La sistemina è un peptide difensivo ben noto nel regno vegetale che svolge un ruolo cruciale nella risposta della pianta alle ferite, come gli attacchi degli erbivori. In qualità di fornitore affidabile di sistemina, mi viene spesso chiesto come viene sintetizzato questo importante peptide nelle piante. In questo post del blog approfondirò i dettagli scientifici della sintesi della sistemina, fornendo una panoramica completa per coloro che sono interessati a questo affascinante campo.
La scoperta e il significato della sistemina
La sistemina è stata scoperta per la prima volta nelle piante di pomodoro (Solanum lycopersicum) negli anni '90. Si tratta di un piccolo peptide composto da 18 aminoacidi e la sua scoperta ha rappresentato un importante passo avanti nella comprensione dei meccanismi di difesa delle piante. Quando una pianta viene ferita, la Systemina viene rilasciata e agisce come un segnale sistemico, trasmettendo l’“allarme” a tutta la pianta. Ciò porta all'attivazione di vari geni legati alla difesa, con conseguente sintesi di inibitori della proteasi. Questi inibitori della proteasi possono interferire con la digestione degli erbivori, scoraggiandoli efficacemente e proteggendo la pianta.
La proteina precursore della sistemina
La sistemina non è sintetizzata direttamente nella sua forma attiva. Invece, deriva da una proteina precursore più grande chiamata prosystemina. La prosystemina è codificata da un gene a copia singola nel genoma della pianta. Nelle piante di pomodoro, il gene della prosistematina contiene una cornice di lettura aperta che codifica per una proteina di circa 200 aminoacidi. La sequenza della sistemina è incorporata all'interno di questa proteina prosistematina più grande.
La regione promotrice del gene della prosistematina contiene specifici elementi ad azione cis che possono rispondere a vari stimoli, come ferite meccaniche e alimentazione di insetti. Quando la pianta percepisce questi stimoli, i fattori trascrizionali si legano a questi elementi ad azione cis, portando all'attivazione del gene della prosistematina e alla produzione dell'mRNA della prosistematina. Questo mRNA viene poi tradotto nella proteina prosistematina nel reticolo endoplasmatico e nei ribosomi delle cellule vegetali.
Scissione della prosystemina per rilasciare la systemina
Il passo successivo nella sintesi della sistemina è la scissione della prosistemaina per rilasciare il peptide attivo della sistemina. Questo processo avviene attraverso l'azione delle proteasi. Dopo che la prosystemina è stata sintetizzata nella cellula, viene trasportata nello spazio extracellulare. Qui, proteasi specifiche riconoscono e scindono la proteina prosystemina in siti precisi.
L'identità delle proteasi coinvolte in questa scissione è stata oggetto di ricerche approfondite. Sebbene non sia completamente compreso, si ritiene che una famiglia di serina proteasi possa svolgere un ruolo significativo. Queste proteasi scindono la proteina prosistematina in specifici legami peptidici, rilasciando il peptide sistemina di 18 aminoacidi. Una volta rilasciata, la sistemina può interagire con i suoi recettori sulla membrana plasmatica delle cellule vicine.
Modifiche post-traduzionali
In alcuni casi la sistemina può subire modifiche post-traduzionali. Sebbene il peptide Systemina da 18 aminoacidi sia generalmente considerato la forma attiva, è dimostrato che possono verificarsi modifiche minori. Queste modifiche possono influenzare la stabilità, l'attività o l'affinità di legame della sistemina con i suoi recettori.
Ad esempio, la fosforilazione o l'acetilazione di alcuni residui di amminoacidi nella sistemina potrebbero potenzialmente alterarne le proprietà biologiche. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno la portata e il significato di queste modifiche post-traduzionali nel contesto della funzione della sistemina.
Il ruolo della sistemina nelle vie di segnalazione
Una volta che la sistemina viene rilasciata e si lega ai suoi recettori sulla membrana plasmatica, avvia un complesso percorso di segnalazione. Il recettore della sistemina è stato identificato come una chinasi simile al recettore ripetuto ricco di leucina (LRR - RLK). Quando la sistemina si lega a questo recettore, attiva una serie di eventi di segnalazione a valle, inclusa l'attivazione delle proteine chinasi attivate dal mitogeno (MAPK).
L'attivazione delle MAPK porta alla fosforilazione dei fattori di trascrizione, che poi si traslocano nel nucleo e regolano l'espressione dei geni legati alla difesa. Questa cascata di segnali porta alla sintesi di varie proteine legate alla difesa, come gli inibitori della proteasi, le polifenoli ossidasi e le perossidasi. Queste proteine contribuiscono alla difesa generale della pianta contro erbivori e agenti patogeni.
Peptidi simili nel regno vegetale
Oltre alla sistemina, nel regno vegetale esistono altri peptidi simili che svolgono un ruolo nella segnalazione di difesa. Ad esempio, Tyr - ACTH (4 - 9)Clicca qui per maggiori dettagliè un peptide che ha dimostrato di avere determinate attività biologiche nelle piante. FisalaeminaSaperne di piùè un altro peptide che è stato studiato nel contesto della segnalazione vegetale. Questi peptidi possono condividere alcune caratteristiche comuni con la sistemina in termini di funzioni di sintesi, elaborazione e segnalazione.
Un altro peptide correlato è il 6×His PeptideScopri di più. Sebbene il suo utilizzo principale sia spesso nella purificazione delle proteine in ambienti di laboratorio, fornisce anche approfondimenti sulla sintesi e sulla manipolazione dei peptidi nelle piante. Comprendere le somiglianze e le differenze tra questi peptidi può aiutarci ad acquisire una comprensione più completa delle vie di segnalazione mediate dai peptidi vegetali.
Fattori che influenzano la sintesi della sistemina
Diversi fattori possono influenzare la sintesi della sistemina nelle piante. Fattori ambientali, come luce, temperatura e umidità, possono influenzare l’espressione del gene della prosistematina. Ad esempio, la luce ad alta intensità può aumentare l’espressione del gene della prosistematina, portando ad un aumento della sintesi della sistemina.
Anche i fattori biologici, come la presenza di agenti patogeni o erbivori, svolgono un ruolo cruciale. Quando una pianta viene attaccata dagli erbivori, il danno meccanico causato dalla masticazione o dalla presenza di elicitori derivati dagli erbivori può innescare la sintesi di sistemina. Allo stesso modo, le infezioni da agenti patogeni possono anche attivare la via di difesa mediata dalla sistemina, sebbene i meccanismi esatti possano differire.
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Conclusione
La sintesi della sistemina nelle piante è un processo complesso e altamente regolamentato. Implica la trascrizione e la traduzione del gene della prosystemina, seguite dalla scissione della proteina prosystemina per rilasciare il peptide attivo della systemina. Questo peptide avvia quindi una cascata di segnali che porta all'attivazione delle risposte di difesa della pianta. Comprendere la sintesi della sistemina non è importante solo per la ricerca di biologia vegetale di base, ma ha anche potenziali applicazioni in agricoltura per lo sviluppo di varietà di colture più resistenti.
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Riferimenti
- Ryan CA, Pearce G. (1998). Il segnale della ferita sistemica nel pomodoro: regolazione dei geni di difesa delle piante contro gli insetti nocivi. Biotecnologie vegetali. J.16, 199 - 210.
- Schilmiller AL, Howe GA. (2005). Jasmonate: risposte vegetali regolate agli erbivori. Curr. Opinione. Bio vegetale. 8, 330 - 336.
- Stratmann JW. (2003). Mitogeno - cascate di proteine chinasi attivate nella segnalazione di difesa delle piante. Curr. Opinione. Bio vegetale. 6, 395 - 401.