Кіріспе
Өсімдік пептидті гормоны [[Файл:Systemin structures. png png niza ntumbururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururururur Полипептидтің синтетикалық радиобелгіленген түрлерін қолдана отырып жүргізілген тәжірибелер оның өсімдік арқылы жүйелі түрде таралып, жарақатталмаған жапырақта ПИ өндірісін тудыратындығын көрсетті. Жаралы сигналдың жүйелі сипаты үшін, ол системин деп аталды, ол өсімдіктердегі гормон ретінде жұмыс істейтін алғашқы полипептид болды. Системинді кодтайтын мРНК тамырдан басқа өсімдіктің барлық тіндерінде кездеседі. Кейінгі зерттеулер томат жүйелісінің гомологтарын картоп, қара қарақұмық және қоңырау балауыз сияқты Solanaceae-дің басқа мүшелерінде анықтады. Олардың жүйелілермен құрылымдық байланысы болмаса да, олардың ұқсас қызметі гидроксипролинге бай жүйелілер (HypSys) деп аталады. Алғашқы табылғаннан кейін HypSys пептидтері помидор, петуния және қара шөпте табылды. 2007 жылы HypSys Solanaceae-ден тыс, тәтті картоптан (Ipomoea batatas) табылды және реттілік талдауы HypSys аналогтарын топырақта (Populus trichocarpa) және кофеде (Coffea canephora) анықтады. Системиндер түрлер арасында өте консервативті, ал HypSys көбірек әртүрлі, бірақ олардың бәрінде консервативті пролин немесе гидроксипролинге бай орталық домен бар. 2006 жылы AtPEP1 - 23 амин қышқылының полипептиді Arabidopsis thaliana-дан оқшауланды, ол тумысынан иммундық жауаптың компоненттерін белсендіреді. HypSys- тен айырмашылығы, AtPEP1 гидроксилдеу немесе гликозилдеу арқылы трансляциялық модификацияланбайды. Алты параллогтар А. талианада, сондай-ақ жүзімде, күріште, жүгеріде, бидайда, арпада, канолада, сояда, медикагода және тополда ортологтар анықталды, бірақ бұл ортологтардың белсенділігі сынақтарда тексерілген жоқ. AtPEP1 парологтарының болжамды құрылымдары A. thaliana-да әр түрлі, бірақ олардың бәрінде SSGR/KxGxxN реттілік мотиві бар. Басқа түрлерде анықталған ортологтар әр түрлі, бірақ олар әлі де реттілік мотивінің құрамдас бөліктерін қамтиды.
[[File:Systemin structures. png|thumb|238px|Structures and predicted structures of systemins, HypSys and AtPeps isolated an 18 amino acid polypeptide from tomato leaves that induced the production of protease inhibitor proteins (PIs) in response to wounding. Experiments using synthetic radio labelled forms of the polypeptide demonstrated that it was able to travel systemically through the plant and induce PI production in unwounded leaves. Because of the systemic nature of the wounding signal, it was named systemin, it was the first polypeptide found to function as a hormone in plants. mRNA encoding for systemin is found in all tissues of the plant except the roots. Later studies identified homologs of tomato systemin in other members of the Solanaceae including potato, black nightshade and bell pepper. Although they are structurally unrelated to systemins, their similar function resulted in them being named hydroxyproline rich systemins (HypSys). Following the initial discovery other HypSys peptides were found in tomato, Petunia and black nightshade. In 2007, HypSys were found outside the Solanaceae, in sweet potato (Ipomoea batatas) and sequence analysis identified HypSys analogs in poplar (Populus trichocarpa) and coffee (Coffea canephora). Systemins are highly conserved between species, whereas HypSys are more divergent but all contain a conserved proline or hydroxyproline rich central domain. In 2006, AtPEP1, a 23 amino acid polypeptide was isolated from Arabidopsis thaliana, which was found to activate components of the innate immune response. Unlike HypSys, AtPEP1 is not post translationally modified by hydroxylation or glycosylation. Six paralogs of the precursor have been identified in A. thaliana as well as orthologs in grape, rice, maize, wheat, barley, canola, soybean, medicago and poplar, although the activity of these orthologs has not been tested in assays. The predicted structures of the paralogs of AtPEP1 are varied within A. thaliana but all contain a SSGR/KxGxxN sequence motif. The orthologs identified in other species are more varied but still contain components of the sequence motif.
Жергілікті және прекурсорлар
Системин мен AtPEP1 клетка цитозолында кездеседі. Помидордың прекурсоры 200 амин қышқылынан тұратын полипептид түрінде транскрипцияланады. AtPEP1 прекурсоры 92 амин қышқылынан тұратын полипептид болып табылады, сонымен қатар сигнал тізбектері жоқ. Гидроксипролинді және гликозильді HypSys құрамының құрылымдық қасиеттері олардың секреторлық жүйе арқылы синтезделетінін көрсетеді.
Прекурсорларды өңдеу
Системин мен AtPEP1 прекурсорлары прекурсордың С- терминалынан бір белсенді пептид алу үшін өңделеді. HypSys прекурсорлары бірден көп белсенді пептидке өңделеді. Темекіде ол екі пептидке, петунияда үшке, ал тәтті картопта алтыға дейін өңделеді. 291 амин қышқылы бар тәтті картоптағы HypSys прекурсоры - ең ұзақ сипатталған прекурсор. Томаттың системин рецепторы 160KDa лейцинге бай қайталану рецепторы киназаға ұқсас (LRR RLK), SR160 ретінде анықталды. Астралданғаннан кейін оның құрылымы A. thaliana-ның BRI1-ге, яғни брассинолидтер жасуша мембранасында байласатын рецепторға өте ұқсас екені анықталды. Бұл стероид пен пептид лигандының біріне тұтастай байлана алатын және қорғаныс және даму реакцияларына қатысы бар алғашқы рецептор болды. Қосымша зерттеулер көрсеткендей, BRI1- ге системиннің байлануы рецепторды фосфорилирлеуге әкелмейді, бұл брассинолидтер байлағанда, бұл сигналды трандукцияламайды дегенді білдіреді. BRI1 томаттарда өшірілген кезде өсімдіктер cu3 мутанттарына ұқсас фенотипке ие, бірақ әлі де жүйеліге қалыпты жауап бере алады, бұл BRI1 жүйелі рецептор емес деген пікірді нығайтады. 1994 жылы томаттың клеткалық мембранасындағы 50KDa ақуызға байланыстыратын томаттың системинасы табылды. Бұл белоктың құрылымы Kex2p сияқты прогормон конвертазаларының протеазаларына ұқсас. Бұл Шаллер мен Райанның рецептор емес, оның ProSys- ті белсенді түрге өңдеуге немесе Sys- тің ыдырауына қатысы бар екенін болжауына әкелді. Томат системинінің синтетикалық түрлері, болжамды дибазиялық бөліну орнында алмастырылған амин қышқылдарымен, жасушалық дақылдарда аналық түрге қарағанда ұзақ уақыт тұрақты болды. Кейінгі зерттеулер ProSys- ті өңдеуге жауапты ферменттер әлі анықталмағандығын көрсетті. BRI1 ассоциацияланған рецептор киназасы 1 (BAK1) - A. thaliana-да кездесетін LRR RLK, ол басқа RLK-лардың дұрыс жұмыс істеуі үшін қажетті адаптер ақуыз ретінде жұмыс істейді. Ашытқының екі гибридтік сынағы AtPEPR1 және оның ең жақын аналогы AtPEPR2 BAK1 -мен өзара әрекеттесетінін көрсетті.
Сигналды трандукциялау
[[Файл:Sytemin сигнализациясы. Сигналды жүйеге аударудың ұсынылатын жүйесі. Томаттағы екі MAPK, MPK1 және MPK2 косиленциясы жәндіктердің личинкаларына қарсы қорғаныс реакциясын жапайы типтегі өсімдіктерге қарағанда төмендеді. Бұл гендерді тыныштандыру жасмоний қышқылының және жасмоний қышқылына тәуелді қорғаныс гендерінің өндірісін төмендетеді. Метил жасмонатты косиленцияланған өсімдіктерге қолдану оларды құтқарып қалды, бұл жасмонаттар ген экспрессиясындағы өзгерістерге себепші болатын сигнал екенін көрсетеді. Системалық қабылдаудан бірнеше минут өткен соң цитозолдық Ca2+ концентрациясы артады және фосфолипаза белсендірілгеннен кейін линоленикалық қышқыл жасушалық мембраналардан бөлінеді. Линолен қышқылы октадеканоид жолы арқылы жасмоний қышқылына айналады және жасмоний қышқылы қорғаныс гендерін белсендіреді. Помидордағы радиобелгіленген системинмен жасалған алғашқы тәжірибелер оның помидор өсімдіктерінің флоэмалық шырыны арқылы тасымалданатынын көрсетті, сондықтан ол жүйелік сатып алынған кедергілерді белсендіретін жүйелік сигнал деп ойланды. Алайда просистеминнің үнемі белсендірілуі қымбатқа түседі, бұл томат өсімдіктерінің өсуіне, физиологиясына және өсімдіктердің көбеюіне әсер етеді. Системинді өшіргенде, томаттың протеаза ингибиторларын өндіруі қатты бұзылады және өсімдіктермен қоректенетін личинкалар үш есе тез өседі. HypSys темекідегі ген экспрессиясында ұқсас өзгерістерді туғызды, мысалы, полифенол оксидаза белсенділігі темекі жапырақтарында он есеге артты, ал протеаза ингибиторлары үш күн ішінде химоторипсин белсенділігін 30% - ға төмендетті. Системин, HypSys немесе AtPep1 өндірісі индуцирленген кезде қан тамырлары тіндерінде сутек переоксиді концентрациясы көбейеді, бұл да жүйелік сатып алынған резистенттіліктің басталуына қатысы болуы мүмкін. Томат өсімдіктерінде де гипсисин жинақталады, бірақ гипсисин прекурсоры өшірілсе, ол жинақталмайды, бұл томатта гипсисин гипсисинмен бақыланатынын көрсетеді. Помидордағы үш HypSys пептидінің әрқайсысы протеаза ингибиторларының синтезін және жиналуын белсендіре алады. Петунияның кесінді баулары арқылы қолданғанда HypSys протеаза ингибиторларын өндіріп алмады, бірақ оның орнына микробтық мембранаға кіріп, порды құрайтын белокты өндіретін ген - дефензин экспрессиясын арттырды. Системин сонымен қатар биологиялық белсенді ЖОК- тар өндірісіне қатысы бар гендердің экспрессиясын жоғарылатады. Мұндай реакция антинутрициялық қорғаныстың тиімді болуы үшін өте маңызды, өйткені жыртқышсыз, дамушы жәндіктер өз дамуын аяқтау кезінде өсімдік материалдарын көбірек тұтынатын болады. АӨК өндірісі әр түрлі жолдармен жоғары реттеледі, әр түрлі АТПЕП-тер А. талианаға әр түрлі патогендерді ажыратуға мүмкіндік береді. Саңырауқұлақ, омицет және бактериямен егу кезінде AtPep экспрессиясының артуы патогенге байланысты өзгерді. AtProPep1 - ті аса экспрессиялаған A. thaliana Phythium irregulare омицетіне төзімді болды. Ал HypSys протеаза ингибиторларының синтезін жоғары реттейді және белсендіреді. Просистемин томаттарда экспрессиясы жоғары болған кезде, трансгендік өсімдіктердің нормальды өсімдіктерге қарағанда ойық өткізгіштігі төмен болды. Тұз ерітінділерінде өсірілген трансгендік өсімдіктерде жоғары стоматтық өткізгіштігі, абсцис қышқылы мен пролиннің төмен концентрациясы және жоғары биомассасы болды. Бұл зерттеулер тұздың әсерінен өсімдіктерде стресс пайда болатынын немесе олар стресссіз ортаны сезінетінін көрсетеді.
Different AtPeps may allow A. thaliana to distinguish between different pathogens. When inoculated with a fungus, oomycete and a bacterium, the increases in AtPep expression varied depending on the pathogen. A. thaliana overexpressing AtProPep1 was more resistant to the oomycete Phythium irregulare. By contrast HypSys were up regulated and activated the synthesis of protease inhibitors. When prosystemin was over expressed in tomato, transgenic plants had lower stomatal conductance than normal plants. When grown in salt solutions, transgenic plants had higher stomatal conductances, lower leaf concentrations of abscisic acid and proline and a higher biomass. These findings suggest that systemin either allowed the plants to adapt to salt stress more efficiently or that they perceived a less stressful environment.
Даму
Nicotiana attenuata түрінде HypSys өсімдіктермен қоректенетін жәндіктерге қарсы қорғанысқа қатыспайтыны белгілі. HypSys- тің үндеуін және артық экспрессиялануын қалыпты өсімдіктерге қарағанда личинкалардың қоректенуіне әсер етпейді. Бергер HypSys-ті үндемеуге мәжбүр етті және оның гүлдің морфологиясында өзін-өзі тозаңдатудың тиімділігін төмендететін өзгерістерге әкеп соқты. Гүлдердегі атриумалардан тыс шығып тұрған пистильдер, CORONATINE INSENSITIVE1 үнсіздетілген өсімдіктерге ұқсас фенотип, онда жасмонат рецепторы жоқ. Гүлдердегі жасмонат деңгейін өлшеуде, оның қалыпты өсімдіктерге қарағанда төмен екені анықталды. Авторлар HypSys пептидтері N. attenuata қорғаныспен байланысты пептидтер ретінде олардың функциялары гүл морфологиясын бақылауға қатысатын пептидтерден әртараптанған деп болжады. Сигнал беру процестері ұқсас болып қалады, бірақ жасмонат арқылы жүзеге асады. Системин Solanum pimpinellifolium өсімдіктерінің тамырларының өсуін де арттырады, бұл оның өсімдіктердің дамуында белгілі бір рөл атқаратынын көрсетеді.