Jakie są interakcje pomiędzy Systeminem a reaktywnymi formami tlenu w roślinach?
W dziedzinie biologii roślin skomplikowana sieć szlaków sygnałowych i interakcji molekularnych nadal fascynuje zarówno badaczy, jak i podmioty z branży. Jako dostawca Systemin byłem świadkiem rosnącego zainteresowania zrozumieniem złożonego związku pomiędzy Systeminem a reaktywnymi formami tlenu (ROS) roślin. W tym poście na blogu zagłębimy się w szczegóły tych interakcji, badając ich znaczenie w obronie, wzroście i rozwoju roślin.
Systemin: kluczowy gracz w sygnalizacji roślinnej
Systemina jest dobrze znanym roślinnym hormonem peptydowym, który odgrywa kluczową rolę w ogólnoustrojowej odpowiedzi roślin pomidora na rany. Odkryta w latach 90. XX wieku Systemina pochodzi z większego białka prekursorowego, prosysteminy. Kiedy roślina zostanie zraniona, na przykład przez roślinożercę owada lub uszkodzenie mechaniczne, Systemina uwalnia się do apoplastu. Następnie wiąże się ze specyficznym receptorem na powierzchni sąsiadujących komórek, uruchamiając kaskadę zdarzeń sygnalizacyjnych.
Wiązanie Systeminy z jej receptorem aktywuje szereg wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych. Jeden z początkowych etapów obejmuje aktywację kinaz białkowych aktywowanych mitogenami (MAPK). Kinazy te fosforylują różne dalsze cele, prowadząc do transkrypcyjnej aktywacji genów związanych z obroną. Geny indukowane przez Systemin często biorą udział w wytwarzaniu inhibitorów proteaz, które mogą odstraszać zwierzęta roślinożerne poprzez zakłócanie ich trawienia.
Reaktywne formy tlenu w roślinach
Reaktywne formy tlenu to wysoce reaktywne cząsteczki, które obejmują aniony ponadtlenkowe (O₂⁻), nadtlenek wodoru (H₂O₂) i rodniki hydroksylowe (·OH). W roślinach RFT powstają jako produkty uboczne normalnych procesów metabolicznych, takich jak fotosynteza i oddychanie. Jednak ich produkcję można również znacznie zwiększyć w odpowiedzi na różne stresy biotyczne i abiotyczne.
W normalnych warunkach rośliny mają dobrze rozwinięty system obrony antyoksydacyjnej, aby utrzymać równowagę poziomów RFT. System ten obejmuje enzymy, takie jak dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), katalaza (CAT) i peroksydaza askorbinianowa (APX), a także nieenzymatyczne przeciwutleniacze, takie jak kwas askorbinowy i glutation. Kiedy rośliny są narażone na stres, produkcja ROS może przekroczyć możliwości układu antyoksydacyjnego, co prowadzi do stresu oksydacyjnego.
Interakcje pomiędzy Systeminem i ROS
Produkcja ROS uruchomiona przez Systemin
Jedną z najważniejszych interakcji pomiędzy Systeminem i ROS jest zdolność Systeminy do indukowania produkcji ROS w komórkach roślinnych. Kiedy Systemina wiąże się ze swoim receptorem, aktywuje kaskadę sygnalizacyjną, która ostatecznie prowadzi do aktywacji oksydaz NADPH. Enzymy te są odpowiedzialne za wytwarzanie anionów ponadtlenkowych w błonie komórkowej. Aniony ponadtlenkowe są następnie szybko przekształcane w nadtlenek wodoru za pomocą SOD.
Produkcja RFT w odpowiedzi na Systemin jest ważną częścią mechanizmu obronnego rośliny. ROS mogą bezpośrednio uszkadzać błony i makrocząsteczki atakujących patogenów. Mogą również działać jako cząsteczki sygnalizacyjne, wyzwalając aktywację dalszych genów związanych z obroną. Na przykład nadtlenek wodoru może dyfundować przez błony komórkowe i aktywować czynniki transkrypcyjne zaangażowane w ekspresję genów kodujących inhibitory proteaz i inne białka obronne.
ROS – pośredniczona regulacja sygnalizacji systemowej
Z drugiej strony ROS może również regulować szlak sygnalizacyjny Systemin. Wysokie poziomy ROS mogą powodować uszkodzenia oksydacyjne białek i lipidów w komórce, w tym składników szlaku sygnałowego Systemin. Na przykład ROS mogą utleniać reszty cysteiny w białkach, prowadząc do zmian w ich strukturze i funkcji. Może to wzmacniać lub hamować aktywność białek zaangażowanych w sygnalizację Systeminy.
W niektórych przypadkach ROS mogą działać jako pozytywne regulatory sygnalizacji Systemin. Na przykład niski poziom nadtlenku wodoru może nasilać fosforylację MAPK, które są kluczowymi składnikami kaskady sygnalizacyjnej Systemin. Może to prowadzić do silniejszej aktywacji genów związanych z obroną. Jednak nadmierna produkcja ROS może również mieć negatywny wpływ na sygnalizację Systemin. Stres oksydacyjny może powodować inaktywację białek sygnalizacyjnych, co prowadzi do zakłócenia odpowiedzi obronnej.
Rola w sygnalizacji systemowej
Interakcja między Systeminą i ROS jest również ważna dla sygnalizacji ogólnoustrojowej u roślin. Kiedy roślina zostaje zraniona, lokalna produkcja Systeminy i RFT może wywołać reakcję ogólnoustrojową w nieuszkodzonych częściach rośliny. ROS mogą działać jak sygnały mobilne, dyfundując przez apoplast i symplast do sąsiednich komórek. Mogą również indukować produkcję innych cząsteczek sygnalizacyjnych, takich jak kwas jasmonowy, co może dodatkowo wzmacniać ogólnoustrojową odpowiedź obronną.
Konsekwencje dla zdrowia roślin i rolnictwa
Zrozumienie interakcji między Systeminem i ROS ma znaczące implikacje dla zdrowia roślin i rolnictwa. Manipulując szlakiem sygnałowym Systemina – ROS, możliwe może być wzmocnienie naturalnych mechanizmów obronnych rośliny przed szkodnikami i chorobami. Na przykład egzogenne zastosowanie Systeminy lub aktywacja sygnalizacji Systeminy można zastosować jako strategię ochrony upraw przed roślinożercami.
Co więcej, interakcję między Systeminą i ROS można również wykorzystać do poprawy tolerancji roślin na stresy abiotyczne. Ponieważ ROS biorą udział zarówno w reakcjach na stres biotyczny, jak i abiotyczny, aktywacja szlaku Systemina - ROS może pomóc roślinom lepiej radzić sobie z wyzwaniami środowiskowymi, takimi jak susza, zasolenie i ekstremalne temperatury.
Nasze produkty i ich znaczenie
Jako dostawca Systemin jesteśmy zobowiązani do dostarczania wysokiej jakości produktów do zastosowań badawczych i rolniczych. Nasze peptydy Systemin są starannie syntetyzowane i oczyszczane, aby zapewnić ich aktywność biologiczną. Oprócz Systemin oferujemy również szereg pokrewnych peptydów, które można wykorzystać do badania szlaków sygnałowych u roślin.
Na przykład dostarczamyKinaza białkowa C (19 - 36), które można wykorzystać do zbadania roli kinaz białkowych w kaskadzie sygnalizacyjnej Systemin. NaszPeptyd SCPAmogą być również istotne w badaniu interakcji pomiędzy Systeminą i innymi cząsteczkami sygnalizacyjnymi. ISubstancja P (2 - 11)/Deka - Substancja Pmożna wykorzystać jako narzędzie do zrozumienia szerszego kontekstu sygnalizacji za pośrednictwem peptydów w roślinach.
Skontaktuj się z nami w sprawie zakupów
Jeśli interesują Cię nasze produkty Systemin lub którykolwiek z powiązanych peptydów, zachęcamy do skontaktowania się z nami w celu zakupu i dalszej dyskusji. Nasz zespół ekspertów jest gotowy pomóc Ci w zakresie badań lub potrzeb rolniczych. Niezależnie od tego, czy jesteś biologiem roślin chcącym badać podstawowe mechanizmy sygnalizacji roślin, czy rolnikiem poszukującym innowacyjnych rozwiązań w zakresie ochrony upraw, mamy produkty i wiedzę, które Cię wspierają.
Referencje
Bergey, DR, Pearce, G. i Ryan, Kalifornia (1999). Systemina aktywuje kaskadę sygnalizacyjną rany w pomidorze. Fizjologia roślin, 119(4), 1351-1357.
Mittler, R. (2002). Stres oksydacyjny, przeciwutleniacze i tolerancja na stres. Trendy w nauce o roślinach, 7(9), 405 - 410.
Orozco – Cardenas, ML, Narváez – Vasquez, J. i Ryan, Kalifornia (2001). Nadtlenek wodoru działa jako drugi przekaźnik do indukcji genów obronnych u roślin pomidora w odpowiedzi na zranienie, systeminę i jasmonian metylu. Komórka roślinna, 13(7), 1793-1805.