La sistemina è un noto ormone peptidico vegetale che svolge un ruolo cruciale nell'innescare le risposte di difesa nelle piante. In qualità di fornitore di Systemin, ho assistito al crescente interesse nella comprensione dei meccanismi alla base delle risposte di difesa indotte da Systemin. In questo blog approfondirò i meccanismi chiave che governano queste risposte, evidenziando l'importanza della sistemina nella protezione delle piante.
Scoperta del sistema e funzione generale
La sistemina è stata scoperta per la prima volta nelle piante di pomodoro. Si tratta di un piccolo peptide di 18 aminoacidi che viene rilasciato in risposta a ferite, tipicamente causate da attacchi di erbivori o danni meccanici. Una volta rilasciata, la sistemina agisce come una molecola segnale, avviando una cascata di eventi che portano all'attivazione di vari meccanismi di difesa nella pianta.
Legame al recettore e inizio del segnale
Il primo passo nelle risposte di difesa indotte dalla sistemina è il legame della sistemina al suo recettore specifico sulla membrana delle cellule vegetali. Il recettore per la sistemina nelle piante di pomodoro è stato identificato come una chinasi simile a un recettore ripetuto ricco di leucina (LRR - RLK) chiamata SR160. Quando la sistemina si lega all'SR160, attiva l'attività della chinasi del recettore. Questo evento di fosforilazione innesca una reazione a catena all’interno della cellula, simile a come una chiave avvia un meccanismo complesso.
Il recettore attivato quindi recluta e fosforila le molecole di segnalazione a valle. Queste molecole sono spesso coinvolte nella cascata MAPK (proteina chinasi attivata dal mitogeno). La cascata MAPK è una via di segnalazione altamente conservata nelle piante e negli animali. Nel contesto della segnalazione della sistemina, l'attivazione delle MAPK porta alla fosforilazione dei fattori di trascrizione. Questi fattori di trascrizione sono proteine che possono legarsi a specifiche sequenze di DNA e regolare l'espressione dei geni.
Attivazione della via dell'acido jasmonico
Uno degli effetti a valle più importanti della segnalazione della sistemina è l'attivazione della via dell'acido jasmonico (JA). JA è un noto ormone vegetale coinvolto in varie risposte allo stress, inclusa la difesa contro gli erbivori.
Quando la sistemina attiva la cascata MAPK, alla fine porta alla sintesi di JA. La sintesi di JA inizia con il rilascio di acido linolenico dalla membrana cellulare. L'acido linolenico viene poi convertito in acido 12-osso-fitodienoico (OPDA) attraverso una serie di reazioni enzimatiche. L'OPDA viene poi trasportato nel perossisoma, dove viene ulteriormente convertito in JA.
Una volta sintetizzata la JA, si lega al suo recettore, COI1 (coronatina - insensibile 1). Il complesso JA-COI1 prende quindi di mira proteine repressore specifiche per la degradazione. Queste proteine repressore normalmente inibiscono l'attività dei fattori di trascrizione coinvolti nell'espressione dei geni legati alla difesa. Con la degradazione dei repressori, i fattori di trascrizione sono liberi di legarsi alle regioni promotrici dei geni legati alla difesa e di iniziare la loro trascrizione.
Espressione della difesa - Geni correlati
L'attivazione della via JA porta alla sovraregolazione di un gran numero di geni legati alla difesa. Questi geni codificano per una varietà di proteine con diverse funzioni nella difesa delle piante.
Alcuni geni codificano per gli inibitori della proteasi. Gli inibitori della proteasi sono proteine che possono inibire l'attività delle proteasi nell'intestino degli erbivori. Quando gli erbivori si nutrono di piante che esprimono inibitori della proteasi, la loro digestione viene interrotta, poiché le proteasi sono essenziali per scomporre le proteine nel cibo. Ciò riduce il valore nutrizionale della pianta per l'erbivoro e alla fine può portare a una riduzione della crescita e della sopravvivenza dell'erbivoro.
Altri geni legati alla difesa codificano per proteine coinvolte nella sintesi di metaboliti secondari. I metaboliti secondari come gli alcaloidi, i fenoli e i terpenoidi hanno varie funzioni nella difesa delle piante. Ad esempio, alcuni alcaloidi possono essere tossici per gli erbivori, mentre i fenoli possono agire come antiossidanti e avere anche proprietà antimicrobiche.
Segnalazione sistemica
Una delle caratteristiche notevoli delle risposte di difesa indotte dalla sistemina è la sua capacità di innescare risposte sistemiche. Quando una parte della pianta viene danneggiata, Systemin attiva risposte di difesa non solo nel tessuto danneggiato ma anche in altre parti della pianta che non sono direttamente colpite.
Si ritiene che la segnalazione sistemica coinvolga il movimento del sistema stesso o di altre molecole di segnalazione attraverso il floema. Una volta che la Systemina o i suoi segnali a valle raggiungono parti distanti della pianta, avviano la stessa cascata di segnali di difesa del tessuto danneggiato. Ciò consente alla pianta di preparare tutto il suo corpo a potenziali attacchi di erbivori, anche se inizialmente solo una piccola parte della pianta è stata danneggiata.
Confronto con altri sistemi di segnalazione peptidica
Nel mondo della segnalazione dei peptidi vegetali, la sistemina non è l’unico attore. Ci sono altri peptidi, comeAnnorfina A (1 - 9),Peptide associato al messaggio di galanina (44 - 59) Ammide, E6×Il suo peptide, che svolgono anche un ruolo importante in vari processi fisiologici.
Sebbene questi peptidi abbiano funzioni e meccanismi di segnalazione diversi rispetto alla sistemina, condividono tutti la caratteristica comune di essere piccole molecole bioattive che possono innescare risposte specifiche nelle piante o in altri organismi. Ad esempio, la dinorfina A (1 - 9) è stata studiata nel contesto della modulazione del dolore negli animali, ma il suo potenziale ruolo nelle piante o in altri sistemi non animali è ancora un'area di ricerca.
Implicazioni per l'agricoltura
Comprendere i meccanismi delle risposte di difesa indotte dalla sistemina ha implicazioni significative per l’agricoltura. Migliorando la via di segnalazione della sistemina, possiamo potenzialmente migliorare le capacità di difesa naturale delle colture contro erbivori e parassiti. Ciò può ridurre la dipendenza dai pesticidi chimici, che hanno impatti ambientali negativi.
Ad esempio, le tecniche di ingegneria genetica possono essere utilizzate per sovraesprimere la sistemina o il suo recettore nelle colture. Ciò porterebbe ad un'attivazione più robusta della cascata di segnali di difesa e ad una migliore protezione contro gli attacchi degli erbivori. Inoltre, la conoscenza della segnalazione della sistemina può essere utilizzata nello sviluppo di nuovi biopesticidi che imitano l’azione della sistemina o ne potenziano l’attività.
Conclusione
In conclusione, le risposte di difesa indotte dalla sistemina sono un processo complesso e altamente regolamentato. Dal legame iniziale della sistemina al suo recettore, attraverso l'attivazione della cascata MAPK e del percorso JA, fino all'espressione dei geni legati alla difesa e alla segnalazione sistemica, ogni passaggio è cruciale per la capacità della pianta di difendersi dagli erbivori.
In qualità di fornitore di Systemin, sono entusiasta delle potenziali applicazioni di Systemin nell'agricoltura e nella ricerca sulle piante. Se sei interessato a saperne di più su Systemin o stai pensando di acquistare Systemin per le tue esigenze di ricerca o agricole, ti incoraggio a contattare una discussione sugli appalti. Comprendere i meccanismi delle risposte di difesa indotte dalla sistemina non è solo affascinante dal punto di vista scientifico, ma rappresenta anche una grande promessa per un approccio più sostenibile e rispettoso dell'ambiente alla protezione delle piante.
Riferimenti
- Pearce, G., Strydom, D., Johnson, S. e Ryan, CA (1991). Un polipeptide proveniente dalle foglie di pomodoro induce la sintesi dell'inibitore della proteinasi indotta dalla ferita. Scienza, 253(5024), 895 - 898.
- Ryan, CA e Pearce, G. (2003). Sistemina: un segnale polipeptidico per le risposte di difesa delle piante. Revisione annuale di biologia vegetale, 54, 111 - 136.
- Wasternack, C. e Hause, B. (2013). I Jasmonati: biosintesi, percezione, trasduzione del segnale e azione nella risposta, crescita e sviluppo delle piante allo stress. Un aggiornamento alla revisione del 2007 in Annals of Botany. Annali di botanica, 111(1), 1021 - 1058.