병원체를 성공적으로 만드는 것은 무엇입니까? 침략자로부터 스스로를 방어 할 수있는 식물의 능력을 결정하는 것은 무엇입니까? 식물과 그 병원체 사이의 무수한 만남의 결과는 농업이 시작된 이래로 인간을 선점했습니다. 농작물 질병은 매년 수십억 달러에 달하는 치명적인 경제적 영향을 미치며 식량 생산에 대한 세계적인 위협입니다 (Horvath 2018). 식물-경전 상호 작용의 코드를 잠금 해제하는 열쇠를 발견하면 병원체 독성 및 식물 저항의 분자 결정 요인과 현대 농업 관행 에이 지식을 적용하기위한 전략을 수립하는 데 동기를 부여했습니다.
건강한 식물은 침략자를 신속하게 감지하고 제거함으로써 대부분의 병원체를 방어 할 수 있습니다. 이 놀라운 기능에 기초한 것은 식물 면역계입니다. 세포 혈장 막에 위치한 수용체 단백질은 병원체 관련 분자에 대한 세포 외 공간을 지속적으로 조사하며, 이들은 높은 친화력으로 인식하고 결합한다 (Dangl and Jones 2001). 병원체 검출시, 식물 수용체는 세포 내 신호 전달 경로에서 자기 조립하고 서로 순차적으로 서로를 활성화시키는 세포질 단백질 키나제 세포를 활성화시킨다 (Popescu et al. 2009, Popescu 2016). 즉시, 신호는 특수 전사 인자가 수백 개의 유전자의 발현 수준을 변경하고 결과적으로 병원체를 손상시키고 제거하기 위해 세포 구조와 환경을 수정하는 핵에 도달합니다.
.일부 박테리아 병원체는 감염 과정에서 많은 세포 외 독성 인자를 생성하고 식물 면역 반응의 진행에서 특정 시점과 생산을 연관시킵니다 (Asai and Shirasu 2015, Toruño et al. 2016). 독성 인자는 병원체가 면역 반응을 피하고 식물 조직에서 증식하는 데 도움이됩니다. 우리는 독성 요소가 식물 세포로 분비되는 방법, 상호 작용하는 면역 성분의 정체성 및 면역계에 대한 전반적인 영향에 대한 이해가 제한적입니다.
.최근의 연구에서, 우리는 박테리아 병원체에 의해 생성 된 독성 인자 pseudomonas syringae 에 의해 어떻게 독성 인자가 생성되는지 이해하기 위해 시스템 생물학 접근법을 적용했다. 식물 키나제와 상호 작용하고 신호 전달 네트워크의 구조를 수정합니다 (Brauer et al. 2018).
식물 게놈에 의해 암호화 된 대략 1,000 개의 단백질 키나제 중에서, 독성 인자에 의해 얼마나 많은 사람들이 공격하고 비활성화되는지는 열린 질문이다. 첫 번째 실험 세트에서, 본 발명자들은 p와 상호 작용하는 토마토 단백질 키나제를 확인 하였다. Syringae 독성 요인. 이들 요인들 사이에서 시험 된 독성 요소와 표적 선호도에서 높은 수준의 유사성에 의해 표적화 된 다수의 키나제는 광범위한 의미를 가진 우리의 발견 중 일부였다. 따라서, 식물 면역계를 파괴하려고 할 때 병원체는 식물 분자를 공격하기 위해 중복 수단을 사용하는 것이 매우 가능성이 높다. 진화론 적 관점에서, 광범위한 숙주 표적을 갖는 독성 인자는 병원체에 특별한 이점을 제공 할 가능성이 있으며, 이는 새로운 숙주에 신속하게 적응하고 숙주 범위를 확장 할 수있다. 실제로 병원체가 주요 전략으로 표적 선택에서 중복성을 사용하여 면역계를 전복하는 경우, 병원체 감염과 싸우기 위해 식물이 사용하는 반대 기법은 무엇입니까?
.이 질문에 대한 완전한 답변을 위해 더 많은 연구가 필요하지만, 식물의 가능한 대처 전략에 대한 통찰력은 식물이 p에 감염된 실험에서 얻었습니다. Syringa e 독성 인자를 생성하는 능력이 없거나 제한된 균주. 우리는 식물이 p에 감염 될 때 더 큰 단백질 키나제 네트워크를 활성화시키는 것을 관찰했다. Syringae 비 생산 균주에 감염된 식물과 비교하여 하나의 독성 인자를 생성하는 균주. 시스템 생물학적 관점에서, 일반적인 방어 유전자로 수렴하는 다중 평행 경로로 구성된 복잡한 신호 전달 네트워크는 매우 악성 병원체와 싸우는데 더 효율적일 것이다. 식물은 병원체 침입자의 유형을 정확하게 평가하고 필요할 때 보상 경로를 활성화시켜 면역 반응의 강도를 조정할 수 있습니다. 따라서 신호 네트워크의 토폴로지를 빠르게 조정하는 능력은 독성 요인을 훼손하기위한 주요 플랜트 전략 중 하나로 나타납니다.
.흥미롭게도, 독성 생성에 의해 유발 된 신호 전달 네트워크에서 키나제를 자세히 살펴 봅니다. Syringae 균주는 놀라운 사실을 밝혀 냈습니다. 면역 촉진 키나제와 함께 식물 감수성이 증가하는 몇몇 다른 사람들이었다. 마치 감염된 식물 세포가 면역 용량을 증가시켜 독성 인자에 반응하는 것처럼 동시에 병원체에 유리한 숙주가됩니다. 수십 년 전, 박테리아에서 병원성 메커니즘을 탐구하는 과학자들은 '호스트의 숙주 현상'을 발전시켜 병원체가 감염된 숙주 방어를 손상시켜 영양소를 추출했습니다 (Garber 1960). 현대에는 영양소 이득을 위해 식물 세포를 조작하는 병원체의 능력에 중점을 둔 상대적으로 적은 연구가 있습니다 (Van Schie and Takken 2014). 감염하에 식물에서 감수성 인자로 작용할 수있는 분자의 정체성 및 신호 전달 경로에 대한 정보는 병원체의 작용을 저지하고 식물에 유리한 균형을 유지하기위한 접근 방식을 고안하는 데 도움이 될 수 있습니다.
식물과 병원체 사이의 분자 대화는 복잡합니다. 우리의 연구는 식물과 병원체 사이의 인터페이스에서 작동하는 세포 네트워크의 놀라운 소성을 강조합니다. 식물에 의해 활성화 된 형태 변화 신호 네트워크는 병원체의 똑같이 가단성 독성 인자에 대한 결과적인 반응 인 것으로 보인다. 최종 목표는이 식물성 통신 코드의 일반적인 규칙을 파악하는 데 남아 있습니다.
참조 :
- Asai, S. 및 K. Shirasu (2015). "포위 공격의 식물 세포 :식물 면역계 대 병원체 이펙터." 식물 생물학의 현재 의견 28 :1-8.
- Brauer, E.K., G. V. Popescu, D. K. Singh, M. Calviño, K. Gupta, B. Gupta, S. Chakravarthy 및 S.C. Popescu (2018). "통합 네트워크 중심의 접근 방식은 식물 저항성과 관련된 신호 경로 및 슈도모나스 시린지에 대한 감수성을 보여줍니다." PLOS 생물학 16 (12) :E2005956.
- Dangl, J. L. 및 J. D. Jones (2001). "감염에 대한 식물 병원체와 통합 방어 반응." 자연 411 (6839) :826.
- Garber, E. (1960). "성장 매체로서의 호스트." 뉴욕 과학 아카데미의 연대기 88 (1) :1187-1194.
- Horvath, D. M. (2018). "농작물 질병으로 인한 식량 안보에 대한 위협을 해결하기 위해 과학을 실천하는 것." 해충 관리에 대한 전망 29 (3) :130-133.
- Popescu, S.C. (2016). "단백질 네트워크 - 식물 과학의 발견을위한 원동력." 현재 식물 생물학 5 (1) :1.
- Popescu, S.C., G. V. Popescu, S. Bachan, Z. Zhang, M. Gerstein, M. Snyder 및 S.P. Dinesh-Kumar (2009). "Arabidopsis Thaliana의 MAPK 표적 네트워크는 기능성 단백질 마이크로 어레이를 사용하여 밝혀졌습니다." 유전자 및 발달 23 (1) :80-92.
- Toruño, T. Y., I. Stergiopoulos 및 G. Coaker (2016). "식물-경사 효과기 :공간 및 시간적 매너의 식물 방어를 방해하는 세포 프로브." 식물 병리학의 연례 검토 54 :419-441.
- Van Schie, C.C. 및 F. L. Takken (2014). "감수성 유전자 101 :좋은 숙주가되는 방법." 식물 병리학의 연례 검토 52 :551-581.
