Το Chaperone Protein AddDJSKI Of A.diogoi ενισχύει την ανοχή βιοτικών καθώς και αβιοτικών στρες στον καπνό

Αράχης δίωγοι , ένα άγριο διπλοειδές είδος που σχετίζεται με το καλλιεργούμενο φυστίκι, είναι ανθεκτικό στο παθογόνο της όψιμης κηλίδας των φύλλων Phaeoisariopsis personata , που είναι ένας από τους αιτιολογικούς παράγοντες μιας ασθένειας που συλλογικά ονομάζεται «νόσος Tikka» στα καλλιεργούμενα φιστίκια. Οι άγριοι συγγενείς ποικιλιών γεωργικής σημασίας έχουν πάντα διερευνηθεί για τις πλούσιες και ποικίλες γονιδιακές δεξαμενές τους.

Στην προσπάθειά μας να εντοπίσουμε παραλόγους που ευθύνονται για την ανοχή στο βιοτικό στρες, έχουμε αναπτύξει δεδομένα σχετικά με τα διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια και πρωτεΐνες που υπάρχουν στο  A. doigoi σε σύγκριση με το A. υπογεα . Παλαιότερα, είχαμε χαρακτηρίσει γονίδια όπως το Cyclophilin , Καταστολέας του αλληλόμορφου g2 του skp1 (SGT1 ), Ένζυμο επεξεργασίας κενοτοπίων (VPE ), παράγοντας ματίσματος πλούσιος σε σερίνη/αργινίνη (AdRSZ21 ), και άλλα που έχουν ρόλο στην ενίσχυση της αντίστασης στις ασθένειες στο ετερόλογο σύστημα, Nicotiana tabacum , παρουσιάζοντας έτσι την πλούσια βιοτική, ανταποκρινόμενη στο στρες γονιδιακή δεξαμενή του A. diogoi .

Εκτός από τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την αύξηση της αντίστασης έναντι των μυκητιακών παθογόνων, έχουμε εντοπίσει εκείνα τα γονίδια που έχουν την ικανότητα να αυξάνουν την ανοχή στο αβιοτικό στρες, όπως το AdLEA , υποδεικνύοντας ότι μια αμυντική απάντηση στο A. diogoi είναι αποτέλεσμα της μοριακής επικάλυψης μεταξύ των μονοπατιών αναγνώρισης και σηματοδότησης που ρυθμίζουν την ανοχή των φυτών στο αβιοτικό και βιοτικό στρες. Η ανοδική ρύθμιση των μεταγραφών που σχετίζονται με την άμυνα για την καταπολέμηση της ανοχής στο βιοτικό στρες είναι εξίσου σημαντική με τη διασφάλιση της σωστής ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών υπό στρες. Η αμυντική απόκριση στα φυτά είναι ένα σωρευτικό αποτέλεσμα της ενεργοποίησης πολλών μοριακών οδών, όχι μόνο ενός.

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα στη βιβλιογραφία όπου μπορούσαμε να δούμε ότι η άμυνα συμβαίνει εις βάρος της ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών. Για παράδειγμα, srfr1-4, ένα μετάλλαγμα χωρίς SRFR1 (Καταστολέας του RPS4-RLD1 )  στο Arabidopsis thaliana, εμφανίζει ειδική αντίσταση στη νόσο του avrRPS4 ανεξάρτητα από το RPS4 με συστατική έκφραση του γονιδίου R SNC1 και δείχνει έναν νάνο φαινότυπο. Παρόμοιος τύπος φαινοτύπου παρατηρείται για το bon1 (BONZAI 1) μεταλλαγμένος σε A. thaliana .

Υπό συνθήκες στρες, μια ανισορροπία στην ομοιόσταση των πρωτεϊνών προκύπτει ως αποτέλεσμα των ακατάλληλων διπλωμένων πρωτεϊνών. Αυτό οδηγεί σε μη λειτουργικά μοριακά μηχανήματα που καταπολεμούν το στρες. Οι συνοδοί παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάσωση των κυττάρων υπό στρες, ενώ διατηρούν την ομοιόσταση των πρωτεϊνών. Αντίστοιχα, τα φυτά έχουν αναπτύξει μια σειρά από μοριακές οδούς για να αποφύγουν τις πιέσεις αυξάνοντας τη δεξαμενή των μοριακών συνοδών. Οι μοριακές συνοδούς αλληλεπιδρούν με διάφορα πρωτεϊνικά υποστρώματα για να βοηθήσουν την αναδίπλωση τους και να αποτρέψουν τη συσσώρευση λανθασμένων ή κατεστραμμένων μη λειτουργικών πρωτεϊνικών μορίων. Οι πρωτεΐνες DnaJ, επίσης γνωστές ως πρωτεΐνη θερμικού σοκ 40 (HSP40), είναι μια οικογένεια συντηρημένων συνοδηγών για τα HSP70. Οι πρωτεΐνες DnaJ/HSP40 καθορίζουν τη δραστηριότητα των HSP70 ενεργοποιώντας την ΑΤΡάση και επίσης παρέχοντάς τους υποστρώματα για δράση. Μπορούν να δεσμεύσουν τόσο διπλωμένα όσο και ξεδιπλωμένα πρωτεϊνικά υποστρώματα, προάγοντας έτσι την επανενεργοποίηση πρωτεϊνών που έχουν υποστεί βλάβη κατά τη διάρκεια διαφορετικών συνθηκών στρες και διευκολύνοντας την πρωτεόλυση μη φυσιολογικών πρωτεϊνών.

Η δεξαμενή των θραυσμάτων που προέρχονται από το μεταγράφημα εκφράζονται διαφορικά σε A. diogoi σε σύγκριση με το A. υπογεα μετά από μυκητιασική λοίμωξη όχι μόνο παραθέτει μια ανοδική ρύθμιση μεταγραφών που σχετίζονται με την άμυνα, αλλά και μεταγραφές που είναι υπεύθυνες για τη διατήρηση της ομοιόστασης και του μεταβολισμού των πρωτεϊνών μέσα σε ένα κύτταρο. Αυτό υποδηλώνει ότι η άμυνα στο A. diogoi δεν είναι αποτέλεσμα υπερπαραγωγής μόνο πρωτεϊνών R, αλλά ότι υπάρχουν πρωτεΐνες όπως η AdDjSKI, που υπάρχουν στον χλωροπλάστες, ο οποίος διατηρεί την ομοιόσταση των πρωτεϊνών και διασφαλίζει τη σωστή λειτουργία του φωτοσυνθετικού μηχανισμού.

Ο φωτοσυνθετικός μηχανισμός ενός φυτού σε χλωροπλάστες απειλείται συνήθως από αυξημένα επίπεδα ROS και απαιτεί επίσης περισσότερη ενέργεια για να επιβιώσει σε συνθήκες στρες και, ως εκ τούτου, πρέπει να έχει καλή απόδοση για την επιβίωση του κυττάρου. Τα παθογόνα φαίνεται να απελευθερώνουν δραστικά μόρια για να διαταράξουν την κανονική λειτουργία ενός φυτικού κυττάρου. Αυτά τα δραστικά μόρια συχνά έχουν ένα σήμα για τη μετατόπισή τους είτε στον χλωροπλάστες, στον πυρήνα ή σε άλλα κυτταρικά οργανίδια. Συνεπώς, τα φυτά έχουν μάθει να αναγνωρίζουν αυτούς τους τελεστές και να καταπολεμούν με εισβάλλοντα παθογόνο παράγοντα παράγοντας πρωτεΐνες αντίστασης (R).

Μια πιθανή εξήγηση για την ανοχή πολλαπλών αβιοτικών και βιοτικών στρες που παρατηρείται από την υπερέκφραση του χλωροπλαστικού AdDjSKI μπορεί να είναι ότι προστατεύει τον φωτοσυνθετικό μηχανισμό των φυτών από αυξημένα επίπεδα ROS, όπως φαίνεται με τη μορφή μεταγραφικής ανοδικής ρύθμισης των αντιοξειδωτικών υπό θερμική καταπόνηση και μειωμένων επιπέδων ROS ως απόκριση στο στρες αλατιού σε διαγονιδιακές σειρές, διασφαλίζοντας έτσι την καλή λειτουργία του χλωροπλάστη ακόμη και κάτω από συνθήκες άγχους. Αυτό εξηγεί τον φαινότυπο που παρατηρείται με τη μορφή πολλαπλής ανοχής στρες που παρατηρείται σε γραμμές υπερέκφρασης ως αποτέλεσμα μιας γενικευμένης απόκρισης στρες, που προκύπτει λόγω της κανονικής λειτουργίας του χλωροπλάστη και της μετάδοσης ενός ανάδρομου σήματος από τον χλωροπλάστε στον πυρήνα, βοηθώντας τον μεταγραφικό επαναπρογραμματισμό υπό κατάσταση στρες.

AdDjSKI Οι γραμμές υπερέκφρασης έδειξαν πολλαπλές ανοχές στρες, οι οποίες συσχετίστηκαν με μεταγραφική ανοδική ρύθμιση πολλών μεταγραφών που ανταποκρίνονται στο στρες, συμπεριλαμβανομένων των HSP70, αντιοξειδωτικών ενζύμων υπό θερμικό στρες και PR γονίδια ως απόκριση σε μυκητιασική μόλυνση. Κάτι που ήταν πολύ ενδιαφέρον να παρατηρηθεί ήταν ότι αυτές οι γραμμές υπερέκφρασης εμφάνισαν φυσιολογική ανάπτυξη και ανάπτυξη ως WT, όπως φαίνεται από την ανάπτυξη των φυταρίων υπό συνθήκες ελέγχου. ακόμη και τα φυτά σε ένα θερμοκήπιο έμοιαζαν όλα. Εξετάζοντας τον παρατηρούμενο φαινότυπο κατά την υπερέκφραση του AdDjSKI , φαίνεται να είναι καλός υποψήφιος για ανάπτυξη σε φυτά.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο «Pathogen-induced AdDjSKI of the wild peanut, Arachis diogoi», ενισχύει την ανοχή σε πολλαπλές καταπονήσεις στο E. coli και στον καπνό, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Plant Science. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Sakshi Rampuria, Pushan Bag, Akanksha Sharma και P.B. Kirti από το University of Hyderabad και Conner J. Rogan και Walter Gassmann από το University of Missouri, Columbia.