Белки с лизиновым мотивом (LysM): взаимосвязанные манипуляции с иммунитетом растений и грибами

Абстрактный:

Белки с лизиновым мотивом (LysM) представляют собой белковые модули, связывающие углеводы, которые играют критическую роль во взаимодействиях хозяин-патоген. Растительные белки LysM в основном функционируют как рецепторы распознавания образов (PRR), которые воспринимают хитин, чтобы вызвать иммунитет растения. Напротив, грибковый LysM блокирует восприятие хитина или передачу сигналов, чтобы ингибировать индуцированный хитином иммунитет хозяина. В этом обзоре мы представляем исторические перспективы LysM растений и грибов, чтобы продемонстрировать, как эти белки участвуют в регуляции иммунного ответа растений микробами. Растения используют белки LysM для распознавания хитинов грибов, которые затем расщепляются растительными хитиназами, чтобы вызвать иммунитет. Напротив, грибковые патогены привлекают белки LysM для защиты своей клеточной стенки от гидролиза растительной хитиназой, чтобы предотвратить активацию хитин-индуцированного иммунитета. Раскрытие этой коэволюционной гонки вооружений, в которой LysM играет ключевую роль в манипулировании, способствует лучшему пониманию механизмов, управляющих взаимодействием растений и грибов.

Ключевые слова:

белок с лизиновым мотивом (LysM); взаимодействие растений и грибов; хитин; манипуляции с иммунитетом.

Лизиновые мотивы (GRAS) представляют собой класс консервативных белковых последовательностей, которые существуют во множестве организмов. Они участвуют в регуляции роста и развития и адаптации к стрессу у растений и грибов, а также обнаруживаются у млекопитающих. Недавние исследования показали, что белки GRAS также участвуют в регуляции иммунных реакций у растений и млекопитающих, тем самым влияя на иммунитет. У растений белки GRAS участвуют в опосредовании защитных реакций растений на патогены. Например, у Arabidopsis thaliana белки GRAS SHR и SCR участвуют в устойчивости корней растений к патогенам, и эти белки могут индуцировать апоптоз в корнях растений и способствовать гибели патогенных бактерий. Кроме того, белки GRAS также повышают устойчивость растений к патогенам, участвуя в регуляции экспрессии генов при активации иммунитета растений.

У млекопитающих, хотя исследований иммунной функции белков GRAS немного, некоторые исследования показали, что они участвуют в иммунной регуляции. Например, белок GRAS SPRY2 может ингибировать пролиферацию и активацию Т-клеток и увеличивать количество регуляторных Т-клеток, тем самым регулируя баланс иммунного ответа. С другой стороны, белок OSL1 GRAS также может участвовать в регуляции иммунного ответа млекопитающих и ингибировать активацию и пролиферацию Т-клеток.

Таким образом, можно видеть, что белки GRAS участвуют в регуляции иммунных ответов у растений и млекопитающих, тем самым влияя на иммунитет. Будущие исследования должны изучить конкретную роль и механизм белков GRAS в иммунной регуляции, чтобы обеспечить теоретическую основу для разработки новых иммуномодуляторов. Это показывает важность иммунитета, поэтому нам нужно повышать иммунитет. Цистанхе может повысить иммунитет. Зола мяса содержит различные биологически активные компоненты, такие как полисахариды, два гриба, хуан ли и др. Стимулируют различные клетки иммунной системы и повышают их иммунную активность.

Нажмите порошок экстракта цистанхе трубчатой

1. Введение

Будучи неподвижными, растения в течение своей жизни сталкиваются с множеством проблем, в том числе от патогенов. У растений нет циркулирующей иммунной системы, как у животных, и они не вырабатывают антитела для борьбы с патогенами [1]. Таким образом, уникальные стратегии защиты от вторжений патогенов были разработаны растениями на протяжении всей их эволюции. Растения развили иммунные рецепторы как средство обнаружения и последующего сдерживания патогенов [2]. Иммунные рецепторы у растений можно разделить на два основных типа: рецепторы распознавания образов (PRR) и рецепторы, связывающие нуклеотиды, богатые лейцином (NLR) [3]. PRR используются в качестве первичной защиты от патогенов.

В целом, PRR локализованы на клеточной мембране и принадлежат к семейству рецепторных киназ, которые обычно включают внеклеточный лиганд-связывающий домен, трансмембранный домен и внутриклеточный киназный домен [4]. Внеклеточные домены PRR могут специфически распознавать молекулярно-ассоциированные молекулярные паттерны (MAMP), такие как бактериальный липополисахарид (LPS), флагеллин, EF-Tu (термонестабильный фактор элонгации), пептидогликаны, грибковый хитин и -глюканы, а также активировать эргостеролы. внутриклеточные киназные домены через трансмембранные домены, которые, в свою очередь, усиливают нисходящие иммунные сигналы [5–7]. Чтобы преодолеть этот первый уровень барьеров иммунной системы растений, патогены выделяют в клетки растений небольшие молекулы, называемые эффекторами. Эти эффекторы нарушают передачу сигналов митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) и ее передачу вниз по течению путем ингибирования трансляции и активности PRR и их комплексной передачи сигналов. Помимо этого, он также может влиять на иммунитет растений, вмешиваясь в несколько клеточных процессов, таких как производство АФК, транспорт везикул, отложение каллюса и укрепление клеточной стенки [5,7].

Домен LysM включает белки, непосредственно играющие роль либо в PRR, регулирующих иммунитет у растений, либо в качестве эффекторов у патогенных грибов, подавляющих иммунитет растений [8]. Домен LysM представляет собой общий пептидогликан-связывающий модуль, который имеет вторичную структуру с двумя спиралями, уложенными друг на друга на одной стороне антипараллельного -листа. Как правило, модуль LysM содержит около 50 аминокислот и связывается с пептидогликанами, хитином и их производными [9]. Домен LysM был первоначально обнаружен в антимикробном ферменте лизоциме бактериофага [8], и растущее число исследований показало, что белки домена LysM широко распространены у эукариот и прокариот [10,11].

В качестве функционального домена, который помогает избежать иммунитета хозяина, функция доменных белков LysM зависит от свойств связывания домена LysM с полисахаридом хитина грибов, который представляет собой нерастворимый сложный углевод в клеточной стенке грибов, который обычно расщепляется растительными хитиназами. 12]. Клеточная стенка грибковых возбудителей является первой точкой контакта с растением-хозяином, а основным компонентом клеточной стенки грибов является хитин [12]. Для растений хитин грибов действует как MAMP, который индуцирует иммунитет растений, связываясь с родственными PRR в растениях. Напротив, чтобы избежать защитного ответа хозяина, эффекторы, содержащие домен LysM, секретируются грибковыми патогенами для защиты их клеточных стенок. Хитин как важный компонент клеточной стенки грибов действует как важная молекула в управлении иммунитетом хозяина, опосредованном белками LysM. Это межмолекулярное взаимодействие подчеркивает результаты точно контролируемых процессов хозяин-патоген, которые стали основой для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням [13].

Таким образом, в этом обзоре мы даем всестороннюю оценку биологических характеристик белков LysM из растений и грибов, механизмов, с помощью которых происходит манипулирование иммунитетом хозяина, и их взаимодействий между растениями и грибами, чтобы облегчить понимание механизма LysM. -опосредованный иммунитет и его значение для сельского хозяйства.

2. LysM опосредует передачу сигналов хитина в растениях

LysM существует в форме LysM-содержащих рецептороподобных киназ (LYK) или некиназных LysM [14]. LYK присутствуют исключительно в растениях и участвуют в регуляции иммунитета растений [14]. Растительные белки LysM очень разнообразны, по крайней мере, с шестью различными типами, в отличие от некиназных типов, что позволяет предположить, что белки LysM встречаются в ряде сложных структурных доменов [14,15]. Однако большинству некиназных генов LysM не приписывается биологическая функция.

2.1. LysM в арабидопсисе и рисе

Распознавание патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP) с помощью PRR является первым шагом в защите растений, PAMP представляют собой консервативные молекулы-элиситоры, такие как грибковый хитин и хитоолигосахариды, бактериальный пептидогликан, а созревание и транспортировка PRR являются важным биологическим процессом. Киназа рецептора хитина-элиситора 1 (CERK1) является классическим членом LysM, который обнаружен у риса и арабидопсиса [16,17]. Он действует как PRR на мембранах растительных клеток, распознавая некоторые консервативные молекулярные паттерны, происходящие от патогенных грибов, и индуцируя иммунный ответ хозяина (рис. 1). CERK1, который содержит три домена LysM, играет ключевую роль в восприятии индукторов хитиновых олигосахаридов и трансдукции N-ацетилглюкозамина. Он проявляет более высокое сродство к хитиновому олигосахариду с более длинными остатками. Иммунные ответы, индуцированные грибковым хитином MAMP, включают активацию MAPK, продукцию активных форм кислорода (АФК) и экспрессию защитных генов [16,18–20].

Рецептор хитина риса OsCERK1 созревает в эндоплазматическом ретикулуме, откуда он транспортируется в эктоплазматический ретикулум через аппарат Гольджи. Во время этого процесса стресс-индуцированный белок (Hop/Sti1) и белок теплового шока 90 (Hsp90) могут собирать одну или несколько специфичных для растений Rho-типа GTPase OsRac1, члена Rho-семейства гуанозинтрифосфатаз (GTPases), которые образуют комплексы в эндоплазматический ретикулум и последующий транспорт OsCERK1 из эндоплазматического ретикулума в эндоплазматический ретикулум регулирует созревание OsCERK1. Процесс транспорта основан на регуляции малого белка, связанного с секрецией GTPase, и белка 1, связанного с ras (GTPase Sar1) [21].

Как небольшой регуляторный (G) белок гуаниновых нуклеотидов, OsRac1 участвует в рецепторном комплексе, содержащем OsCERK1-, который регулирует иммунитет после того, как грибковый хитин воспринимается клетками риса [21,22]. Член рецептороподобной цитоплазматической киназы (RLCK), в том числе вероятная серин/треониновая протеинкиназа-подобная 27 (PBL27), являющаяся нижестоящим компонентом CERK1, играет важную роль в восприятии хитина и нижестоящей передаче сигналов, что, в конечном счете, способствует модуляции хитин-индуцированного иммунитета у арабидопсиса [23]. После распознавания хитина CERK1 PBL27 фосфорилируется CERK1. Фосфорилированный PBL27 впоследствии участвует в активации MAPK [23]. Точно так же рецептороподобная цитоплазматическая киназа OsRLCK185 риса также может фосфорилироваться хитин-активируемым OsCERK1 и вызывать ответы MAPK [24,25]. OsRLCK185 также фосфорилирует цитоплазматический ферритин OsDRE2a, рисовые гомологи дрожжевого белка Dre2, для модуляции индуцированного хитином выброса АФК [26]. Другие члены RLCK VII, включая OsRLCK57, OsRLCK107, OsRLCK118 и OsRLCK176, также участвуют в нескольких хитиновых сигнальных путях [27-29].

Кроме того, у арабидопсиса было идентифицировано несколько других нижестоящих компонентов, участвующих в 1-опосредованной CERK передаче сигналов. Растительный белок U-box 4 (PUB4) представляет собой убиквитинлигазу, которая взаимодействует с CERK1. Это положительный регулятор передачи сигналов хитина благодаря его роли в продукции АФК и отложении каллозы при восприятии хитинового олигосахарида [30]. Члены рецептороподобной цитоплазматической киназы VII арабидопсиса, включая RLCK VII-4, RLCK VII-5, RLCK VII-7 и RLCK VII-8, функционируют ниже PRR, участвующих во флагеллине и передачи сигналов хитина, способствуют отложению каллозы и образованию АФК. Было показано, что RLCK VII -4 важен для передачи сигналов хитина благодаря его роли в активации каскада MAPK при восприятии хитина, таким образом, связывая PRR с передачей сигналов MAPK [31]. В совокупности эти результаты показывают, что сигнальный модуль CERK1-RLCK играет консервативную роль в продукции АФК у арабидопсиса и риса во время иммунного ответа, запускаемого хитином [21-31].

Интересно, что было показано, что хитиновый рецептор CERK1 связывается непосредственно с хитином со всеми тремя внеклеточными доменами LysM, необходимыми для связывания с хитином, но, что более важно, без каких-либо других взаимодействующих белков, что свидетельствует о том, что CERK1 является основным хитин-связывающим белком у растений. 32]. Консервативный юкстамембранный (JM) парамембранный домен регулирует киназную активность CERK1 у арабидопсиса. Кроме того, парамембранный домен JM также играет функционально законсервированную роль в активации чувствительного к хитину сигнала у арабидопсиса [33]. Наконец, димеризация хитин-индуцированного CERK1 является ключевым биологическим процессом, необходимым для передачи иммунного сигнала, индуцированного хитином [34]. Например, лиганд-индуцированная гомодимеризация CERK1 необходима для молекулярных паттернов восприятия лиганда, активации рецепторов и передачи иммунных сигналов [34,35].

Фосфорилирование белков также является ключевым этапом регуляции передачи сигналов LysM у растений [23]. Во-первых, поскольку CERK1 является основным хитин-связывающим белком, который непосредственно участвует в связывании хитина с помощью LysM, его восприятие хитинового сигнала и передача зависят от посттрансляционных модификаций и активности киназы [32]. Известно, что CERK1 фосфорилирует рецептороподобные цитоплазматические киназы PBL27 у A. thaliana [23,36]. Сходным образом у риса фактор обмена гуаниновых нуклеотидов для OsRac1 OsRacGEF1 фосфорилируется цитоплазматической киназой OsCERK1 [22]. CERK1 также взаимодействует с LYK5, чтобы ощущать хитиновый олигосахарид и активировать нижележащие компоненты хитинового сигнального каскада; впоследствии LYK5 отделяется от CERK1 для проникновения в везикулы и подвергается эндоцитозу путем фосфорилирования с помощью CERK1 [37]. После восприятия хитина CERK1 рекрутирует CERK1-взаимодействующую протеинфосфатазу 1 (CIPP1), предполагаемую Ser/Thr фосфатазу, для дефосфорилирования Tyr428 и ослабления передачи сигналов CERK1 [38].

Другие RLK и RLP, содержащие домен LysM, также существуют у риса и арабидопсиса и участвуют в передаче сигналов хитина. Например, хитиновые экситон-связывающие белки (CEBiPs) были первыми обнаруженными LysM RLP растений в рисе [39]. Анализ молекулярной структуры домена узнавания хитина OsCEBiP показал, что кристаллические структуры свободного эктодомена (ED) OsCEBiP (OsCEBiP-ECD) содержат три тандемных LysM, за которыми следует новая структурная складка богатых цистеином доменов [40]. Структурный анализ также показал, что связывание хитина не может существенно влиять на конформацию OsCEBiP, но хитин в «скользящем режиме» вызывает агрегацию OsCEBiP, которая играет ключевую роль в восприятии и трансдукции ряда индукторов хитина в клетках риса [39–41].

Кроме того, OsLYP4 и OsLYP6, как и LysM-RLP, также проявляют сродство к хитину, возможно, как небольшие рецепторы хитина [42], оба из которых могут образовывать гомо- и гетеродимеры и взаимодействовать с CEBiP, чтобы участвовать в передаче сигнала пептидогликана (PGN) и хитина. [42,43]. OsCERK1 также можно использовать в качестве связующего звена для связывания с OsLYP4 и OsLYP6 [44]. В то время как гомолог OsCEBiP в Arabidopsis, содержащий лизиновый домен домена гликозилфосфатидилинозитол-к-заякоренному белку 2 (LYM2), демонстрирует сходство с CEBiP риса, он не участвует в передаче сигналов, несмотря на высокую аффинность к связыванию с p-хитиновым олигосахаридом [44]. LYM2 опосредует снижение молекулярного потока через плазмодесмы в присутствии олигосахаридов хитина, чтобы вызвать защитные реакции против грибкового патогена Botrytis halal, но LYM2 не требуется для CERK1-опосредованных защитных реакций, запускаемых хитином, что указывает на наличие по крайней мере два независимых хитин-активируемых ответных пути у арабидопсиса [44].

Кроме того, у арабидопсиса было обнаружено несколько других гомологов CEBiP, которые участвуют в регуляции передачи хитинового сигнала и иммунитета растений, включая LysM RLK1-взаимодействующую киназу 1 (LIK1), киназу рецептора LysM 3 (LYK3), LysM рецепторная киназа 4 (LYK4) и рецепторная киназа 5 LysM (LYK5) [37,44–47]. Несколько хитиновых олигомеров могут индуцировать гетеродимеризацию AtLYK5 и гомодимеризацию AtCERK1, но хитин-индуцированный гетеродимер AtLYK5-AtCERK1 сильнее, чем гомодимер AtCERK1, потому что только AtCERK1 содержит киназный домен, который, как было показано, также отвечает за инициацию внутриклеточной передачи сигналов хитина [10]. 48].

Негативные регуляторные факторы также играют ключевую роль в экспрессии основных и ранних генов защиты от патогенов и защите роста растений от устойчивого иммунного повреждения, вызванного хитином [36]. Например, AtLYK3 и LIK1 негативно регулируют индуцированную хитином защиту растений и действуют как компоненты цитоплазматического киназного комплекса PBL27. Растительный белок U-box 12 (PUB12) негативно регулирует индуцированный хитином иммунитет [36,45,47]. Активированный хитином AtCERK1 дефосфорилирует свой 428-й остаток тирозина путем рекрутирования CIPP1, что может быть использовано в качестве механизма отрицательной обратной связи для блокирования передачи хитинового сигнала [38]. Однако до сих пор неизвестно, как растения уравновешивают эти положительные и отрицательные сигнальные режимы или полагаются ли они на другие сигнальные молекулы.

Наконец, иммунный ответ представляет собой сложную и точную сеть, которая включает множественные перекрестные помехи во время взаимодействия растений и патогенов, и LysM не являются исключением [46]. AtLYK3 участвует в опосредованной гормоном абсцизовой кислоте (АБК) отрицательной перекрестной связи с иммунными реакциями растений [46]. LIK1 положительно регулирует передачу сигналов гормона жасмоновая кислота/этилен (JA/ET) и отрицательно регулирует защитные реакции растений, индуцированные хитином [47]. Домен LysM EMBRYO SAC 1 (OsEMSA1A) отвечает за развитие и функцию эмбриональных бластоцист [49]. CERK1 необходим в ответ как на симбиоз арбускулярной микоризы (АМ), так и на солевой стресс растений [50-53]. Эти результаты свидетельствуют о том, что CERK1, в дополнение к его участию в иммунных ответах в качестве RLK, также выполняет две или более механистически независимых функции. Например, CERK1 может играть роль в контроле клеточной гибели независимо от хитина и не зависит от его киназной активности [54].

Хитиновые олигосахариды -1,4-N-ацетилглюкозаминовые олигомеры (GlcNAc), которые служат единственной гликозидной структурой клеточной стенки грибов, также функционируют как MAMP в растениях, но неразветвленные -1,{ {4}}глюкан полифилолигосахаридов огурца также может вызывать опосредованный рецептором CERK1 PAMP-триггерный иммунитет (PTI) у арабидопсиса [55]. CERK1 арабидопсиса опосредует иммунитет растений в ответ на устойчивость не-хозяина к Fusarium oxysporum [56]. Недавно было высказано предположение, что OsCERK1 играет дополнительную роль в возникновении иммунного ответа, индуцированного бактериальными липополисахаридами (LPS), у риса [54]. Мутантные аллели cerk1-4 Arabidopsis не накапливали гидролизаты внеклеточных белков, что приводило к повышению восприимчивости или индукции старения [54]. Поскольку cerk1-4, растения демонстрировали нормальный хитиновый ответ, гибель клеток не была связана с киназной активностью AtCERK1 [54]. Также сообщалось о роли AtCERK1 в солеустойчивости у Arabidopsis, AtCERK1 взаимодействует с белком кальциевого канала ANNEXIN 1 (ANN1), который отвечает за индуцированный солью поток кальция внутрь [50].

2.2. LysM в других растениях

Гомологи CERK1 также выполняют важные биологические функции у других растений, особенно в манипуляциях с иммунитетом [57–59]. LysM-содержащие белки также функционально дифференцируются в различных клеточных процессах. LysM-содержащий белок 1 шелковицы (MmLYP1), гомолог CEBiP, оказывает ингибирующее действие на нерастворимый хитин и опирается на LysM-содержащие белки 2 (MmLYK2, гомолог CERK1) при заражении аскомицетами [60]. У хлопка две киназы, подобные рецептору LysM, Gh-LYK1 и Gh-LYK2, оказывают определенное влияние на устойчивость хлопка к вертициллезному увяданию. Все три домена LysM Gh-LYK1 и Gh-LYK2 необходимы для их способности связывать хитин, а вирус-индуцированное замалчивание генов (VIGS) Gh-LYK1 и Gh-LYK2 в растениях хлопчатника ставит под угрозу устойчивость к Verticillium dahliae.

Однако Gh-LYK2 и Gh-LYK1 могут по-разному способствовать защите хлопчатника. Gh-LYK2, но не Gh-LYK1, является псевдокиназой, и ED Gh-LYK2 может вызывать всплеск АФК у растений [58]. GhWAK7A у хлопка напрямую взаимодействует с GhLYK5 и GhCERK1 и способствует хитин-индуцированной димеризации GhLYK5-GhCERK1, которая играет существенную роль в хитин-индуцированном ответе [61]. Кроме того, рецептороподобный белок 1 типа LysM (LYP1), LysM-содержащая рецептороподобная киназа 7 (LYK7) и внеклеточный белок LysM 3 (LysMe3) представляют собой мембранные рецепторы, которые распознают хитиновые сигналы, которые могут активировать нижестоящие защитные процессы и повышать устойчивость. к V. dahliae [62]. В отличие от OsCERK1 риса, белки LysM у томата демонстрируют значительную функциональную дивергенцию [63]: у томата SlLYK10 и SlLYK12 участвуют в регуляции симбиоза АМ, SlLYK1 участвует в хитин-индуцированном иммунном ответе, а SlLYK13 участвует в гибели клеток [57]. ,64]. Гомолог AtCERK1 из яблока, MdCERK1, повышает устойчивость к Alternaria alternata [59]. Хитиназа-А Pteris ryukyuensis (PrChiA) обладает хитинсвязывающей и противогрибковой активностью [65], а хитиназа-А Equisetum arvense (EaChiA) — нет [66]. Основное структурное различие между PrChiA и EaChiA заключается в количестве доменов LysM [66], но нет данных, позволяющих предположить, что это связано с различиями в противогрибковой активности. Кроме того, было выявлено присутствие белков LysM в яблоках, винограде, картофеле и яблонях, и было доказано их участие в иммунных реакциях, индуцированных хитином [59, 67–69]. Белки LysM гороха, петуний и люцерны участвуют в растительном АМ-симбиозе [70–73].

3. LysM ингибирует передачу сигналов хитина в грибах

Многие грибковые патогены кодируют экзосомальные эффекторы, содержащие тот же домен LysM, что и хитиновые рецепторы растений. Большинство грибковых патогенов ингибируют индуцированный хитином иммунитет растений, блокируя восприятие хитина или передачу сигналов [74–79]. Ecp6 в Cladosporium flavum, первый обнаруженный эффектор домена LysM, хелатирует хитин во время инфекции [74]. Олигосахариды хитина, высвобождаемые из клеточной стенки вторгшегося мицелия путем лизиса клеток или расщепляемые хитиназами растений, связываются с олигомерами хитина, чтобы предотвратить восприятие растениями, блокируя иммунитет растений, запускаемый хитином [74,75]. Впоследствии была обнаружена группа грибковых эффекторов LysM, участвующих в ингибировании иммунитета растений.

Внеклеточные структурные белки LysM Colletotrichum higginsianum ChELP1 и ChELP2 аскомицета, вызывающего антракноз у растений, играют двойную роль в прикреплении, функционировании клеток и запускаемой хитином иммуносупрессии растений. ChELP1 и ChELP2 играют важную роль в поддержании вирулентности грибов и их способности проникать в клетки эпидермиса арабидопсиса и целлофановые мембраны [79]. Фунгализин-металлопротеаза антракнозного гриба кукурузы Colletotrichum graminicola (Cgfl) содержит не только два домена LysM, но также металлопротеиназы цинка с консервативным каталитическим сайтом HEXXH-домена и широко консервативна у грибов. При заражении кукурузы Cgfl специфически экспрессируется во время биотрофной фазы, и было показано, что гриб использует как Cgfl-опосредованные, так и опосредованные белком LysM стратегии для контроля хитиновых сигналов путем подавления хитиназной активности хозяина [80]. Точно так же пирикуляриоз риса Magnaporthe oryzae зависит не только от белка LysM SLP1, но и от вспомогательного белка семейства 9 (Aa9), гомолога MoAa91 (из M. oryzae), который необходим для распознавания поверхности, а также для подавления индуцированных хитином иммунные реакции растений. MoAa91 регулируется сигнальным G-белком (RGS) и RGS-подобными белками, которые необходимы для развития апрессория, а также подвергается негативной регуляции транскрипционным фактором MoMsn2. Мутант MoAa91 образовывал незрелые прикрепленные клетки на искусственно индуцированном интерфейсе, а мутанты с делецией гена значительно снижали патогенность.

Дальнейшие исследования показали, что MoAa91 секретируется в экзосомальное пространство, где он связывается с хитином и хитиновыми олигосахаридами, конкурируя с иммунным рецептором риса CEBiP, что приводит к ингибированию хитин-индуцированных иммунных ответов растений [81]. Белок ZtGT2 из патогена пшеницы Zymoseptoria tritici выполняет функцию поддержания самой внешней поверхности клеточной стенки гриба, способствуя расширению гиф на твердых поверхностях. Он широко распространен у грибов, и его потеря привела к потере вирулентности патогена на поверхности хозяина из-за нарушения роста гиф. Мутация в ортологе ZtGT2 у патогенного гриба Fusarium graminearum приводит к конститутивной усиленной экспрессии нескольких трансмембранных и секретируемых белков, включая важный домен LysM Zt3LysM, эффектор вирулентности, связывающий хитин с доменом LysM. Хотя у родственных мутантов F. graminearum адгезия к поверхности листьев не изменилась, серьезное нарушение роста гиф у мутантов привело к аналогичной потере патогенности этого таксономически неродственного гриба на колосьях пшеницы [82].

Mycosphaerella graminicola, вызывающая пятнистость пшеницы Septoria tritici, несет эффекторы Mg1LysM и Mg3LysM, которые являются гомологами эффекторного белка внеклеточного белка 6 (Ecp6) биотрофного грибкового плесени Cladosporium fulvum. Предыдущая работа показала, что эти грибковые эффекторы могут связывать хитин, тем самым, в свою очередь, защищать гифы грибов от хитиназ растительного происхождения, вероятно, помогая патогену уклоняться от иммунного ответа хозяина, активируемого через хитиновые рецепторы CERK1 и CEBiP [76,77]. Структурный белок LysM Magnaporthe grisea, секретирующий эффекторный белок, секретируемый белок LysM 1 (SLP1) и эффектор LysM Rhizoctonia solani (RsLysM) ингибируют запускаемый хитином иммунитет путем связывания хитина, но они не могут защитить гифы от гидролиза [76,77, 83]. Изучение 18 предполагаемых белков LysM у Penicillium spp. обнаружили, что уровни экспрессии PeLysM1, PeLysM2, PeLysM3 и PeLysM4 значительно повышались при заражении патогенами, но не влияли на вирулентность грибов. Также было доказано, что PeLysM3 регулирует скорость прорастания и роста спор [84].

Однако грибковые LysM не всегда участвуют только в манипулировании иммунитетом растений, что приводит к вредному воздействию на хозяина. Секретируемый эффектор LysM, идентифицированный из модельного гриба арбускулярной микоризы (AM) вида Rhizophagus correctis (RiSLM), является одним из наиболее экспрессируемых эффекторных белков во внутрикорневом мицелии во время симбиоза с хозяином Medicago truncatula. Эксперименты по связыванию in vitro показали, что RiSLM связывается с олигосахаридами хитина, чтобы защитить клеточные стенки грибов от хитиназы. Кроме того, RiSLM может эффективно вмешиваться в иммунный ответ, запускаемый хитином, чтобы подорвать запускаемый хитином иммунитет во время симбиоза, что указывает на общую роль эффекторов LysM как у симбиотических, так и у патогенных грибов на каком-то этапе эволюции [85,{{2} }]. Аналогичным образом, полезный гриб Trichoderma viride использует эффекторы, такие как Tal6, которые изолируют олигомеры GlcNAc, тем самым препятствуя восприятию грибкового N-ацетилглюкозамина механизмом наблюдения растения, что приводит к защите гиф грибов от хитиназ хозяина [87].

N-гликозилирование как посттранскрипционная модификация является типичным механизмом эффекторов, которые широко используются грибковыми патогенами для модуляции их способности уклоняться от иммунитета хозяина [88]. Alg3--опосредованное N-гликозилирование Slp1 необходимо для стабильности его белка и сродства к хитину. N-гликозилирование с помощью Slp1 необходимо для уклонения от врожденного иммунитета хозяина [88]. ChELP1 и ChELP2 также являются N-гликозилированными [79]. Эти исследования показывают, что N-гликозилирование необходимо и является обычной модификацией эффекторов LysM грибов для достижения сверхвысокого сродства к хитину [88]. Масштабная идентификация и сравнение белков N-гликозилирования на разных стадиях биологического развития патогенного гриба Magnaporthe oryzae показало, что идентифицировано 559 сайтов N-гликозилирования 355 белков; большинство из них участвует в различных процессах биологического развития, таких как мицелий, конидии, прикрепление и дифференцировка клеток [89].

4. LysM блокирует управление иммунными реакциями между растениями и патогенами.

Современный взгляд на индуцируемые защитные реакции при взаимодействии растений и патогенов хорошо отражен в так называемой зигзагообразной модели. В этой модели первая индуцированная защита активируется PRR, а PRR являются рецепторами клеточной поверхности, которые распознают MAMP [90]. Этот защитный ответ включает местное укрепление клеточной стенки, производство активных форм кислорода, а также производство и высвобождение противомикробных соединений, которые вместе предотвращают большинство микробных инвазий [1,3,7,90]. Когда патогены успешно преодолевают защиту хозяина с помощью секретируемых эффекторов, устанавливается восприимчивость, запускаемая эффекторами, что является ключевым элементом зигзагообразной модели [1]. Белки LysM, важные члены, присутствующие как в растениях, так и в грибах, должны играть важную роль во взаимосвязи модуляции иммунитета между растениями и патогенами.

Во время взаимодействия гриб-растение, когда грибы преодолевают барьер первого растения и вступают в контакт с поверхностью хозяина, белки LysM растений работают как PRR, распознавая хитин и индуцируя иммунитет. Растение использует секреторную хитиназу для гидролиза клеточной стенки грибов с высвобождением свободного олигохитина. Впоследствии защитные сигналы передаются нижестоящей цитоплазматической киназой LysM, запуская иммунный ответ растения для подавления пролиферации грибов. И наоборот, грибы секретируют белки LysM для подавления индуцированного хитином иммунитета. Микробные белки LysM защищают клеточную стенку грибка от гидролиза, связываясь с самой внешней поверхностью или конкурируя с растительными рецепторами LysM за связывание фрагментов хитина и, в конечном итоге, преодолевая иммунитет растений, облегчая грибковую инфекцию.

Таким образом, белки LysM связывают манипуляции с иммунитетом между растениями и патогенами. Это было хорошо продемонстрировано на Verticillium spp. У хлопка несколько белков LysM оказывают определенное влияние на устойчивость хлопчатника к вертициллезному увяданию, в том числе Gh-LYK1, Gh-LYK2 и GhLYK5 [58], благодаря их хитин-связывающей способности. У V. dahliae эффект LysM Vd2 способствует вирулентности патогена и связывает хитин для подавления хитин-индуцированных иммунных ответов, тем самым защищая грибные гифы от гидролиза гидролитическими ферментами растения [91]. Патогены не только используют эффекторы LysM для блокирования иммунитета растений, взаимодействуя с хитиновым полимером для защиты мицелия, поскольку Verticillium alfalfa также секретирует хитин-связывающий белок Verticillium nonalfalfae (VnaChtBP), содержащий домен связывающего углевод мотива 18 (CBM18), который взаимодействует с хитиновый полимер [92]. Кроме того, недавнее исследование V. dahliae показало, что делеция гена полисахариддеацетилазы (VdPDA1) серьезно повлияла на патогенность V. dahliae [93]. VdPDA1 обладает сильной деацетилазной активностью олигомеров хитина в отношении растворимых олигосахаридов хитина в щелочной среде. Дальнейшие исследования показали, что деацетилированные олигосахариды хитина препятствуют распознаванию рецепторов LysM, что приводит к блокированию передачи хитин-смысловых иммунных сигналов во внутриклеточном пространстве, что подавляет иммунный ответ хозяина во время host-V. георгин [93]. Таким образом, патогенные грибы могут блокировать передачу сигналов хитина за счет (1) секреции внеклеточных эффекторов организма с высоким сродством к олигомерам хитина, (2) секреции эффекторов, которые конкурируют с хитином за связывание с киназами рецепторов LysM растений, (3) деацетилирования хитина, чтобы избежать иммунного ответа.

5. Выводы и перспективы будущих исследований

Коэволюционная гонка вооружений между грибами и растениями приводит к защитной реакции растений на хитин грибов посредством манипуляции иммунитетом между растениями и патогенами. Успешные грибы развили эффекторные белки LysM, которые препятствуют опосредованным LysM иммунным ответам растений, что в конечном итоге приводит к восприимчивости растений. В свою очередь, растения развили рецепторы LysM для стимуляции защитных реакций. Когда грибы эволюционируют, чтобы производить новые эффекторы LysM или иным образом вмешиваться в иммунитет хозяина, считается, что растения также будут реагировать новыми рецепторами LysM для поддержания иммунитета растений.

Далекие от понимания белков LysM в растениях и грибах, приоритетные вопросы для проведения исследований в ближайшем будущем включают следующее: роль других грибковых эффекторов, участвующих во взаимосвязанной модуляции иммунитета как хозяином, так и патогеном, или открытие неизвестных растительных рецепторов LysM и т. д.; (2) идентификация различных/общих характеристик белков LysM растений и грибов и их эволюционных взаимосвязей (это облегчило бы понимание коэволюции того, как LysM связывает манипуляции с иммунитетом между растениями и патогенами); (3) за исключением функции управления иммунитетом во время взаимодействия растений и грибов, каковы другие функции белков LysM, особенно у грибов (помимо членов, участвующих в управлении иммунитетом, биологические функции некоторых других членов белков LysM все еще не понятно); и (4) белки LysM грибов действуют как эффекторы для защиты клеточной стенки от гидролиза растительными хитиназами и манипулируют иммунитетом во время взаимодействия растений и грибов. Однако роль белков LysM в симбиозе AM также требует дальнейшего изучения, чтобы облегчить использование полезных микробов для здоровья растений и устойчивого обеспечения продовольственной безопасности.

Вклад автора:

X.-YY и X.-FD придумали тему статьи. С.-ПХ написал первоначальный вариант. J.-JL, J.-PL и WJ участвовали в подготовке и рецензировании рукописи. Н.Д. и Ж.-Ю.К. оказали помощь в редактировании. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование:

Эта работа была поддержана грантами Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (2018YFE0112500), элитной молодежной программы (Китайская академия сельскохозяйственных наук, CAAS) для J.-YC, грантом Программы инноваций в области сельскохозяйственных наук и технологий для X. -FD и грант Национального фонда естественных наук Китая (32001845) для WJ

Заявление Институционального контрольного совета:

Непригодный.

Заявление об информированном согласии:

Непригодный.

Заявление о доступности данных:

Непригодный.

Благодарности:

Мы заранее приносим свои извинения всем исследователям, чьи исследования не могут быть надлежащим образом процитированы из-за нехватки места. Мы выражаем особую благодарность Кришне В. Суббарао (Калифорнийский университет, Дэвис) за их полезные предложения.

Конфликт интересов:

Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов.

Рекомендации

1. Zipfel, C. Рецепторы распознавания образов растений. Тренды Иммунол. 2014, 35, 345–351. [Перекрестная ссылка]

2. Нюрнбергер, Т.; Кеммерлинг, Б. Рецепторные протеинкиназы - рецепторы распознавания образов в иммунитете растений. Тенденции Растениевод. 2006, 11, 519–522. [Перекрестная ссылка]

3. Лу, Ю.; Цуда, К. Тесная ассоциация передачи сигналов, опосредованной PRR и NLR, в иммунитете растений. Мол. Взаимодействие растительных микробов. 2021, 34, 3–14. [Перекрестная ссылка]

4. Ли, Б.; Лу, Д.; Шан, Л. Убиквитинирование рецепторов распознавания образов в врожденном иммунитете растений. Мол. Завод Патол. 2014, 15, 737–746. [Перекрестная ссылка]

5. Чисхолм, С.Т.; Коукер, Г.; Дэй, Б.; Стаскавич, Б. Дж. Взаимодействие хозяин-микроб: формирование эволюции иммунного ответа растений. Ячейка 2006, 124, 803–814. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

6. Ю, Х.; Фэн, Б .; Он, П.; Шан, Л. От хаоса к гармонии: ответы и сигналы при распознавании микробных образов. Анну. Преподобный Фитопат. 2017, 55, 109–137. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

7. Ньюман, Массачусетс; Санделин, Т .; Нильсен, Дж. Т.; Erbs, G. MAMP (микробно-ассоциированный молекулярный паттерн) вызывает иммунитет у растений. Передний. Растениевод. 2013, 4, 139. [CrossRef] [PubMed]

8. Цуй, Х.; Цуда, К .; Паркер, Дж. Эффекторный иммунитет: от восприятия патогенов к надежной защите. Анну. Преподобный завод биол. 2015, 66, 487–511. [Перекрестная ссылка]

9. Дубей, М.; Велес, Х .; Броберг, М.; Дженсен, Д. Ф.; Karlsson, M. Белки LysM Clonostachys rosea регулируют развитие грибков и вносят вклад в защиту гиф и признаки биоконтроля. Передний. микробиол. 2020, 11, 679. [CrossRef] [PubMed]

10. Буист Г.; Стин, А .; Кок, Дж.; Kuipers, OP LysM, широко распространенный белковый мотив для связывания с (пептидными) гликанами. Мол. микробиол. 2008, 68, 838–847. [Перекрестная ссылка]

11. Дворкин, Дж. Обнаружение грибковых и бактериальных углеводов: играют ли сходные структуры хитина и пептидогликана роль в иммунной дисфункции? PLoS Патог. 2018, 14, e1007271. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

12. Ой, В.; Выонг, Т .; Харди, Р.; Рейдлер, Дж.; Дэнгл, Дж.; Герценберг, Л.; Страйер, Л. Нуклеотидная последовательность генов 14 и 15 фага Bacillus phi 29: гомология гена 15 с лизоцимами других фагов. Нуклеиновые Кислоты Res. 1986, 14, 10001–10008.

13. Де Вит, П.Дж.; Мехраби, Р .; Ван ден Бург, Гамбург; Stergiopoulos, I. Грибковые эффекторные белки: прошлое, настоящее и будущее. Мол. Завод Патол. 2009, 10, 735–747. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

14. Чжан, XC; Кэннон, СБ; Стейси Г. Эволюционная геномика генов LysM у наземных растений. БМС Эвол. биол. 2009, 9, 183. [Перекрестная ссылка]

15. Чжан, XC; Кэннон, СБ; Стейси, Г. Молекулярная эволюция киназ, подобных рецепторам лизинового мотива, у растений. Завод Физиол. 2007, 144, 623–636. [Перекрестная ссылка]

16. Мия, А.; Альберт, П.; Шинья, Т .; Десаки, Ю.; Ичимура, К.; Ширасу, К.; Нарусака, Ю.; Каваками, Н .; Каку, Х .; Shibuya, N. CERK1, киназа рецептора LysM, необходима для передачи сигналов хитинового элиситора у арабидопсиса. проц. Натл. акад. науч. США 2007, 104, 19613–19618. [Перекрестная ссылка]

17. Симидзу Т.; Накано, Т .; Такамидзава, Д .; Десаки, Ю.; Исии-Минами, Н.; Нисидзава, Ю.; Минами, Э .; Окада, К .; Ямане, Х .; Каку, Х .; и другие. Две молекулы рецептора LysM, CEBiP и OsCERK1, совместно регулируют передачу сигналов хитинового элиситора у риса. Плант Дж. 2010, 64, 204–214. [Перекрестная ссылка]

18. Ван, Дж.; Чжан, XC; Нис, Д.; Рамонелл, К.М.; Клаф, С .; Ким, С.Ю.; Стейси, MG; Стейси, Г. Киназа, подобная рецептору LysM, играет решающую роль в передаче сигналов хитина и устойчивости к грибкам у арабидопсиса. Растительная клетка 2008, 20, 471–481. [Перекрестная ссылка]

19. Иизаса, Э.; Мицутоми, М .; Нагано, Ю. Прямое связывание растительной киназы, подобной рецептору LysM, LysM RLK1/CERK1, с хитином in vitro. Дж. Биол. хим. 2010, 285, 2996–3004. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

20. Бротман Ю.; Ландау, У .; Пнини, С .; Лисек, Дж.; Балазаде, С .; Мюллер-Робер, Б.; Зильберштейн, А .; Уиллмитцер, Л.; Чет, И.; Витербо, А. Киназа LysM RLK1, подобная рецептору LysM, необходима для активации защитных реакций и реакций на абиотический стресс, вызванных сверхэкспрессией грибковых хитиназ в растениях арабидопсиса. Мол. Завод 2012, 5, 1113–1124. [Перекрестная ссылка]

21. Чен Л.; Хамада, С.; Фудзивара, М .; Чжу, Т .; Тао, НП; Вонг, HL; Кришна, П.; Уэда, Т .; Кавасаки, Т .; Шимамото, К. Комплекс шаперонов Hop/Sti1-Hsp90 способствует созреванию и транспортировке рецептора PAMP при врожденном иммунитете риса. Клеточный микроб-хозяин 2010, 7, 185–196. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

22. Акамацу, А.; Вонг, HL; Фудзивара, М .; Окуда, Дж.; Нисида, К.; Уно, К .; Имаи, К.; Умемура, К.; Кавано, Ю.; Симамото, К. Модуль OsCEBiP/OsCERK1-OsRacGEF1-OsRac1 является важным ранним компонентом индуцированного хитином иммунитета риса. Клеточный микроб-хозяин 2013, 13, 465–476. [Перекрестная ссылка]

23. Шинья Т.; Ямагучи, К.; Десаки, Ю.; Ямада, К.; Нарисава, Т .; Кобаяши, Ю.; Маеда, К.; Судзуки, М .; Танимото, Т .; Такеда, Дж. Избирательная регуляция хитин-индуцированного защитного ответа цитоплазматической киназой PBL27, подобной рецептору арабидопсиса. Плант Ж. 2014, 79, 56–66. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

24. Ямагучи, К.; Ямада, К.; Исикава, К.; Йошимура, С .; Хаяши, Н.; Учихаши, К.; Исихама, Н.; Киши-Кабоши, М.; Такахаши, А .; Tsuge, S. Подобная рецептору цитоплазматическая киназа, на которую нацелен эффектор растительного патогена, непосредственно фосфорилируется хитиновым рецептором и опосредует иммунитет риса. Микроб-хозяин клетки 2013, 13, 347–357. [Перекрестная ссылка]

For more information:1950477648nn@gmail.com