กลไกของการตอบสนองการป้องกันที่เกิดจาก Systemin คืออะไร?

ซิสเต็มมินเป็นฮอร์โมนเปปไทด์จากพืชที่รู้จักกันดี ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกระตุ้นการตอบสนองการป้องกันในพืช ในฐานะซัพพลายเออร์ของ Systemin ฉันได้เห็นความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการทำความเข้าใจกลไกเบื้องหลังการตอบสนองด้านการป้องกันที่กระตุ้นให้เกิด Systemin ในบล็อกนี้ ฉันจะเจาะลึกกลไกสำคัญที่ควบคุมการตอบสนองเหล่านี้ โดยเน้นความสำคัญของ Systemin ในการปกป้องพืช

Systemin Discovery และฟังก์ชั่นทั่วไป

ซิสเต็มมินถูกค้นพบครั้งแรกในต้นมะเขือเทศ เป็นเปปไทด์กรดอะมิโน 18 ขนาดเล็กที่ถูกปล่อยออกมาเพื่อตอบสนองต่อการบาดเจ็บ โดยทั่วไปมีสาเหตุมาจากการโจมตีของสัตว์กินพืชหรือความเสียหายทางกล เมื่อปล่อยออกมา Systemin จะทำหน้าที่เป็นโมเลกุลสัญญาณ ก่อให้เกิดเหตุการณ์ต่างๆ ที่นำไปสู่การกระตุ้นกลไกการป้องกันต่างๆ ในโรงงาน

การผูกตัวรับและการเริ่มต้นสัญญาณ

ขั้นตอนแรกในการตอบสนองการป้องกันที่เกิดจาก Systemin คือการจับกันของ Systemin กับตัวรับจำเพาะของมันบนเยื่อหุ้มเซลล์ของพืช ตัวรับของ Systemin ในต้นมะเขือเทศถูกระบุว่าเป็นตัวรับซ้ำที่อุดมไปด้วยลิวซีนคล้ายไคเนส (LRR - RLK) ที่เรียกว่า SR160 เมื่อ Systemin จับกับ SR160 มันจะกระตุ้นกิจกรรมไคเนสของตัวรับ เหตุการณ์ฟอสโฟรีเลชั่นนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ภายในเซลล์ คล้ายกับการที่กุญแจสตาร์ทเครื่องจักรที่ซับซ้อน

ตัวรับที่ถูกกระตุ้นจะรับสมัครและฟอสโฟรีเลทโมเลกุลส่งสัญญาณดาวน์สตรีม โมเลกุลเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับน้ำตก MAPK (ไมโตเจน - แอคติเวตโปรตีนไคเนส) น้ำตก MAPK เป็นเส้นทางส่งสัญญาณที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงในพืชและสัตว์ ในบริบทของการส่งสัญญาณ Systemin การเปิดใช้งาน MAPK จะนำไปสู่ฟอสโฟรีเลชั่นของปัจจัยการถอดรหัส ปัจจัยการถอดรหัสเหล่านี้เป็นโปรตีนที่สามารถจับกับลำดับดีเอ็นเอจำเพาะและควบคุมการแสดงออกของยีน

การเปิดใช้งานทางเดินกรด Jasmonic

ผลกระทบปลายน้ำที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของการส่งสัญญาณของ Systemin คือการกระตุ้นทางเดินกรด jasmonic (JA) JA เป็นฮอร์โมนพืชที่รู้จักกันดีซึ่งเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อความเครียดต่างๆ รวมถึงการป้องกันสัตว์กินพืช

เมื่อ Systemin เปิดใช้งาน MAPK cascade ในที่สุดก็จะนำไปสู่การสังเคราะห์ JA การสังเคราะห์ JA เริ่มต้นด้วยการปล่อยกรดไลโนเลนิกออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ กรดไลโนเลนิกจะถูกแปลงเป็นกรด 12 - ออกโซ - ไฟโตไดอีโนอิก (OPDA) โดยผ่านปฏิกิริยาของเอนไซม์หลายชุด จากนั้น OPDA จะถูกส่งไปยังเปอร์รอกซิโซม จากนั้นจะถูกแปลงเป็น JA ต่อไป

เมื่อ JA ถูกสังเคราะห์ขึ้น มันจะจับกับตัวรับ COI1 (ไม่ไวต่อโคโรนาไทน์ 1) จากนั้น สารเชิงซ้อน JA - COI1 จะมุ่งเป้าไปที่โปรตีนรีเพรสเซอร์จำเพาะเพื่อการย่อยสลาย โดยปกติโปรตีนรีเพรสเซอร์เหล่านี้จะยับยั้งการทำงานของปัจจัยการถอดรหัสที่เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกัน ด้วยความเสื่อมโทรมของตัวอัดแรงดัน ปัจจัยการถอดรหัสมีอิสระที่จะจับกับบริเวณโปรโมเตอร์ของยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกัน และเริ่มการถอดรหัส

การแสดงออกของการป้องกัน - ยีนที่เกี่ยวข้อง

การเปิดใช้งานวิถี JA นำไปสู่การควบคุมยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันจำนวนมาก ยีนเหล่านี้เข้ารหัสโปรตีนหลายชนิดโดยมีหน้าที่ต่างกันในการป้องกันพืช

รหัสยีนบางส่วนสำหรับสารยับยั้งโปรตีเอส สารยับยั้งโปรตีเอสคือโปรตีนที่สามารถยับยั้งการทำงานของโปรตีเอสในลำไส้ของสัตว์กินพืชได้ เมื่อสัตว์กินพืชกินพืชที่มีสารยับยั้งโปรตีเอส การย่อยอาหารของพวกมันจะหยุดชะงัก เนื่องจากโปรตีเอสจำเป็นต่อการทำลายโปรตีนในอาหาร สิ่งนี้จะลดคุณค่าทางโภชนาการของพืชสำหรับสัตว์กินพืชและในที่สุดสามารถนำไปสู่การเจริญเติบโตและการอยู่รอดของสัตว์กินพืชที่ลดลงได้ในที่สุด

รหัสยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันอื่นๆ สำหรับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สารทุติยภูมิ สารทุติยภูมิ เช่น อัลคาลอยด์ ฟีนอล และเทอร์พีนอยด์ มีหน้าที่หลายอย่างในการป้องกันพืช ตัวอย่างเช่น อัลคาลอยด์บางชนิดอาจเป็นพิษต่อสัตว์กินพืช ในขณะที่ฟีนอลสามารถทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระและยังมีคุณสมบัติต้านจุลชีพอีกด้วย

การส่งสัญญาณอย่างเป็นระบบ

คุณสมบัติที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของการตอบสนองการป้องกันที่เกิดจาก Systemin คือความสามารถในการกระตุ้นการตอบสนองที่เป็นระบบ เมื่อส่วนหนึ่งของพืชได้รับความเสียหาย Systemin ไม่เพียงกระตุ้นการตอบสนองการป้องกันในเนื้อเยื่อที่เสียหายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนอื่น ๆ ของพืชที่ไม่ได้รับผลกระทบโดยตรงด้วย

คิดว่าการส่งสัญญาณเชิงระบบเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของซิสเต็มมินเองหรือโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ ผ่านทางโฟลเอ็ม เมื่อ Systemin หรือสัญญาณดาวน์สตรีมไปถึงส่วนที่ห่างไกลของพืช พวกมันจะเริ่มการป้องกันแบบเดียวกัน - ส่งสัญญาณน้ำตกเช่นเดียวกับในเนื้อเยื่อที่เสียหาย สิ่งนี้ช่วยให้พืชสามารถเตรียมร่างกายทั้งหมดให้พร้อมสำหรับการโจมตีของสัตว์กินพืช แม้ว่าพืชจะได้รับความเสียหายเพียงส่วนเล็กๆ ในตอนแรกก็ตาม

เปรียบเทียบกับระบบส่งสัญญาณเปปไทด์อื่นๆ

ในโลกของการส่งสัญญาณเปปไทด์จากพืช Systemin ไม่ใช่ผู้เล่นเพียงคนเดียว นอกจากนี้ยังมีเปปไทด์อื่นๆ อีก เช่นแอนนอร์ฟิน เอ (1 - 9)-ข้อความกาลานินที่เกี่ยวข้องกับเปปไทด์ (44 - 59) เอไมด์, และ6×เปปไทด์ของเขาซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางสรีรวิทยาต่างๆ

แม้ว่าเปปไทด์เหล่านี้จะมีหน้าที่และกลไกการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับ Systemin แต่เปปไทด์ทั้งหมดมีลักษณะร่วมกันของการเป็นโมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพขนาดเล็ก ซึ่งสามารถกระตุ้นการตอบสนองเฉพาะในพืชหรือสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ตัวอย่างเช่น Dynorphin A (1 - 9) ได้รับการศึกษาในบริบทของการปรับความเจ็บปวดในสัตว์ แต่บทบาทที่เป็นไปได้ในพืชหรือระบบอื่นๆ ที่ไม่ใช่สัตว์ยังคงเป็นพื้นที่ของการวิจัย

ผลกระทบต่อการเกษตร

การทำความเข้าใจกลไกของการตอบสนองการป้องกันที่เกิดจาก Systemin มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเกษตร ด้วยการปรับปรุงเส้นทางการส่งสัญญาณของ Systemin เราสามารถปรับปรุงความสามารถในการป้องกันตามธรรมชาติของพืชจากสัตว์กินพืชและแมลงศัตรูพืชได้ สิ่งนี้สามารถลดการพึ่งพาสารเคมีกำจัดศัตรูพืชซึ่งมีผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อม

ตัวอย่างเช่น เทคนิคทางพันธุวิศวกรรมสามารถใช้เพื่อแสดงออกมากเกินไปของ Systemin หรือตัวรับของมันในพืชผลได้ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเปิดใช้งานการป้องกันที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น - การส่งสัญญาณน้ำตกและการป้องกันการโจมตีของสัตว์กินพืชที่ดีขึ้น นอกจากนี้ ความรู้เกี่ยวกับการส่งสัญญาณของ Systemin ยังสามารถนำมาใช้ในการพัฒนาสารกำจัดศัตรูพืชทางชีวภาพชนิดใหม่ที่เลียนแบบการออกฤทธิ์ของ Systemin หรือเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของมัน

บทสรุป

โดยสรุป การตอบสนองการป้องกันที่เกิดจาก Systemin เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีการควบคุมอย่างเข้มงวด ตั้งแต่การจับครั้งแรกของ Systemin ไปจนถึงตัวรับ ผ่านการเปิดใช้งาน MAPK cascade และวิถีทาง JA ไปจนถึงการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันและการส่งสัญญาณที่เป็นระบบ ทุกขั้นตอนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสามารถของพืชในการป้องกันตัวเองจากสัตว์กินพืช

ในฐานะซัพพลายเออร์ของ Systemin ฉันรู้สึกตื่นเต้นกับการประยุกต์ใช้ Systemin ที่มีศักยภาพในด้านการเกษตรและการวิจัยพืช หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Systemin หรือกำลังพิจารณาซื้อ Systemin เพื่อการวิจัยหรือความต้องการด้านการเกษตรของคุณ ฉันขอแนะนำให้คุณติดต่อเพื่อหารือเกี่ยวกับการจัดซื้อจัดจ้าง การทำความเข้าใจกลไกของการตอบสนองการป้องกันที่เกิดจาก Systemin ไม่เพียงแต่น่าสนใจจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีสำหรับแนวทางการคุ้มครองพืชที่ยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

อ้างอิง

1. Pearce, G., Strydom, D., Johnson, S., และ Ryan, CA (1991) โพลีเปปไทด์จากใบมะเขือเทศทำให้เกิดการสังเคราะห์โปรตีเอสติเนสที่ทำให้เกิดบาดแผล วิทยาศาสตร์, 253(5024), 895 - 898.
2. ไรอัน แคลิฟอร์เนีย และเพียร์ซ จี. (2003) Systemin: สัญญาณโพลีเปปไทด์สำหรับการตอบสนองการป้องกันพืช การทบทวนชีววิทยาพืชประจำปี, 54, 111 - 136.
3. Wasternack, C. , และ Hause, B. (2013) ดอกจัสโมเนต: การสังเคราะห์ทางชีวภาพ การรับรู้ การถ่ายทอดสัญญาณ และการออกฤทธิ์ในการตอบสนองต่อความเครียด การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช การอัปเดตการทบทวนในปี 2550 ใน พงศาวดารของพฤกษศาสตร์ พงศาวดารพฤกษศาสตร์ 111(1) 1021 - 1058