Quali sono le interazioni tra la sistemina e le specie vegetali reattive all'ossigeno?
Nel campo della biologia vegetale, l’intricata rete di vie di segnalazione e interazioni molecolari continua ad affascinare sia i ricercatori che gli operatori del settore. In qualità di fornitore di Systemin, ho assistito in prima persona al crescente interesse nella comprensione della complessa relazione tra Systemin e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) delle piante. In questo post del blog approfondiremo i dettagli di queste interazioni, esplorandone il significato nella difesa, nella crescita e nello sviluppo delle piante.
La sistemina: un attore chiave nella segnalazione delle piante
La sistemina è un noto ormone peptidico vegetale che svolge un ruolo cruciale nella risposta sistemica alle ferite delle piante di pomodoro. Scoperta negli anni '90, la sistemina deriva da una proteina precursore più grande, la prosistematina. Quando una pianta viene ferita, ad esempio, da insetti erbivori o danni meccanici, la sistemina viene rilasciata nell'apoplasto. Si lega quindi a un recettore specifico sulla superficie delle cellule vicine, innescando una cascata di eventi di segnalazione.
Il legame della sistemina al suo recettore attiva una serie di vie di segnalazione intracellulare. Uno dei passaggi iniziali prevede l'attivazione delle proteine chinasi attivate dal mitogeno (MAPK). Queste chinasi fosforilano vari bersagli a valle, portando all'attivazione trascrizionale di geni legati alla difesa. I geni indotti dalla Systemin sono spesso coinvolti nella produzione di inibitori della proteasi, che possono scoraggiare gli erbivori interferendo con la loro digestione.
Specie reattive dell'ossigeno nelle piante
Le specie reattive dell'ossigeno sono molecole altamente reattive che includono anioni superossido (O₂⁻), perossido di idrogeno (H₂O₂) e radicali idrossilici (·OH). Nelle piante, i ROS sono prodotti come sottoprodotti dei normali processi metabolici, come la fotosintesi e la respirazione. Tuttavia, la loro produzione può anche essere notevolmente aumentata in risposta a vari stress biotici e abiotici.
In condizioni normali, le piante hanno un sistema di difesa antiossidante ben sviluppato per mantenere l’equilibrio dei livelli di ROS. Questo sistema comprende enzimi come la superossido dismutasi (SOD), la catalasi (CAT) e l'ascorbato perossidasi (APX), nonché antiossidanti non enzimatici come l'acido ascorbico e il glutatione. Quando le piante sono esposte allo stress, la produzione di ROS può superare la capacità del sistema antiossidante, portando allo stress ossidativo.
Interazioni tra sistemina e ROS
Produzione di ROS innescata dalla sistemina
Una delle interazioni più significative tra la sistemina e i ROS è la capacità della sistemina di indurre la produzione di ROS nelle cellule vegetali. Quando la sistemina si lega al suo recettore, attiva una cascata di segnali che alla fine porta all'attivazione delle ossidasi NADPH. Questi enzimi sono responsabili della produzione di anioni superossido sulla membrana plasmatica. Gli anioni superossido vengono quindi rapidamente convertiti in perossido di idrogeno mediante SOD.
La produzione di ROS in risposta alla sistemina è una parte importante del meccanismo di difesa della pianta. I ROS possono danneggiare direttamente le membrane e le macromolecole degli agenti patogeni invasori. Possono anche agire come molecole di segnalazione, innescando l'attivazione di geni legati alla difesa a valle. Ad esempio, il perossido di idrogeno può diffondersi attraverso le membrane cellulari e attivare fattori di trascrizione coinvolti nell’espressione di geni che codificano per gli inibitori della proteasi e altre proteine di difesa.
ROS - Regolazione mediata della segnalazione della sistemina
D'altra parte, i ROS possono anche regolare la via di segnalazione della sistemina. Alti livelli di ROS possono causare danni ossidativi alle proteine e ai lipidi nella cellula, compresi i componenti della via di segnalazione della sistemina. Ad esempio, i ROS possono ossidare i residui di cisteina nelle proteine, portando a cambiamenti nella loro struttura e funzione. Ciò può aumentare o inibire l'attività delle proteine coinvolte nella segnalazione della sistemina.
In alcuni casi, i ROS possono agire come regolatori positivi della segnalazione della sistemina. Ad esempio, bassi livelli di perossido di idrogeno possono aumentare la fosforilazione delle MAPK, che sono componenti chiave della cascata di segnalazione della sistemina. Ciò può portare a un'attivazione più robusta dei geni legati alla difesa. Tuttavia, un’eccessiva produzione di ROS può anche avere un impatto negativo sulla segnalazione della sistemina. Lo stress ossidativo può causare l’inattivazione delle proteine di segnalazione, portando a un’interruzione della risposta di difesa.
Ruolo nella segnalazione sistemica
L'interazione tra sistemina e ROS è importante anche per la segnalazione sistemica nelle piante. Quando una pianta viene ferita, la produzione locale di sistemina e ROS può innescare una risposta sistemica nelle parti non ferite della pianta. I ROS possono agire come segnali mobili, diffondendosi attraverso l'apoplasto e il simplasto alle cellule vicine. Possono anche indurre la produzione di altre molecole di segnalazione, come l’acido jasmonico, che può amplificare ulteriormente la risposta di difesa sistemica.
Implicazioni per la salute delle piante e l'agricoltura
Comprendere le interazioni tra sistemina e ROS ha implicazioni significative per la salute delle piante e l'agricoltura. Manipolando la via di segnalazione sistemina-ROS, potrebbe essere possibile migliorare i meccanismi di difesa naturale della pianta contro parassiti e malattie. Ad esempio, l’applicazione esogena della sistemina o l’attivazione della segnalazione della sistemina può essere utilizzata come strategia per proteggere le colture dagli erbivori.
Inoltre, l’interazione tra sistemina e ROS può essere sfruttata anche per migliorare la tolleranza delle piante agli stress abiotici. Poiché i ROS sono coinvolti nelle risposte allo stress sia biotico che abiotico, l’attivazione del percorso sistemina-ROS può aiutare le piante ad affrontare meglio le sfide ambientali come siccità, salinità e temperature estreme.
I nostri prodotti e la loro rilevanza
In qualità di fornitore di Systemin, ci impegniamo a fornire prodotti di alta qualità per la ricerca e le applicazioni agricole. I nostri peptidi di sistemina sono accuratamente sintetizzati e purificati per garantirne l'attività biologica. Oltre alla sistemina, offriamo anche una gamma di peptidi correlati che possono essere utilizzati per studiare le vie di segnalazione nelle piante.
Ad esempio, forniamoProteina chinasi C (19 - 36), che può essere utilizzato per studiare il ruolo delle proteine chinasi nella cascata di segnalazione della sistemina. NostroPeptide SCPApotrebbe anche essere rilevante per studiare le interazioni tra la sistemina e altre molecole di segnalazione. ESostanza P (2 - 11)/Deca - Sostanza Ppuò essere utilizzato come strumento per comprendere il contesto più ampio della segnalazione mediata dai peptidi nelle piante.
Contattaci per l'approvvigionamento
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Riferimenti
Bergey, DR, Pearce, G. e Ryan, CA (1999). La sistemina attiva una cascata di segnalazione della ferita nel pomodoro. Fisiologia vegetale, 119(4), 1351 - 1357.
Mittler, R. (2002). Stress ossidativo, antiossidanti e tolleranza allo stress. Tendenze nella scienza delle piante, 7(9), 405 - 410.
Orozco - Cardenas, ML, Narváez - Vasquez, J. e Ryan, CA (2001). Il perossido di idrogeno agisce come secondo messaggero per l'induzione dei geni di difesa nelle piante di pomodoro in risposta alle ferite, alla sistemina e al metil jasmonato. Cellula vegetale, 13(7), 1793 - 1805.