Өсімдіктердің жалпы жүйелік қарсылығы: Иммундық механизмдер мен салицил қышқылының ролі
Systemic acquired resistance
Өсімдіктердегі жүйелік қабылданған кедергі (SAR) – патогенге ұшырағаннан кейін туындайтын иммунитет. Салицил қышқылының ролі, молекулалық механизмдері зерттелді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жүйелік жинақталған резистенттілік (SAR) – бұл патогенге бұрынғы жергілікті әсерден кейін бүкіл өсімдікте пайда болатын қорғаныс реакциясы. SAR жануарлардағы туа біткен иммундық жүйеге ұқсас, және екі жүйе арасында көптеген ортақ белгілер болғанымен, бұл конвергентті эволюцияның нәтижесі деп саналады. Жүйелік жинақталған резистенттілік реакциясы салицил қышқылы деп аталатын өсімдік гормонына тәуелді.
Systemic acquired resistance (SAR) is a "whole plant" resistance response that occurs following an earlier localized exposure to a pathogen. SAR is analogous to the innate immune system found in animals, and although there are many shared aspects between the two systems, it is thought to be a result of convergent evolution. The systemic acquired resistance response is dependent on the plant hormone, salicylic acid.
Ашылу
1930 жылдан бері өсімдіктердің патогендерге қарсы белгілі бір деңгейде иммунитеті бар екені белгілі болғанмен, жүйелі түрде қоздырылатын қарсыласуды зерттеу 1980-ші жылдары жаңа құралдардың пайда болуымен басталды, бұл ғалымдарға SAR-дың молекулалық механизмдерін зерттеуге мүмкіндік берді. 1980 және 1990 жылдары SAR жауабының бір бөлігі ретінде күшті түрде индукцияланатын бірнеше "маркерлік гендер" сипатталды. Бұл патогенезге байланысты ақуыздар (PR) әртүрлі ақуыз отбасыларына жатады. Олардың арасында айтарлықтай үлестік бөлісу болғанымен, белгілі бір өсімдік түрінде экспрессияланатын PR ақуыздарының спектрі өзгеріп отырады. 1990 жылдардың басында темекі мен қиярда инфекция кезінде салицил қышқылының (SA) деңгейі күрт өскені байқалды. Бұл үрдіс кейіннен көптеген басқа түрлерде де қайталанды. Тағы да зерттеулер көрсетті, SAR экзогенді SA қолдану арқылы да қоздырылуы мүмкін, ал бактериялық салицилат гидроксилаза генін экспресстейтін трансгенді Arabidopsis өсімдіктері SA жинақтауға немесе әртүрлі патогендерге тиісті қорғаныс реакциясын көрсетуге қабілетсіз. Микробтық тұрақты сигналдардың алғашқы өсімдік рецепторлары күріште (XA21, 1995) және Arabidopsis-те (FLS2, 2000) анықталды.
While, it has been recognized since at least the 1930s that plants have some kind of induced immunity to pathogens, the modern study of systemic acquired resistance began in the 1980s when the invention of new tools allowed scientists to probe the molecular mechanisms of SAR. A number of 'marker genes' were characterized in the 1980s and 1990s which are strongly induced as part of the SAR response. These pathogenesis related proteins (PR) belong to a number of different protein families. While there is substantial overlap, the spectrum of PR proteins expressed in a particular plant species is variable. It was noticed in the early 1990s that levels of salicylic acid (SA) increased dramatically in tobacco and cucumber upon infection. This pattern has been replicated in many other species since then. Further studies showed that SAR can also be induced by exogenous SA application and that transgenic Arabidopsis plants expressing a bacterial salicylate hydroxylase gene are unable to accumulate SA or mount an appropriate defensive response to a variety of pathogens. The first plant receptors of conserved microbial signatures were identified in rice (XA21, 1995) and in Arabidopsis (FLS2, 2000).
Механизм
Өсімдіктерде инфекция мен стресске қарсы бірнеше иммунитет тетіктері бар. Олар патогенмен жұқтырғанда иммундық жүйе патогенмен байланысты молекулалық үлгілерді (PAMP) таниды, бұл үлгілерді тану рецепторлары (PRR) арқылы жүзеге асырылады. Бұл PAMP-ті қозғайтын иммунитетті (PTI) тудырады. Кейбір патогендер өсімдіктегі PTI-ді басады және эффекттік сезімталдықты (ETS) тудырады. Оған жауап ретінде өсімдіктер жаңадан пайда болған патогендік эффекттерді тани алатын ақуыздарды кодтайтын резистенттілік (R) гендерін дамытады, нәтижесінде эффекттік иммунитет (ETI) пайда болады. ETI-нің нәтижесінде көбінесе гиперсенситивті жауап деп аталатын бағдарланған жасуша өлімі (PCD) пайда болады. Патогендер кейін ETI-ді жеңу үшін жаңа эффекттерді дамыта алады, оған өсімдіктер жаңа R гендерін дамыта отырып, патоген эффекттерін тани алады, осылайша жаңа ETI-ді қамтамасыз етеді. PTI және ETI жергілікті зақымдалған өсімдік тіндерінде белсендірілген кезде, бүкіл өсімдікте иммундық жауапты тудыратын сигналдар каскады пайда болады. Бұл "барлық өсімдіктің" иммундық реакциясы жүйелік икемделген резистенттілік (SAR) деп аталады. SAR өсімдік метаболиттерінің жинақталуымен және генетикалық қайта бағдарламалаумен жергілікті және жүйелік (инфекцияланбаған қоршаған тіндер) сипатталады. Салицил қышқылы (SA) және N гидроксипипеколь қышқылы (NHP) – SAR кезінде жинақталатын екі метаболит. SA және Pip (NHP-ның прекурсоры) өндірісі төмен немесе мүлдем жоқ өсімдіктерде инфекциядан кейін SAR реакциясы төмен немесе мүлдем жоқ екені анықталды.
Plants have several immunity mechanisms to deal with infections and stress. When they are infected with pathogens the immune system recognizes called pathogen associated molecular patterns (PAMPs), it is via pattern recognition receptors (PRRs). This induces a PAMP triggered immunity (PTI). Some pathogens carry effectors that suppress PTI in the plant and induce effector triggered susceptibility (ETS). In response, plants evolve resistance (R) genes that encode for proteins capable of recognizing the newly developed pathogen effectors, resulting in what is called effector triggered immunity (ETI). ETI often results in a form of programmed cell death (PCD), called hypersensitive response (HR). Pathogens can then evolve and develop new effectors for overcoming ETI, to which plants can respond by developing new R genes capable of recognizing the pathogen effector, thereby providing a new ETI. When PTI and ETI are activated in the local infected plant tissues, there is a signaling cascade that induces an immune response throughout the whole plant. This "whole plant" immune response is called systemic acquired resistance (SAR). SAR is characterized by accumulation of plant metabolites and genetic reprogramming both locally and systemically (surrounding tissues that were not infected). Salicylic acid (SA) and N hydroxypipecolic acid (NHP) are two metabolites that have been shown to accumulate during SAR. Plants with reduced or no production of SA and Pip (a precursor to NHP) have been shown to exhibit reduced or no SAR response following infection.
Ауруларды бақылауда қолдану
Көбінесе, синтетикалық фунгицид ацибензоляр S метил патогендерге тікелей зиянды емес, бірақ оны қолданатын егін өсімдіктерінде SAR-ды (жүйелі әрекетке қарсы тұруды) тудыру арқылы әрекет етеді. Бұл пропестицид – ол метил салицилат эстразасы арқылы тірі организмде 1,2,3-бензотиадиазол-7-карбон қышқылына айналады. Далалық сынақтар ацибензоляр S метилдің (сондай-ақ BSA деп те аталады) кейбір өсімдік ауруларын бақылауда тиімді екенін көрсетті, бірақ басқаларына, әсіресе SAR-ға төзімді саңырауқұлақ патогендеріне тиімділігі аз болуы мүмкін.
Unusually, the synthetic fungicide acibenzolar S methyl is not directly toxic to pathogens, but rather acts by inducing SAR in the crop plants to which it is applied. It is a propesticide — converted in vivo into 1,2,3 benzothiadiazole 7 carboxylic acid by methyl salicylate esterase. Field trials have found that acibenzolar S methyl (also known as BSA) is effective at controlling some plant diseases, but may have little effect on others, especially fungal pathogens which may not be very susceptible to SAR.