La planta de sistema inmunológico Jonathan Jones DG 1 y Jeffery L

La planta de sistema inmunológico
Jonathan Jones DG 1 y Jeffery L. Dangl 2
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Resumen
Muchos microbios asociados plantas son patógenos que afecten el
crecimiento de plantas y la reproducción. Las plantas responden a la
infección con una de dos ramas del sistema inmune innato. Sobre la
primera reconoce y responde a las moléculas comunes a muchas clases
de microbios, incluidos los no patógenos. El segundo responde a
factores de virulencia de patógenos, ya sea directamente oa través de sus
efectos sobre los objetivos de acogida. Estos sistemas de la planta
inmune, y las moléculas de agentes patógenos a los que responden,
proporcionan experiencias extraordinarias en el reconocimiento
molecular, biología celular y la evolución biológica a través de reinos.
Una comprensión detallada de la función inmunitaria de plantas será la
base para el mejoramiento de los cultivos de alimentos, fibra y la
producción de biocombustibles.
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Introducción
Patógenos para los vegetales utilizan diversas estrategias de vida. Las
bacterias patógenas proliferan en los espacios intercelulares (el apoplasto)
después de haber entrado a través de gas o de agua los poros (estomas y
hidatodos, respectivamente), o acceder a través de heridas. Nematodos y
pulgones de alimentación mediante la inserción de un estilete directamente en
una célula vegetal. Los hongos pueden ingresar directamente las células
epidérmicas de plantas, o ampliación de las hifas en la parte superior de, entre,
oa través de las células vegetales. hongos patógenos y simbióticos y
oomicetos puede invaginan alimentación estructuras (haustorios), en la
membrana plasmática de la célula huésped.
haustorial membranas
plasmáticas, la matriz extracelular y las membranas plasmáticas de acogida a
modo de interfaz íntima a la que se determina el resultado de la interacción.
Estas clases de patógenos diversos entregar todas las moléculas efectoras
(factores de virulencia) en la célula vegetal para mejorar la aptitud
microbiológica.
Las plantas, a diferencia de los mamíferos, las células carecen de defensor de
los móviles y una somática del sistema inmune adaptativo. En su lugar,
confían en la inmunidad innata de cada célula y en las señales sistémicas que
emanan de los sitios de infección 1, 2, 3 . Hemos examinado anteriormente la
enfermedad de la resistencia (R), la diversidad de proteínas, el polimorfismo en
los loci R en plantas silvestres y la falta de ella en los cultivos, y la serie de
respuestas celulares que siguen a la activación de la proteína R 1 . La
hipótesis de que muchas plantas proteínas R puede ser activado
indirectamente por efectores codificados de patógenos, y no por
reconocimiento directo.
Esta "hipótesis de protección" implica que las
proteínas R indirectamente reconocen efectores de patógenos mediante el
control de la integridad celular de los objetivos de acogida de la acción de
efectos 1, 4 . El concepto de que las proteínas reconocen R 'de patógenos
inducida modificado yo "es similar al reconocimiento de la« modificación de
auto' en 'señal de peligro "modelos del sistema inmune de mamíferos 5 .
Ahora está claro que no son, en esencia, dos ramas del sistema inmunológico
planta. Uno de ellos utiliza receptores transmembrana de reconocimiento de
patrones (RRP) que responden a lenta evolución molecular de patógenos o
patrones asociados a los antibióticos (mAmps o PAMP), como flagelina 6 . El
segundo actúa en gran medida dentro de la célula, con el NB-LRR proteínas
polimórficas productos codificados por la mayoría de los genes R 1 . Ellos
llevan el nombre de (LRR) su carácter vinculante de nucleótidos (NB) y repita
ricas en leucina dominios. NB-LRR proteínas están ampliamente relacionados
con ORUGA animal / NOD / proteínas NLR 7 y STAND ATPasas 8 . efectores
de patógenos de diversos reinos son reconocidos por las proteínas NB-LRR, y
activar respuestas similares de defensa. LRR mediada por resistencia a las
enfermedades-NB es efectivo contra los patógenos que pueden crecer sólo en
el tejido vivo de acogida (biotrophs obliga), o-biotróficos patógenos hemisferio,
pero no contra los patógenos que matan a los tejidos del huésped durante la
colonización (necrótrofos) 9 .
Nuestra visión actual de la planta del sistema inmunológico puede ser
representado en cuatro fases 'zigzag' un modelo ( Fig. 1. ), en los que se
introducen varias abreviaturas importante. En la fase 1, PAMP (o mAmps) son
reconocidos por los RRP, lo que resulta en la inmunidad activada por PAMP
(PTI) que puede poner fin a la colonización posterior. En la fase 2, los agentes
patógenos éxito implementar efectores que contribuyen a la virulencia de
patógenos. Efectores pueden interferir con la PTI. Esto se traduce en la
susceptibilidad efector-activada (ETS). En la fase 3, un efector dado es "el
reconocimiento específico 'de una de las proteínas NB-LRR, lo que resulta en
la inmunidad efectores activados por (ETI). El reconocimiento es o indirecta, o
mediante el reconocimiento directo NB-LRR de un efector. ETI es una
respuesta acelerada y amplificada PTI, dando lugar a resistencia a
enfermedades y, por lo general, una respuesta de muerte celular hipersensible
(HR) en el sitio de infección. En la fase 4, las unidades de selección de
agentes patógenos naturales para evitar la ETI, ya sea por desprendimiento o
la diversificación del gen efector reconocido, o mediante la adquisición de
efectores adicionales que suprimen la ETI. Resultados de la selección natural
en las nuevas especificidades R para que la ETI se puede activar de nuevo. A
continuación, se revisan cada fase a su vez, se actualiza la validación
experimental de la "hipótesis de guardia ', y consideramos que los retos del
futuro en la comprensión y la manipulación de la planta del sistema
inmunológico. No vamos a discutir el basado en planta de ARN pequeño
sistema inmune activa contra los virus 10 o la respuesta activa de las plantas a
los herbívoros 11 .
Figura 1: Un modelo de zigzag ilustra la salida cuantitativa del sistema
inmune de las plantas.
En este esquema, la amplitud máxima de la resistencia
a enfermedades o la susceptibilidad es proporcional a
[PTI - ETS + ETI]. En la fase 1, las plantas detectan
microbiana / patrones moleculares asociados a
patógenos (mAmps / PMAP, los diamantes de color rojo)
a través de derechos y responsabilidades parentales
para activar la inmunidad activada por PAMP (PTI). En
la fase 2, los agentes patógenos con éxito ofrecer
efectores que interfieren con PTI, o de otra manera
permitirá la nutrición y la dispersión de patógenos, lo que
resulta en la susceptibilidad efector-activada (ETS). En
la fase 3, un efector (en rojo) es reconocida por una
proteína NB-LRR, la activación de la inmunidad
efectores activados por (ETI), una versión amplificada de
PTI que a menudo se pasa de un umbral para la
inducción de muerte celular hipersensible (HR). En la
fase 4, de agentes patógenos son seleccionados que
han perdido la unidad de efectos de color rojo, y tal vez
ganó efectores nueva a través del flujo horizontal de
genes (en azul), éstos pueden ayudar a los patógenos
para suprimir la ETI. La selección favorece nueva planta
de alelos NB-LRR que puede reconocer a uno de los
efectores recién adquirido, lo que resulta nuevo en la
ETI.
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patrones de reconocimiento de patrones microbianos y de plantas
Se define la resistencia a enfermedades basales a la activada por patógenos
virulentos en huéspedes susceptibles.
Por lo tanto, la resistencia a
enfermedades basal es, a primera vista, el PTI menos los efectos de la HTA,
sin embargo, también hay probabilidades de ser débil ETI provocado por el
reconocimiento débil de efectores, como se detalla a continuación. Por lo
tanto, la definición más precisa de defensa basal sería 'PTI más débil ETI,
menos de ETS. El desencadenante arquetípica de PTI es flagelina bacteriana,
lo que desencadena respuestas de defensa en varias plantas 12 . Basado en la
motilidad flagelo es importante para la patogenicidad de la bacteria en las
plantas 6 . A 22 aminoácidos del péptido sintético (flg22) de un dominio
flagelina conservadas es suficiente para inducir muchas respuestas celulares 13
incluyendo la rápida (<1 h) la inducción de la transcripción de al menos 1.100
Arabidopsis thaliana (en lo sucesivo Arabidopsis), genes 14 . Una pantalla
genética utilizando flg22 define la Arabidopsis LRR-quinasa del receptor FLS2,
que se une flg22 (ref. 15 ). y mamíferos TLR5 FLS2 reconocer flagelina
diferentes dominios 6 . FLS2 se internaliza tras la estimulación por un proceso
de endocitosis mediada por los receptores que, presumiblemente, tiene
funciones de regulación 16 . mutantes muestran una mayor sensibilidad FLS2 a
la aplicación por aspersión de Pseudomonas syringae pv patógenos. tomate
DC3000 (Pto. DC3000), pero no a la infiltración de la jeringa en el apoplasto de
la hoja 14, 17 , lo que sugiere que los actos FLS2 temprana contra la invasión de
patógenos.
frío choque proteínas bacterianas y factor de elongación Tu (EF-Tu) activar la
defensa respuestas similares a flg22 (ref. 18-20 ). EF-Tu es reconocido por
una de Arabidopsis LRR-quinasa llamada EFR (ref. 20 ). mutantes efr soportar
mayores niveles de transformación transitoria con Agrobacterium, lo que
sugiere que podría limitar PTI normalmente patogenicidad Agrobacterium. El
tratamiento con un EF-Tu péptido conservado induce la expresión de un
conjunto de genes casi idénticos a los inducidos por flg22 (ref. 20 ). Por el
contrario, la transcripción EFR es inducida por flg22. Por lo tanto, las
respuestas a mAmps / PMAP convergen en un número limitado de vías de
señalización y conducir a un conjunto común de los productos que componen
PTI. Notablemente, las mutaciones en los genes necesarios para la función
NB-LRR tienen ningún efecto sobre las respuestas pronto para flg22 (ref. 14 ).
Por lo tanto, la señalización NB-LRR-dependiente y MAMP / PAMP
señalización mediada requieren componentes parcialmente distintos.
Moléculas que inducen la PTI no son fácilmente desechados por los microbios
que las expresan. Sin embargo, flagelina de varios Xanthomonas campestris
pv. Cepas campestris es una eficacia variable en el desencadenamiento de
FLS2 mediada por PTI en Arabidopsis, y flagelina de Agrobacterium
tumefaciens o Sinorhizobium meliloti es menos activa que la de P. syringae 13 .
EF-Tu de Pto. DC3000 es mucho menos activa en la obtención de PTI en
Arabidopsis que es EF-Tu de Agrobacterium 19 . variación limitada también
existe en la capacidad de respuesta PAMP dentro de una especie vegetal.
adhesión Arabidopsis Ws-0 lleva una mutación puntual en FLS2, lo que hace
que no respondan a flg22 (ref. 12 ). De hecho, las especies de plantas
individuales reconocer sólo un subconjunto de PMAP potenciales (ref. 6 ). Ni
PMAP ni responsabilidades parentales son invariables, y cada uno puede estar
sujeto a la selección natural.
Adicional mAmps / PMAP y responsabilidades parentales correspondientes
deben existir, ya que los extractos de Agrobacterium obtener PTI en un FLS2
efr-1 doble mutante (ref. 20 ). Otras quinasas LRR puede codificar RRP
adicionales cuya transcripción es estimulada por el contrato de derechos y
responsabilidades parentales relacionados. Hay más de 200 LRR-quinasas en
la Arabidopsis Col-0 genoma de 21 , 28 de ellos son inducidos por un plazo de
30 minutos de flg22 tratamiento 14 . FLS2 y EFR son miembros de una atípica
familia de quinasa que podría tener un sistema inmune específica función de la
planta 22 . Hay también 56 de los receptores como las proteínas-Arabidopsis
(RLPs) que tipo de codificar proteínas transmembrana que con ectodomains
LRR, pero no los dominios quinasa intracelular 23 . MAMP / estimulación PAMP
podría 'prime' las respuestas de defensa aún más por elevar la capacidad de
respuesta a otros patrones microbianos 14 .
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patógenos éxito suprimir PTI
¿Qué hace un aspirante a agente patógeno, con su colección de efectores, la
necesidad de lograr? Algunos efectores pueden servir funciones estructurales,
por ejemplo, en el extrahaustorial matriz que se forma durante y oomiceto
infección fúngica 24 . Otros pueden promover la pérdida de sustancias
nutritivas o la dispersión de patógenos 25 . Muchos pueden contribuir a la
supresión de uno o más componentes de PTI o ETI. La medida en que la ETI y
PTI involucran distintos mecanismos sigue siendo una cuestión abierta, y
algunos efectores pueden orientar a la ETI en lugar de PTI, o viceversa ( Fig. 1.
).
bacterias patógenas de plantas entregar 15-30 efectores por cepa en las
células huésped utilizando sistemas de secreción tipo III (TTSS). efectores
bacteriana contribuir a la virulencia de patógenos, a menudo mediante la
imitación o la inhibición de las funciones celulares eucariotas 26, 27, 28 . Un
patógeno P. syringae cepa mutada en el TTSS, e incapaz de entregar
cualquier tipo de efectores III, provoca un rápido y más fuerte re-programación
de la transcripción de frijol que tiene la cepa de tipo salvaje isogénicas 29 . Esta
cepa, lo que representa la suma de todos los mAmps bacteriana / PAMP,
induce la transcripción de la esencia, los mismos genes que flg22 (ref. 30-32 ).
Por lo tanto, el tipo de efectores III de cualquier patógeno bacteriano éxito PTI
frenar lo suficiente para permitir la colonización exitosa 33 ( Fig. 1. ).
Reseñas de Excelente discutir los procesos celulares específicos por tipo de
bacterias efectores III 26, 27, 28, 34 , destacamos sólo nuevos ejemplos. El P.
syringae HopM objetivos efector al menos una proteína ARF-GEF, que pueden
intervenir en la vesícula de transporte de la célula huésped 35 . HopM
funciones de forma redundante con el Avre efectores vinculados en P.
virulencia syringae 36 lo que sugiere que la manipulación de la vesícula de
transporte de acogida es importante para la colonización bacteriana éxito.
AvrPto y AvrPtoB no están relacionados efectores de tipo III, que pueden
contribuir a la virulencia mediante la inhibición de los primeros pasos en el PTI,
aguas arriba de MAPKKK (ref. 37 ). Al igual que otros efectores de tipo III,
AvrPtoB es una proteína bipartito. El extremo amino contribuye a la virulencia,
el carboxilo terminal puede tener una función en el bloqueo de la muerte celular
de acogida 38, 39 . Un dominio de la C AvrPtoB terminal se pliega en una ligasa
E3 activa, lo que sugiere que su función consiste en la degradación de la
proteína de acogida 40 . El efector Yersinia YopJ, miembro de la familia AvrRxv
de efectores de las bacterias fitopatógenos, inhibe la cascada MAP quinasa
regulada por la acetilación de residuos de la fosforilación de una proteína MEK
41 . Muchos adicionales bacteriana tipo efectores III familias de proteínas se
han identificado 26, 27, 28 , sus objetivos y funciones esperan definición.
Efectores de patógenos de plantas que son eucariotas son poco conocidos.
Hongos y efectores oomiceto puede actuar tanto en la matriz extracelular o en
el interior de la célula huésped. Por ejemplo, el RLPs tomate, CF-2, CF-4, CF-
5 y 9 Cf. responder específicamente a efectores extracelular producido por
fulvum Cladosporium 42 . Otros efectores de hongos y oomiceto probablemente
actúan dentro de la célula huésped, son reconocidos por las proteínas NB-LRR.
Por ejemplo, el gen que codifica la Atr13 efector oomiceto de exposiciones
parasitica Hyaloperonospora amplia diversidad alélica entre H.
cepas
parasitica acompañada de la diversidad en el correspondiente RPP13 NB-LRR
lugar Arabidopsis 43 . La diversidad también se observa en H. parasitica ATR1
y Arabidopsis RPP1 alelos 44 . ATR1 y Atr13 llevar a péptidos de señal para la
secreción de H. parasitica. Comparten entre sí, y con la proteína Avr3a
Phytophthora infestans, un motivo RxLR, que permite la importación de
efectores Plasmodium en las células huésped mamífero 45 . Esto es
consistente con la proximidad taxonómica de oomicetos y Plasmodium. Razas
del hongo de la roya del lino Melampsora lini expresar genes Avr reconocido
por alelos específicos del lino L, M y NB-LRR proteínas P. Estas proteínas
haustorial llevar a péptidos de señal para la exportación de hongos y pueden
funcionar dentro de la célula de la planta 46, 47 . La forma en que son tomados
por la célula huésped es desconocida. Sin embargo, el oidio cebada (Blumeria
graminis f.sp. hordei) Avrk y proteínas Avra10, reconocido por la NB-LRR
cebada genes MLK y Mla10, no contienen péptidos señal obvia ni motivos
RxLR, sin embargo, son miembros de familias de genes en grandes Blumeria y
Erysiphe especies 48. ¿Cómo estas oomiceto y efectores de hongos se
entregan a la célula huésped y contribuir a la virulencia de los patógenos se
desconoce.
Patógenos producen efectores de moléculas pequeñas que imitan a las
hormonas de las plantas. Algunas cepas de P. syringae que coronatina, un
ácido jasmónico imitar que suprime-mediada por el ácido salicílico de defensa a
patógenos biotróficos 49 e induce la apertura de los estomas, ayudando a las
bacterias patógenas para acceder al apoplasto 50 . PTI implica la represión de
las respuestas de la auxina, mediada en parte por un micro-ARN que también
es inducida por el estrés durante el ácido abscísico respuestas mediadas- 51 .
Giberelina es producida por el hongo patógeno Gibberella fujikuroi que conduce
a tonto 'síndrome de las plántulas, y citoquininas producidas por muchos
patógenos pueden promover el éxito del patógeno a través del retraso de la
senescencia en el tejido foliar infectado. La interacción entre el PTI y de
señalización hormonal normal, y el patógeno que imita influencia, está
comenzando a ser descubiertos.
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Indirectos y el reconocimiento de acogida directa de los efectores de
patógenos
Efectores que permiten a los agentes patógenos para superar PTI son
reconocidos por la resistencia a enfermedades específicas (R) de los genes.
La mayoría de los genes R codifican proteínas NB-LRR, hay
125 en la
Arabidopsis Col-0 genoma. Si un efector es reconocido por una proteína
correspondiente NB-LRR, sobreviene la ETI. El efector reconoció que se
denomina un avirulencia (Avr) de proteínas. ETI es una versión más rápida y
más fuerte de la PTI, 30, 31, 32 , que a menudo culmina en HR 52 ( Fig. 1. ).
Recursos humanos por lo general no se extiende más allá de la célula
infectada: puede retardar el crecimiento del patógeno en algunas interacciones,
en particular los parásitos participación haustorial, pero no se observa siempre,
ni es necesario, para ETI. No está claro lo que realmente se detiene el
crecimiento de patógenos en la mayoría de los casos.
Muy poco se sabe acerca de los eventos de señalización necesaria para
activar NB-LRR mediada la ETI. NB-LRR proteínas son probablemente
doblado en un estado de señal competentes por proteína de choque térmico
citosólica 90 y otros co-receptor de chaperones 53, 54 . El LRRs parecen actuar
como reguladores negativos que bloquean la activación inapropiada NB. NBLRR activación involucra e intermoleculares cambios conformacionales-intra y
pueden parecerse a los del mecanismo de proximidad inducida por el cual los
animales Apaf una proteína activa programado el relacionado con la muerte
celular 55 .
-LRR activación resultados NB en una red de intercomunicación entre las vías
de respuesta desplegado, en parte, a diferencia de los ataques de patógenos
biotróficos necrotróficos 9 . Esta se mantiene por el equilibrio entre el ácido
salicílico, una señal local y sistémica para la resistencia contra biotrophs
muchos, y la combinación de ácido jasmónico y la acumulación de etileno como
señales que promueven la defensa contra necrótrofos 9 . planta de hormonas
adicionales se pueda modificar el equilibrio de señalización salicylic-acidjasmonic-acid/ethylene. mutantes de Arabidopsis defectos en la biosíntesis de
ácido salicílico o la capacidad de respuesta están afectados en defensa basal y
la resistencia sistémica adquirida (SAR) 56 . NB-LRR induce la activación
diferencial de ácido salicílico y dependiente de las respuestas de ROS en y
alrededor de los sitios de infección, y sistémica 57 . La oxidasa dependiente de
NADPH-estallido oxidativo que acompaña a la ETI reprime ácido depende de
muerte celular generalizada salicílico en las células que rodean los sitios de
infección 58 . Los cambios locales y sistémicos en la expresión génica mediada
en gran parte por factores de transcripción de la WRKY y familias TGA 59 .
NB-LRR proteínas reconocen varios efectores de tipo III, indirectamente, por la
detección de productos de su acción sobre los objetivos de acogida, de
conformidad con la "hipótesis de guardia ' una . Los principios clave de esta
hipótesis son las siguientes: (1) un generador de efectos que actúa como factor
de virulencia tiene un objetivo (s) en el huésped, (2) mediante la manipulación o
alteración de este objetivo (s) del efector contribuye al éxito de patógenos en el
huésped susceptible genotipos, y (3) la perturbación de efectos de un host de
destino genera un "patógeno-inducida modificado-yo" patrón molecular que
activa la proteína correspondiente NB-LRR, que conduce a la ETI. Tres
consecuencias importantes de este modelo, ahora apoyado por la evidencia
experimental, son las siguientes: (1) efectores múltiples podría evolucionar de
forma independiente para manipular el host de destino mismo, (2) este podría
conducir a la evolución de más de una proteína NB-LRR asociado con un
objeto de múltiples efectores, y (3) estos NB-LRR sería activado por el
reconocimiento de diferentes patrones de modificación-de producción propia en
el mismo objetivo por la acción de los efectores en un (1).
RIN4, un 211-amino-ácidos, acilados 60 y asociada a la membrana de
proteínas plasmáticas, es un ejemplo arquetípico de un objetivo gran cantidad
de efectores de tipo III que es custodiado por las proteínas NB-LRR ( Fig. 2. ).
Es manipulado por tres bacterias diferentes efectores, y los asociados en vivo
con dos de Arabidopsis-LRR proteínas NB ( Fig. 2a y 2b ). Dos independientes
tipo efectores III, AvrRpm1 y avrB, interactuar con e inducir la fosforilación de
RIN4 (ref. 62 ). Esta modificación RIN4 se prevé para activar la proteína RPM1
NB-LRR. Un efector tercero, AvrRpt2 es una proteasa de cisteína 62 , que se
activa dentro de la célula huésped 63 , que elimina RIN4 por escindir lo menos
dos sitios 60, 64 . La escisión de RIN4 activa el NB-LRR proteína RPS2 65, 66 .
La activación de ambos RPM1 y RPS2 requiere el GPI ancladas NDR1
proteínas y RIN4 interactúa con NDR1 67 .
Figura 2: activación del sistema inmune de plantas por efectores
patógenos que generan auto modificado los patrones moleculares.
uno, Arabidopsis RPM1 es una membrana plasmática
periférica NB-LRR proteínas. Se activa por cualquiera
de los AvrRpm1 o las proteínas efectoras avrB.
AvrRpm1 aumenta la virulencia de algunos p. cepas
syringae en Arabidopsis como lo hace avrB en la soja.
AvrRpm1 y avrB son modificados por acilación eucariotaespecífica, una vez entregado en la célula por el sistema
de secreción tipo III (jeringa rojo) y por lo tanto dirigida a
la membrana plasmática. Las funciones bioquímicas de
AvrRpm1 y avrB se desconocen, aunque apuntan a
RIN4, que se fosforila (+ P), y activar RPM1, según se
detalla en el texto. A falta de RPM1, AvrRpm1 y avrB
supuestamente actuar en RIN4 y otros objetivos
contribuir a la virulencia. azul de los huevos de luz en
los paneles posteriores y esto representa como
proteínas desconocidas todavía. b, RPS2 es una
proteína NB-LRR que se encuentra en la membrana
plasmática. Es activado por el III AvrRpt2 proteasa
cisteína efectoras tipo de P.
syringae.
Auto de
procesamiento de AvrRpt2 por un ciclofilina acogida
revela un consenso, pero sin confirmar, el sitio
myristoylation en el extremo amino terminal nueva, lo
que sugiere que también podría estar localizado en la
membrana plasmática de acogida. AvrRpt2 es el efector
tercero que se dirige a RIN4. La escisión de RIN4 por
AvrRpt2 lleva a RPS2 mediada la ETI. A falta de RPS2,
AvrRpt2 presumiblemente se unirá y otros objetivos
RIN4 como parte de su función de virulencia. C, RPS5
es una NB-LRR proteína de Arabidopsis localizado en
una fracción de la membrana, probablemente por
acilación. RPS5 es NDR1 independiente. Es activado
por la proteasa cisteína efector AvrPphB de P. syringae
98 .
AvrPphB se escinde, acilados y entregado a la
membrana plasmática de acogida. Activado AvrPphB
rompe la Arabidopsis PBS1 serina-treonina proteína
quinasa, lo que lleva a la activación RPS5. La actividad
catalítica de hendido PBS1 se requiere para la activación
RPS5, lo que sugiere que esta modificación-yo
"fragmento" mantiene su actividad enzimática en el
marco del mecanismo de activación RPS5 98 . Hasta la
fecha, ninguna función ha sido atribuida a PBS1 en
ausencia de RPS5. D, Pto. es una serina-treonina
proteína quinasa de tomate. Pto. es polimórfico y por lo
tanto cumple los criterios para la definición genética de
una proteína de resistencia a las enfermedades. Pto.
actividad requiere de la proteína NB-LRR Prf, y las
proteínas forman un complejo molecular de 99 . Prf es
monomórfica, al menos en la especie de tomate
analizadas hasta la fecha. Toma de fuerza es el objetivo
directo de dos independientes P. efectores syringae,
AvrPto y AvrPtoB, cada uno de ellos contribuye a la
virulencia en patógenos mutantes toma de fuerza 100 .
Por tanto, es probable que Prf guardias Pto. (ref. 101 ,
103 ). La quinasa Pto. aparentemente no es necesario
para PTI, aunque puede haber redundancia en su
función, porque es un miembro de una familia de genes.
Electrónico, la transmembrana RLP Cf-2 guardias de la
cisteína Rcr3 proteasa extracelular. Cf-2 reconoce el C.
extracelular AVR2 efector fulvum, que codifica un
inhibidor de la proteasa cisteína. AVR2 se une e inhibe
la proteasa cisteína Rcr3 tomate. Las mutaciones en
Rcr3 resultado en la pérdida concreta de reconocimiento
Cf-2-dependiente de AVR2. Por lo tanto, Cf-2 parece
vigilar el estado de Rcr3, y activa la defensa si Rcr3 es
inhibida por AVR2 (ref. 104 ).
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Si RIN4 fue el único objetivo para estos tres efectores, a continuación, su
eliminación sería abolir su capacidad de agregar la virulencia de una cepa
débilmente patógenos. Sin embargo, la eliminación de RIN4 demostrado que
no es el host de destino sólo para AvrRpm1 o en AvrRpt2 susceptibles (rin4
RPM1 RPS2) las plantas 68 . Además, puede AvrRpt2 divide in vitro varias
proteínas de Arabidopsis que contienen el sitio de corte consenso 64 . Por lo
tanto, la contribución de cualquier efectoras de virulencia podría implicar la
manipulación de varios objetivos de acogida, y la generación de varias
moléculas modificadas-yo. Sin embargo, la perturbación de un solo objetivo es
suficiente para la activación NB-LRR. RIN4 regula negativamente RPS2 y
RPM1 (y sólo estas dos proteínas NB-LRR) 68, 69 . Pero ¿cuál es la función de
RIN4 en ausencia de RPS2 y RPM1? En RPM1 RPS2 plantas, AvrRpt2 o
AvrRpm1 (y posiblemente otros efectores) manipular RIN4 (y las proteínas,
posiblemente, u otros objetivos) con el fin de suprimir la PTI 71. Por lo tanto, las
plantas usan proteínas NB-LRR para proteger contra los patógenos que se
despliegan para inhibir PAMP efectores de señalización. Otros ejemplos de
reconocimiento indirecto se detallan en la figura. Dos , los cuales incluyen
tanto-y extra-celular dentro de reconocimiento de patógenos inducida
modificada por uno mismo.
No todas las NB-LRR reconocimiento es indirecta, y hay tres ejemplos de AvrNB-LRR interacción directa 70, 72 . La L lugar lino alelos codifican proteínas NBLRR que interactúan en la levadura con las proteínas AvrL correspondiente,
proporcionando la primera evidencia de que la diversidad de efectos para
determinar el reconocimiento NB-LRR se puede correlacionar perfectamente
con-NB-LRR-la interacción de proteínas efectoras 70 . Ambas proteínas L y
AvrL están bajo la diversificación de la selección, con el argumento de una
carrera de armamentos evolutiva directa. La diversidad alélica de otros
efectores de patógenos de hongos y oomiceto, y de sus correspondientes
proteínas de acogida NB-LRR como se describe anteriormente, también
sugiere una interacción directa, aunque esto queda por demostrar.
La radiación evolutiva de varios cientos de miles de especies de plantas
angiospermas
Hace 140-180 million años fue acompañado probablemente
por muchos de los casos independientes de patógenos co-evolución, en
particular de acogida adaptados biotrophs obligados. La mayoría de plantas
resistentes a la infección por la mayoría de los patógenos, sino que se dice que
"no anfitriones". Esta resistencia no-anfitrión podría estar mediado por al
menos dos mecanismos. En primer lugar, los efectores de un agente patógeno
puede ser ineficaz en un nuevo huésped potencial, pero evolutivamente
divergentes, dando lugar a la supresión de poco o nada de PTI, y la falta de
crecimiento de patógenos. Por otra parte, uno o más de los efectores
complemento de los aspirantes a agentes patógenos pueden ser reconocidos
por el repertorio NB-LRR de otras plantas que su co-anfitrión adaptados, lo que
resulta en la ETI. Estos dos escenarios predecir resultados diferentes con
respecto al momento y la amplitud de la respuesta que daría lugar, y también
dan lugar a diferentes presiones evolutivas en ambos hospedante y el
patógeno.
No de acogida de resistencia en contra de la Arabidopsis adaptado cebada
patógenos no, B. graminis f. sp. hordei (BGH) normalmente consiste en la
rápida producción de aposiciones pared celular (barreras físicas) y los
metabolitos antimicrobianos en el lugar de entrada de patógenos, pero no de
recursos humanos. penetración de Arabidopsis (pluma) mutantes están
parcialmente comprometidos en esta respuesta. PEN2 es una glucosil
hidrolasa peroxisomal 73 , y codifica PEN3 una membrana plasmática del
transportador ABC 74 . PEN2 y PEN3 son reclutados para intento de puntos de
entrada de hongos, al parecer para mediar en la entrega polarizado de una
toxina para el apoplasto 73, 74 . El citoesqueleto de actina probablemente
contribuye a esta respuesta 75 , tal vez como una pista para PEN2 contienen
peroxisomas y / o vesículas. Este antes de la invasión del huésped resistencia
no es genéticamente se puedan separar de un mecanismo de post-invasión
que requiere elementos adicionales que regulan tanto la PTI y la ETI 76 .
Eliminación de ambos PEN2 y PTI / señalización ETI Arabidopsis transforma en
un anfitrión para un evolutivamente no adaptadas hongo patógeno 73 . Esto
sugiere que la resistencia no-anfitrión abarca mecánica capas distintas de la
resistencia.
Los actos sintaxina PEN1 en una vía diferente resistencia antes de la invasión
no de acogida. PEN1 es probable que sea parte de un complejo SNARE
ternario que secreta de carga de vesículas en el sitio de la invasión de hongos
intento, lo que contribuye a la formación de la pared celular aposiciones 77, 78, 79
. siete transmembrana MLO específicas (resistencia al moho lugar O)
miembros de la familia regulan negativamente dependiente de la secreción de
PEN1 en los sitios de entrada de patógenos intento de 77, 78 . MLO mutaciones
recesivas, ya sea en Arabidopsis o resultado de la cebada en la resistencia a la
co-evolucionado respectivos patógenos oidio 80 . Por lo tanto, tanto en
Arabidopsis y la cebada, estos hongos pueden suprimir la resistencia a las
enfermedades mediadas-PEN1 por la activación de MLO. Este notable
conjunto de los resultados implica que una gran cantidad de células comunes
mecanismo de entrada evolucionado en los hongos oidio en o antes de la
divergencia-dicotiledóneas monocotiledóneas. PEN2 PEN3 y los genes son
inducidos por flg22, lo que indica que podrían estar implicados en PTI.
La resistencia no-host también puede ser mediada por el paralelo respuestas
ETI. Por ejemplo, cuatro efectores de un patógeno bacteriano del tomate
incapaces de colonizar soja cada uno puede activar genes específicos de I soja
momento de la entrega de un patógeno de soja 81 . La supresión de estos
genes efectores del patógeno de tomate disminuye su virulencia en tomate,
pero no permite que la colonización de soja 82 . Por lo tanto, puede haber otros
factores que carecen de esta cepa que se requieren para colonizar la soja.
Además, una amplia difusión, efector monomórfica en calidad de una proteína
avirulencia es suficiente para que las cepas Magnaporthe oryzae incapaces de
colonizar el arroz. Su presencia en más de 50 cepas que colonizan con éxito
raigrás perenne sugiere una función de la virulencia 83 . Por último,
Arabidopsis-anfitrión de la resistencia no maculans Leptosphaeria, un hongo
patógeno de Brassica, es en realidad mediada por NB-LRR desconectó las
proteínas presentes en cada uno de los padres de un cruce entre dos
accesiones 84 . Por lo tanto, crípticas respuestas mediadas por NB-LRR
actuando en paralelo puede limitar el rango de hospedantes de patógenos.
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Patógenos esquivar la vigilancia de acogida
La eficacia de la ETI selecciona para las variantes microbianas que pueden
evitar-LRR mediada por el reconocimiento Nota de un generador de efectos
particulares ( Fig. 3. ). frecuencias efectores alelo es probable que sean
influenciados por su modo de acción. La diversidad de los dos alelos de lino
óxido AvrL y Atr13 oomiceto y alelos ATR1 sugiere una forma de evolución
efector. Estas proteínas pueden interactuar directamente en las plantaciones
con las proteínas codificadas por los alelos del lino L y RPP1 y RPP13 loci de
Arabidopsis, respectivamente. El alto nivel de diversificación de la selección
entre estos alelos efector es presumiblemente seleccionados por el
reconocimiento de acogida, y por lo tanto actúa en los residuos de efectos que
probablemente no son necesarios para la función efectora.
Figura 3: Co-evolución de los genes R de acogida y el efector patógeno
complemento.
Un patógeno lleva un gen efector (E1) que es
reconocido por un raro alelo R1 (superior). Esto se
traduce en la selección de una frecuencia elevada de R1
en la población. Patógenos en el que se encuentra
mutado el efector son seleccionados, ya que pueden
crecer en R1-a base de plantas (a la derecha). R1
erosiona la eficacia, y, por lo menos algunos genes R
tienen costos asociados gimnasio 92 , las plantas
portadoras de R1 puede haber reducido la aptitud (
abajo), lo que resulta en una reducción R1 frecuencias.
La población del patógeno seguirá conteniendo las
personas físicas en E1. A falta de R1, E1 conferirá
mayor aptitud, y su frecuencia en la población aumentará
(a la izquierda). Esto conducirá a la reanudación de la
selección de R1 (superior). En las poblaciones de
plantas y patógenos, este ciclo está continuamente
girando, con decenas de efectores y muchos alelos en
varios loci R en el juego.
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Por el contrario, los efectores proporcionar funciones bioquímicas que generan
modificaciones de las metas de acogida se vean sometidos a la depuración de
selección 85 . NB-LRR de activación a través del reconocimiento de patógenos
inducida por modificación de este tipo ofrezca un mecanismo para la
percepción de acogida de múltiples efectores evolucionado poner en peligro el
objetivo mismo host ( Fig. 2. ). Para la selección de generar un efector que
escapa a la ETI, el efector es probable que pierda su función nominal. La
respuesta más simple patógeno para el reconocimiento de acogida es echar
por la borda el gen efector detectado, a condición de repertorio de la población
efectora puede cubrir la posible pérdida de la aptitud en huéspedes
susceptibles. De hecho, los genes efectores están a menudo asociados con
elementos genéticos móviles o telómeros y se observan comúnmente como
polimorfismos de presencia / ausencia a través de cepas bacterianas y
fúngicas. el reconocimiento de efectos indirectos de la acción, a través del
reconocimiento de patógenos inducida modificada auto, es probable que
permiten relativamente estable, duradera y económica evolutivamente
protección del conjunto de la maquinaria celular blanco de efectores patógeno.
ETI también pueden ser superados a través de la evolución de los efectores de
patógenos que suprimen directamente ( Fig. 1. ). Por ejemplo, en P. pv.
phaseolicola syringae, el efector AvrPphC suprime ETI provocada por el efector
AvrPphF en algunos cultivares de frijol, mientras que, como su nombre lo
indica, se puede AvrPphC avirulencia condición en diferentes variedades de
frijol 86 . Otros casos de efectores de bacterias que actúan para frenar o inhibir
la ETI se han observado 38 . El análisis genético de la roya del lino reveló
llamado inhibidor de genes, de modo que la función de suprimir ETI provocados
por los genes de avirulencia otros 87 . Por lo tanto, parece probable que
algunos efectores suprimir la ETI provocada por otros efectores.
la evolución microbiana en respuesta a la ETI puede dar lugar a dos extremos
de la evolución NB-LRR. -LRR genes homólogos NB en diversas accesiones
de Arabidopsis acumular novedades evolutivas a diferentes velocidades en
diferentes loci 88 . Algunos genes NB-LRR no son propensos a la duplicación, y
evolucionan de forma relativamente lenta. Sus productos son tal vez de forma
estable asociada con una proteína de acogida cuya integridad que vigilar, la
diversificación de retardo. Otros están evolucionando más rápidamente y
puede interactuar directamente con la evolución de los efectores rápidamente
89, 90 . Lo que podría conducir estos modos de evolución ( Fig. 3. )? En las
poblaciones de patógenos, la frecuencia de un gen efector se verá reforzada
por su capacidad para promover la virulencia, y reducidos por el
reconocimiento de acogida. Por ejemplo, en el sector del lino / lino sistema de
óxido, frecuencia de los genes de avirulencia en el óxido es elevado en las
poblaciones de plantas con una menor abundancia de los correspondientes
genes R, de conformidad con los genes avr aumentar la aptitud de patógenos
91 . Por lo tanto, la selección natural debe mantener la función efectora de la
falta de reconocimiento. Pero la función efectora tiene un costo que depende
de la frecuencia del correspondiente gen R. Y R genes pueden exigir un costo
de fitness en el huésped 92 . Por lo tanto, si la frecuencia de efectos gotas en
una población del patógeno, los anfitriones pueden ser seleccionados por la
pérdida de la correspondiente alelo I, y el dependiente de la frecuencia de ciclo
continuará ( Fig. 3. ).
Principio de la página
Desafíos y oportunidades para el futuro
Tenemos que definir el repertorio y los modos de acción de los efectores de
patógenos con historias de vida diversas. Esto ayudará a definir el conjunto
completo de objetivos de acogida, así como las presiones evolutivas que
actúan sobre ambos equipos y agentes patógenos. Por ejemplo, si la mayoría
de los efectores de bacterias evolucionan bajo selección purificadora para
mantener la función intrínseca 85 , a continuación, un conjunto en toda la
población de no relacionados efectores microbiana podría converger en un
conjunto limitado de LRR asociada a los objetivos de acogida-NB. Estas
asociaciones estables de proteínas NB-LRR y las proteínas del huésped cuya
integridad que vigilar son presumiblemente siendo desafiada por el recién
desarrollado, o recién adquiridos, efectores que pueden todavía
subrepticiamente manipular el destino en el servicio de virulencia.
Tenemos que entender la interfaz haustorial. Cableado de acogida y el tráfico
de vesículas microbio es probable que sustentan la diferenciación haustorial.
No sabemos todavía si la membrana extrahaustorial se deriva de la membrana
plasmática de acogida o es una nueva síntesis, la membrana de acogida
novela. De alto rendimiento hace que la secuencia es posible indexar el gen
complementos de biotrophs obliga como cenicillas y suave, y se oxida. La
genómica puede también ser utilizado para identificar los genes expresados por
el patógeno en un supuesto momento de la infección. La presencia de un
péptido señal y (en el caso de oomicetos) un motivo RxLR, a continuación, se
puede utilizar para identificar de cómputo del complemento de los candidatos
efector. Con el desarrollo de sistemas adecuados de suministro de alto
rendimiento, será posible investigar sus funciones, y su capacidad para incidir
en PTI y / o de la ETI, en las plantas hospederas tanto y otras especies
vegetales.
¿Los controles de la transcripción de la PTI y ETI, que culminan en productos
similares, se superponen? Varios efectores pueden nucleares localizados 93, 94
. El RRS1 proteína R es tal vez una piedra de Rosetta quimera de NB-LRR y el
factor de transcripción WRKY 72 . TATA proteína de unión al factor accesorioA, AtTIP49a, interactúa con las proteínas-LRR y otros NB RPM1, y es un
regulador negativo de la defensa 95 . Dos nucleoporinas y importinas son
necesarios para la respuesta de la salida de una activa NB-LRR proteína
ectópica 96, 97 . En particular, la proteína animal CATERPILLAR prototípico es
CIITA, un co-activador transcripcional de clase II MHC respuesta a la infección
viral que es, a su vez, el objetivo de las proteínas virales que apuntan a cerrar 7
.
Si las proteínas NB-LRR son co-reguladores de la transcripción es
actualmente desconocido.
Necesitamos saber cuál es la causa de detención de crecimiento del patógeno.
Como las plantas son sésiles, que continuamente deben integrar ambas
señales bióticos y abióticos del medio ambiente. Las plantas carecen de
células circulantes, por lo que estas respuestas también tienen que ser dividido
tanto a nivel local en varios diámetros celulares y sistémica en metros.
Comprender la interacción espacial de la PTI, la ETI, y la hormona de la planta
y abióticos sistemas de señalización de estrés está en su infancia.
Por último, tenemos que entender la biología de las poblaciones de los
efectores de patógenos, y su co-evolución de los genes de acogida NB-LRR.
El conocimiento de sus frecuencias de alelos y su distribución espacial en los
ecosistemas silvestres deberían decirnos más acerca de la evolución de este
fascinante antiguo sistema inmune y cómo podríamos implementar con mayor
eficacia para controlar la enfermedad.