مکانیسم های پاسخ های دفاعی ناشی از Systemin چیست؟

Systemin یک هورمون پپتیدی گیاهی شناخته شده است که نقش مهمی در تحریک پاسخ های دفاعی در گیاهان دارد. به عنوان یک تامین کننده Systemin، من شاهد افزایش علاقه به درک مکانیسم های پشت پاسخ های دفاعی ناشی از Systemin بوده ام. در این وبلاگ، مکانیسم‌های کلیدی حاکم بر این پاسخ‌ها را بررسی می‌کنم و اهمیت Systemin در حفاظت از گیاهان را برجسته می‌کنم.

Systemin Discovery و General Function

سیستمین اولین بار در گیاهان گوجه فرنگی کشف شد. این یک پپتید کوچک 18 آمینو اسیدی است که در پاسخ به زخمی که معمولاً در اثر حملات گیاهخوار یا آسیب مکانیکی ایجاد می شود، آزاد می شود. پس از آزاد شدن، Systemin به عنوان یک مولکول سیگنال عمل می کند و مجموعه ای از رویدادها را آغاز می کند که منجر به فعال شدن مکانیسم های دفاعی مختلف در گیاه می شود.

اتصال گیرنده و شروع سیگنال

اولین گام در پاسخ‌های دفاعی ناشی از سیستمین، اتصال سیستمین به گیرنده خاص آن بر روی غشای سلولی گیاهی است. گیرنده سیستمین در گیاهان گوجه فرنگی به عنوان یک گیرنده لوسین غنی از تکرار کیناز (LRR - RLK) به نام SR160 شناسایی شده است. هنگامی که Systemin به SR160 متصل می شود، فعالیت کیناز گیرنده را فعال می کند. این رویداد فسفوریلاسیون یک واکنش زنجیره‌ای را در سلول ایجاد می‌کند، شبیه به نحوه راه‌اندازی یک کلید یک ماشین پیچیده.

سپس گیرنده فعال شده، مولکول های سیگنالینگ پایین دست را جذب و فسفریله می کند. این مولکول ها اغلب در آبشار MAPK (میتوژن - پروتئین کیناز فعال) نقش دارند. آبشار MAPK یک مسیر سیگنالینگ بسیار حفاظت شده در گیاهان و حیوانات است. در زمینه سیگنالینگ Systemin، فعال شدن MAPK ها منجر به فسفوریلاسیون فاکتورهای رونویسی می شود. این فاکتورهای رونویسی پروتئین هایی هستند که می توانند به توالی های DNA خاصی متصل شوند و بیان ژن ها را تنظیم کنند.

فعال سازی مسیر اسید جاسمونیک

یکی از مهمترین اثرات پایین دست سیگنالینگ Systemin فعال شدن مسیر اسید جاسمونیک (JA) است. JA یک هورمون گیاهی شناخته شده است که در واکنش های استرسی مختلف از جمله دفاع در برابر گیاهخواران نقش دارد.

هنگامی که Systemin آبشار MAPK را فعال می کند، در نهایت منجر به سنتز JA می شود. سنتز JA با آزاد شدن اسید لینولنیک از غشای سلولی شروع می شود. سپس لینولنیک اسید از طریق یک سری واکنش های آنزیمی به اسید 12-oxo-phytodienoic (OPDA) تبدیل می شود. سپس OPDA به پراکسی زوم منتقل می شود و در آنجا بیشتر به JA تبدیل می شود.

هنگامی که JA سنتز شد، به گیرنده خود، COI1 (کروناتین - غیر حساس 1) متصل می شود. سپس کمپلکس JA - COI1 پروتئین های سرکوبگر خاص را برای تخریب هدف قرار می دهد. این پروتئین‌های سرکوب‌کننده معمولاً فعالیت فاکتورهای رونویسی را که در بیان ژن‌های مربوط به دفاع نقش دارند، مهار می‌کنند. با تخریب سرکوبگرها، فاکتورهای رونویسی آزاد هستند تا به نواحی پروموتور ژن های مرتبط با دفاع متصل شوند و رونویسی آنها را آغاز کنند.

بیان دفاع - ژن های مرتبط

فعال شدن مسیر JA منجر به افزایش تنظیم تعداد زیادی از ژن های مرتبط با دفاع می شود. این ژن ها برای انواع پروتئین ها با عملکردهای مختلف در دفاع از گیاهان کد می کنند.

برخی از ژن ها برای مهارکننده های پروتئاز کد می کنند. مهارکننده های پروتئاز پروتئین هایی هستند که می توانند فعالیت پروتئازها را در روده علفخواران مهار کنند. هنگامی که گیاهخواران از گیاهانی تغذیه می کنند که مهارکننده های پروتئاز را بیان می کنند، هضم آنها مختل می شود، زیرا پروتئازها برای تجزیه پروتئین های موجود در غذا ضروری هستند. این باعث کاهش ارزش غذایی گیاه برای گیاهخوار می شود و در نهایت می تواند منجر به کاهش رشد و بقای گیاهخوار شود.

سایر ژن های مرتبط با دفاع، پروتئین های دخیل در سنتز متابولیت های ثانویه را کد می کنند. متابولیت های ثانویه مانند آلکالوئیدها، فنولیک ها و ترپنوئیدها عملکردهای مختلفی در دفاع از گیاهان دارند. به عنوان مثال، برخی از آلکالوئیدها می توانند برای گیاهخواران سمی باشند، در حالی که فنول ها می توانند به عنوان آنتی اکسیدان عمل کنند و همچنین دارای خواص ضد میکروبی هستند.

سیگنالینگ سیستمیک

یکی از ویژگی های قابل توجه پاسخ های دفاعی ناشی از سیستمین، توانایی آن در تحریک پاسخ های سیستمیک است. هنگامی که بخشی از گیاه آسیب می بیند، Systemin نه تنها پاسخ های دفاعی را در بافت آسیب دیده، بلکه در سایر قسمت های گیاه که مستقیماً تحت تأثیر قرار نمی گیرند، فعال می کند.

تصور می شود که سیگنال دهی سیستمیک شامل حرکت خود Systemin یا سایر مولکول های سیگنال دهنده از طریق آبکش است. هنگامی که Systemin یا سیگنال‌های پایین‌دست آن به نقاط دوردست گیاه می‌رسند، همان آبشار دفاعی - سیگنالینگ را که در بافت آسیب‌دیده وجود دارد، آغاز می‌کنند. این به گیاه اجازه می دهد تا تمام بدن خود را برای حملات احتمالی گیاهخوار آماده کند، حتی اگر در ابتدا فقط قسمت کوچکی از گیاه آسیب دیده باشد.

مقایسه با سایر سیستم های سیگنالینگ پپتیدی

در دنیای سیگنال دهی پپتیدهای گیاهی، Systemin تنها بازیکن نیست. پپتیدهای دیگری مانندآنورفین A (1 - 9)،پپتید مرتبط با پیام گالانین (44 - 59) آمید، و6×پپتید اوکه نقش مهمی در فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف دارند.

در حالی که این پپتیدها عملکردها و مکانیسم های سیگنال دهی متفاوتی در مقایسه با Systemin دارند، اما همه آنها ویژگی مشترکی دارند که مولکول های کوچک و زیست فعال هستند که می توانند پاسخ های خاصی را در گیاهان یا موجودات دیگر ایجاد کنند. به عنوان مثال، Dynorphin A (1 - 9) در زمینه تعدیل درد در حیوانات مورد مطالعه قرار گرفته است، اما نقش بالقوه آن در گیاهان یا سایر سیستم های غیر حیوانی هنوز یک منطقه تحقیقاتی است.

پیامدها برای کشاورزی

درک مکانیسم‌های پاسخ‌های دفاعی ناشی از سیستمین پیامدهای مهمی برای کشاورزی دارد. با تقویت مسیر سیگنالینگ Systemin، به طور بالقوه می‌توانیم قابلیت‌های دفاعی طبیعی محصولات را در برابر علف‌خواران و آفات بهبود ببخشیم. این می تواند وابستگی به آفت کش های شیمیایی را کاهش دهد که اثرات زیست محیطی منفی دارند.

به عنوان مثال، تکنیک های مهندسی ژنتیک را می توان برای بیان بیش از حد Systemin یا گیرنده آن در محصولات استفاده کرد. این امر منجر به فعال‌سازی قوی‌تر دفاع - آبشار سیگنالینگ و محافظت بهتر در برابر حملات گیاه‌خوار می‌شود. علاوه بر این، دانش سیگنال دهی Systemin را می توان در توسعه آفت کش های زیستی جدید که عملکرد Systemin را تقلید کرده یا فعالیت آن را افزایش می دهد، استفاده کرد.

نتیجه گیری

در نتیجه، پاسخ های دفاعی ناشی از سیستمین یک فرآیند پیچیده و بسیار تنظیم شده است. از اتصال اولیه Systemin به گیرنده‌اش، از طریق فعال‌سازی آبشار MAPK و مسیر JA، تا بیان ژن‌های مرتبط با دفاع و سیگنال‌دهی سیستمیک، هر مرحله برای توانایی گیاه در دفاع از خود در برابر گیاه‌خواران حیاتی است.

به عنوان یک تامین کننده Systemin، من در مورد کاربردهای بالقوه Systemin در تحقیقات کشاورزی و گیاهی هیجان زده هستم. اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد Systemin هستید یا قصد خرید Systemin را برای نیازهای تحقیقاتی یا کشاورزی خود دارید، به شما توصیه می کنم برای بحث در مورد خرید صحبت کنید. درک مکانیسم‌های پاسخ‌های دفاعی ناشی از Systemin نه تنها از منظر علمی جذاب است، بلکه نویدبخش یک رویکرد پایدارتر و سازگار با محیط زیست برای حفاظت از گیاهان است.

مراجع

1. پیرس، جی.، استریدوم، دی.، جانسون، اس.، و رایان، کالیفرنیا (1991). یک پلی پپتید از برگ های گوجه فرنگی سنتز مهارکننده پروتئیناز ناشی از زخم را القا می کند. علم، 253(5024)، 895 - 898.
2. رایان، کالیفرنیا، و پیرس، جی (2003). Systemin: یک سیگنال پلی پپتیدی برای پاسخ های دفاعی گیاه. Annual Review of Plant Biology, 54, 111 - 136.
3. Wasternack، C.، & Hause، B. (2013). جاسمونات ها: بیوسنتز، ادراک، انتقال سیگنال و عمل در پاسخ به تنش گیاه، رشد و نمو. به روز رسانی به بررسی سال 2007 در Annals of Botany. Annals of Botany، 111(1)، 1021 - 1058.