặc không có cross-talk với ET- và JA-phụ thuộc tín hiệu, và đột biến ảnh hưởng trong tín hiệu ethylene, chẳng hạn như EIN2, vẫn có thể tổng hợp camalexin để đáp ứng với tác nhân gây bệnh cuộc tấn công (43, 54, 149)
Bởi đến nay các tài liệu rộng rãi nhất cảm ứng ET về phòng thủ phân tử được gọi là pathogenesisrelated (PR) protein Hiện nay, 17 nhóm Pr đã được xác định (160), trong đó phần lớn đã được chứng minh là gây trực tiếp hoạt tính kháng khuẩn chống lại loài nấm và đôi khi chống lại loài vi khuẩn (Xem xét trong
Trang 1016; xem Van Loon, vấn đề này) nhóm gen PR khác nhau đã được chứng minh là ET cảm ứng thông qua các yếu tố GCC-box trong vùng promoter của chúng cảm ứng không bào β-1,3-glucanases (PR-2), không bào cơ bản-chitinases (PR-3), axit hevein giống protein (PR-4), và defensins thực vật (PDF; PR-12) (17, 23,
42, 89, 107, 117, 130, 148) Cảm ứng của những PR-gen xảy ra thông qua một con đường mà có sự kết hợp ET và JA n (118) Các loại gen PR,n bao gồm protein PR-1, và ngoại bào beta-1,3-glucanases và chitinases, đang cảm ứng thông qua một con đường SA-phụ thuộc, ít nhất trong cây Arabidopsis và thuốc lá (14, 47, 156) Cả ET / JA và gen PR SA-induced được gây ra trong vùng bị nhiễm bệnh cũng nhưcó hệ thống (xem xét trong 16; xem Van Loon, vấn đề này) \
Gần dây một công trình nghiên cuu lớn mô tả sơ lược chỉ ra ràng một loạt các Prgenes được tạo ra trong cây Arabidopsis trong mà mỗi AtERF1 hoặc homolog cà chua của nó Pti4 biểu hiện quá mức, xác nhận việc đáp ứng của những PR-gen và thêm mới tiềm năng ET tín hiệu quy định và các phân tử effector vào danh sách (23, 89) Đáng chú ý, một nghiên cứu gần đây về protein proteomics tiết ra bởi Arabidopsis khi mầm bệnh thách thức đã tiết lộ rằng GLIP1, tiết lipase lạ thường , hoạt động như một kháng sinh ET-đáp úng phân tử kích thich quan trọng đối với bệnh kháng với nấm không tương thích mầm bệnh A brassicicola (106)
Các PDF1.2 gen defensin thực vật (nhóm PR-12) được sử dụng rộng rãi như là một dấu hiệu cho ET / Jainduced tín hiệu trong hệ miễn Arabidopsis (117, 118) Các gen chứa GCC yếu tố promoter hộp và gây cảm ứng bởi cả ET và JA thông qua kích hoạt các AtF1 (Xem dưới đây; 26, 89, 117, 137) phòng vệ cây nói chung là nhỏ, sự kết hợp cơ bản mà có một đặc trưng mẫu gấp ba chiều được ổn định bởi tám liên kết disulfide cysteines, và thường ức chế sự tăng trưởng của một phạm vi rộng lớn của các loại nấm sau khi
cụ thể ràng buộc để màng tiêu (144-146) tiến bộ mới trong chú thích gen tiết lộ sự hiện diện 317 (DEFL) gen defensin-như tiểu thuyết trong hệ gen của thực vật Arabidopsis (136), bao gồm cả 13 defensin cây chú thích trước đây (AtPDF) gen (145) Đó là một câu hỏi thú vị dù tất cả hoặc chỉ một nhóm nhỏ các gen này là phản ứng với ET quan sát của riêng chúng tôi về các gen AtPDF ban đầu được xác định chỉ một
mô hình biểu hiện chủ yếu khác biệt trong đáp ứng với ET, SA, JA, và đánh dấu khác nhau tác nhân gây bệnh Ví dụ, các gen mã hóa AtPDF1.2a / b / c được cảm ứng bởi ET và JA và dồn nén bởi SA, trong khi AtPDF1.4 là không đáp ứng để ET hoặc JA nhưng là kết quả của SA Kiên định, phân tích của các vùng promoter của họ chỉ ra một GCC-box hiện tại miền trong tất cả ba gen AtPDF1.2, nhưng không phải trong AtPDF1.4 Ngược lại, AtPDF1.5 xuất hiện không đáp ứng cho bất kỳ những phương pháp điều trị, mặc dù cũng chứa chấp một GCC-hộp (đoạn lặp) (TCN, chưa công bố các kết quả) Điều này cho thấy một phức tạp hơn mạng tồn tại trong đó các nhóm khác nhau DEFLs đáp ứng với một hoặc nhiều đường truyền tín hiệu
Tương tác giữa các tiểu ET tín hiệu và các cơ chế khác gây ra tính kháng
Con đường tín hiệu cơ bản được mô tả trước đây (ETR / ERS / EIN4, CTR, EIN2, EIN3 / EIL) là bắt buộc đối với tất cả các câu trả lời về ET và, cho đến nay, không ai đã được tìm thấy để đáp ứng với các tín hiệu khác hơn ET (3, 59, 143) điểm nhánh tại các con đường ET phản ứng do đó phải nói đặt sâu xuống EIN3 / EIL Trong thực tế, khác biệt quy định bởi các kích thích bệnh liên quan đến như ET, JA, SA, và nhiễm trùng bởi độc hoặc các mầm bệnh avirulent
đã được hiển thị cho một số gen ERF (20, 23, 28, 48, 57, 59, 89, 92, 111) Như vậy, quan trọng
