FLS2
Odkryto, że geny FLS biorą udział w przyjmowaniu flageliny przez bakterie. FLS1 był oryginalnym genem , który okazał się odpowiadać określonemu ekotypowi w Arabidopsis thaliana . Mimo to dalsze badania wykazały istnienie drugiego genu FLS, znanego jako FLS2 , który jest również powiązany z odbiorem flageliny. FLS2 i FLS1 to różne geny o różnych obowiązkach, ale są genetycznie spokrewnione. FLS2 koncentruje się w szczególności na obronie roślin i bierze udział w promowaniu kaskady kinaz MAP . Mutacje w FLS2 mogą powodować infekcję bakteryjną poprzez brak odpowiedzi na flg22. Dlatego FLS2 jest powiązanie z flg22, podczas gdy jego drugorzędnym celem jest zaangażowanie w promowanie kaskady kinazy MAP w obronie roślin.
FLS2 i jego podobieństwa do kinaz receptoropodobnych HOLAKHEASEN
FLS2 jest uważany za kinazę podobną do receptora (RLK). RLK są bardzo podobne do kinaz tyrozynowych , ale różnią się tym, że kinazy tyrozynowe są obecne u ssaków, a RLK są specyficzne dla roślin. RLK to białka transbłonowe , które składają się z wewnętrznych, zewnętrznych i centralnych regionów błony. Będąc białkami, mają również domenę na końcu aminowym i domenę kinazy na końcu karboksylowym. RLK odgrywają ważną rolę w odbiorze roślin, co zostanie pokazane za pomocą FLS2 . BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1) to kolejny ważny RLK z wieloma podobieństwami do FLS2. Pomimo wielu wspólnych elementów sygnalizacyjnych, FLS2 i BRI1 mają bardzo różny wpływ na komórkę.
Struktura FLS2
FLS2 składa się z 3 domen: zewnątrzkomórkowej, transbłonowej i wewnątrzkomórkowej. Domena zewnątrzkomórkowa jest znana jako powtórzeń bogatych w leucynę (LRR). Mówi się, że właśnie w tym regionie, który jest końcem aminowym, oddziałuje bezpośrednio z flageliną, inicjując odpowiedź FLS2 na flg22. Domena transbłonowa to miejsce, w którym białka przechodzą z zewnątrzkomórkowego do wewnątrzkomórkowego. Region ten jest zwykle bardzo stabilny termodynamicznie i występuje tylko w błonie fosfolipidowej między komórkami. Domena wewnątrzkomórkowa to domena kinazy serynowo/treoninowej. W tej domenie fosforylacja katalizuje kaskadę kinazy białkowej prowadzącą do odpowiedzi. W FLS2 ta odpowiedź wywołuje zmiany we wzroście i obronie roślin.
Ektopowa ekspresja FLS2
Jednym z eksperymentów przeprowadzonych w celu wykazania zaangażowania FLS2 w percepcję flageliny była ektopowa ekspresja FLS2 przy użyciu promotora genu CaMV 35S w jednej roślinie Arabidopsis thaliana typu dzikiego i dwóch rzekomo zmutowanych roślinach Arabidopsis thaliana . Roślinę Arabidopsis typu dzikiego oznaczono jako Col-0, a dwa mutanty oznaczono jako 35S:: FLS2 - col2 i 35S:: FLS2 - col4 . W tym eksperymencie zmiennymi branymi pod uwagę jako wykazujące postrzeganie flageliny po potraktowaniu flg22 było odkładanie kalozy i wytwarzanie aktywnych form tlenu, jak wskazano w poprzednich badaniach (Gomez-Gomez i in. 1999). Wyniki tego badania pokazały kilka rzeczy. Pierwszą rzeczą, którą wykazała, była odpowiedź w postaci odkładania kalozy 12 godzin po traktowaniu tylko w jednym typie rośliny, którym był mutant 35S:: FLS2 - col2 . W typie dzikim i zmutowanym 35S:: FLS2 - col4 nie wykryto odkładania kalozy w roślinach, które wykazywały obniżony poziom FLS2 . W bezpośredniej korelacji z odpowiedzią na odkładanie kalozy, drugą zaobserwowaną rzeczą był test oparty na luminolu, który wykazał wybuch oksydacyjny w tkankach liści trzech typów roślin. Test oparty na luminolu wykazał szybką i silną odpowiedź oksydacyjną w mutancie 35S:: FLS2 - col2 z traktowaniem 10 nM flg22, podczas gdy traktowanie 10 nM flg22 w mutancie 35S:: FLS2 - col4 nie było w stanie wywołać żadnej odpowiedzi oksydacyjnej, która byłaby występują naturalnie w roślinach Arabidopsis typu dzikiego . Mimo to wyższe poziomy leczenia flg22 wywołałyby odpowiedź oksydacyjną, ale nieistotną w porównaniu z typem dzikim. Ostatnią rzeczą obserwowaną w tym eksperymencie było traktowanie flg22 w odniesieniu do hamowania wzrostu sadzonek T2. Zahamowanie wzrostu 35S:: FLS2 - col2 było większe niż u typu dzikiego po traktowaniu flg22, podczas gdy 35S:: FLS2 - col4 wykazywało zmniejszone zahamowanie wzrostu w porównaniu z roślinami typu dzikiego po traktowaniu flg22, co jest odwrotnością odpowiedzi oksydacyjnej u tych dwóch mutantów w stosunku do typu dzikiego.
Zaangażowanie FLS2 w odpowiedzi obronne
W ten sam sposób, w jaki ssaki i owady mają wrodzoną odpowiedź odpornościową na patogeny, rośliny mają podobny, ale zmodyfikowany system obronny. Największa różnica między roślinami, ssakami i owadami polega na tym, że ssaki i owady nie są nieruchome jak rośliny, dlatego system obronny rośliny jest bardziej złożony i bardziej zależny od ścieżek sygnałowych, aby powiadomić roślinę o tym, co może potencjalnie zaatakować. Mając to na uwadze, ważne jest, aby wszystkie bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne dzieliły flagelinę. Gdy rośliny są nieruchome, rośliny mogą rozpoznać określony wzór molekularny flageliny w celu określenia bakterii fitopatogennych w obronie roślin. Jak odkryto w badaniu ektopowej ekspresji FLS2 , FLS2 jest bezpośrednio powiązany z percepcją flageliny, więc poprzez odkrycie i naturalną drogę rośliny, FLS2 jest genem odpowiedzialnym za percepcję flageliny, która sygnalizuje odpowiedź obronną rośliny. Nie wszystko jest tutaj ustalone, ponieważ, jak wspomniano wcześniej, bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne dzielą flagellinę, co oznacza, że rośliny nie są w stanie odróżnić bakterii azjadliwych od zjadliwych. Może to być niezwykle przydatne, gdy występuje obfitość bakterii chorobotwórczych, jednak może to również okazać się nieskuteczne, gdy występuje reakcja obronna roślin z powodu postrzegania przez flageliny bakterii niezjadliwych, a przynajmniej tak mogłoby się wydawać. W rzeczywistości reakcje obronne bakterii niezjadliwych są wyższe niż reakcje obronne bakterii zjadliwych ze względu na obecność wielu specyficznych elicytorów. Hutcheson (1997) stwierdził, że trzeciorzędowe i czwartorzędowe struktury elicytorów białkowych są zależne od ich aktywności. Mimo to produkty genów oporności są powszechnie spotykane w domenach powtórzeń bogatych w leucynę, które są domeną zewnątrzkomórkową FLS2 , a geny hrp są bezpośrednio związane z wywoływaniem choroby i nadwrażliwością na oporne rośliny. Krótko mówiąc, im więcej elicytorów jest obecnych w percepcji flageliny, tym silniejsza będzie reakcja obronna roślin niezależnie od zjadliwości. Po prostu azjadliwy patogen częściej wytwarza więcej elicytorów.
Ekspresja FLS2 z Arabidopsis w komórkach pomidora
Projekt tego doświadczenia jest podobny do wcześniejszej literatury z iw przeciwieństwie do tych dwóch publikacji, w tej publikacji promotorem użytym był promotor wirusa mozaiki kalafiora 35S stosowany do ekspresji sekwencji kodujących FLS2 połączonych z potrójnym znacznikiem c-myc. To, co dzieje się z FLS2 u rzodkiewnika , jest znane, ale niniejsze badanie skupia się na tym, jak gen FLS2 u rzodkiewnika może wpływać na roślinę zawierającą gen FLS2 , który nie reaguje podobnie jak rzodkiewnik . Figura 1 pokazuje, jak komórki pomidora bez wprowadzenia genu FLS2 Arabidopsis nie wykazują żadnej odpowiedzi na percepcję flg15 lub flg22. Jednak patrząc na FLS2 Arabidopsis i komórki pomidora z dodanym genem FLS2 Arabidopsis , jasne jest, że odpowiedzi są podobne ze względu na obecność genu FLS2 Arabidopsis .
Odpowiedź alkalizacji wywołana przez pochodną flageliny flg22-ΔA 16/17
Alkalizacja została wykorzystana do pokazania strumieni jonów przez membrany w poprzedniej literaturze. W tym badaniu alkalizacja indukowana przez pochodną flageliny flg22-ΔA 16/17 w roślinach pomidora wykazujących ekspresję genu FLS2 Arabidopsis . Do wywołania odpowiedzi w tego typu roślinach zastosowano alkizację zewnątrzkomórkową. Alkalizacja nie miała wpływu na nietraktowane rośliny pomidora, ale wykazano zwiększoną aktywność wiązania z FLS2 bez wzrostu wrażliwości na flg22 w roślinach pomidora wykazujących ekspresję genu FLS2 Arabidopsis . Ten brak wzrostu wrażliwości można przypisać wielu czynnikom, które są nieznane, ale stawia się hipotezę. Mimo to wiązanie roślin pomidora wykazujących ekspresję FLS2 Arabidopsis wykazywało podobną wrażliwość flg15 do wrażliwości normalnych roślin pomidora. Wskazuje to, że zarówno FLS2 Arabidopsis, jak i gen FLS2 rośliny pomidora działają w roślinach pomidora wykazujących ekspresję genu FLS2 Arabidopsis . Gen FLS2 Arabidopsis odpowiada na flg22, a naturalny gen FLS2 pomidora odpowiada na flg15. Ponadto gen FLS2 pomidora został przeanalizowany pod kątem wszelkich pochodnych, które mogą być odpowiedzialne za ekspresję genów. Stwierdzono, że chociaż mniej aktywna niż flg22, jej pochodna flg22-ΔA 16/17 wywołuje średnią odpowiedź alkalizacji w genie FLS2 Arabidopsis zarówno w roślinach Arabidopsis , jak i pomidorach wykazujących ekspresję genu FLS2 Arabidopsis . Zasadniczo większość percepcji flageliny występującej w roślinach pomidora wykazujących ekspresję FLS2 Arabidopsis występuje z powodu genu FLS2 Arabidopsis , podczas gdy niewielką część percepcji flageliny można przypisać genowi FLS2 pomidora .