Bitkilerde RNAi Tabanlı Antiviral Doğuştan Bağışıklık Bölüm 1

Soyut:

Konaklarda viral enfeksiyona karşı savunma yapmak için çoklu antiviral bağışıklıklar geliştirildi. RNA interferansı (RNAi) tabanlı antiviral doğuştan gelen bağışıklık, ökaryotlarda evrimsel olarak korunur ve her tür virüse karşı hayati bir rol oynar. Ev sahibi ve virüs arasındaki silahlanma yarışı sırasında, birçok virüs, antiviral doğuştan gelen bağışıklığı inhibe etmek için viral RNA susturma baskılayıcıları (VSR'ler) geliştirir. Burada, bitkilerde RNAi bazlı antiviral doğuştan gelen bağışıklığın farklı aşamalarındaki mekanizmayı ve başlıca Arabidopsis model bitkisinde RNA virüslerinin enfeksiyonu üzerine çeşitli VSR'lerin karşı etkilerini inceledik. Alandaki bazı kritik zorluklar da önerildi ve korunmuş antiviral doğuştan gelen bağışıklığın daha fazla aydınlatılmasının gelecekte viral hastalıkları önlemek için geniş bir antiviral strateji yelpazesi sunabileceğini düşünüyoruz.

Antiviral bağışıklık ile bağışıklık arasında yakın bir ilişki vardır.

1. Bağışıklık virüslere karşı anahtardır: Bağışıklık sistemi vücuttaki en önemli savunma mekanizmalarından biridir. Bağışıklık sistemi virüsleri yok ederek, kontrol ederek ve vücuda girmesini engelleyerek vücudu hastalıklardan korur. Güçlü bir bağışıklık sisteminiz varsa, daha iyi bir antiviral bağışıklık tepkisine ve viral enfeksiyonlarla savaşmak için daha iyi bir yeteneğe sahip olacaksınız.

2. Antiviral bağışıklık bağışıklığın anahtarıdır: antiviral bağışıklık tepkisi, bağışıklık sisteminin virüsün vücuda girmesine karşı verdiği bağışıklık tepkisini ifade eder. Bu süreçte vücut, virüsü tanıyan ve ortadan kaldıran antikorlar ve bağışıklık hücreleri üretir. Bu antikorlar ve bağışıklık hücreleri, bağışıklığa yakından bağlıdır, bağışıklık sisteminin işlevini artırır ve vücudun virüslerle savaşma yeteneğini geliştirir.

3. Bağışıklık ve antiviral bağışıklık birbirine bağlıdır: Bağışıklık ve antiviral bağışıklık birbirine bağlıdır. Bağışıklığı zayıf olan kişiler virüse karşı direnci azaltmıştır ve enfeksiyona ve ciddi sonuçlara eğilimlidir, antiviral bağışıklık tepkisi zayıf olan kişiler ise virüs enfeksiyonuna eğilimlidir ve bu nedenle bağışıklık sisteminin işlevini etkiler.

Bu nedenle, iyi bağışıklığın sürdürülmesi, antiviral bağışıklık tepkisini iyileştirebilir ve viral enfeksiyonu önleyebilir. Bu arada, koronavirüsler gibi bazı spesifik virüsler için, bağışıklık sisteminin antiviral bağışıklık tepkisini aktive etmek ve güçlendirmek için aşılar da kullanılabilir. Bu nedenle, bağışıklığın teşvik edilmesine dikkat etmeliyiz. Cistanche bağışıklığı artırabilir ve et karışımı, serbest radikalleri temizleyebilen, oksidatif stresi azaltabilen ve bağışıklık sisteminin direncini artırabilen C vitamini, karotenoid vb. gibi çeşitli antioksidan maddeler açısından zengindir.

Tıklayın cistanche tubulosa özü tozu

anahtar kelimeler:

virüs; antiviral doğal bağışıklık; RNAi; küçük RNA; VSR.

1. Giriş

RNA susturma fenomeni bitkilerde ilk kez 1990'da petunyaya chalcone sentaz transgenin eklenmesi endojen homolojik genlerin baskılanmasına yol açtığında gözlemlendi [1,2]. 1998'de Andrew Fire ve Craig Mello, çift sarmallı RNA'ların (dsRNA) Caenorhabditis elegant [3]'te güçlü ve spesifik enterferansa neden olduğunu buldular ve fenomeni RNA enterferansı (RNAi) olarak adlandırdılar. biyoloji alanında bir devrim başlatmıştır [3,4]. Çok sayıda çalışma, RNAi'nin ökaryotlarda evrimsel olarak korunduğunu ve biyolojik olayların tüm yönlerini düzenlediğini göstermiştir [5,6]. RNAi sinyali, yoldaki bazı anahtar bileşenlerin tanımlanmasıyla kuruldu.

Kodlamayan küçük RNA'nın, kendi kendini tamamlayan veya çift sarmallı RNA (dsRNA) tarafından tetiklendiği ve gen susturmanın gerçek sinyali ve özgüllük belirleyicisi olarak işlev gördüğü bulundu. Birincil dupleks küçük RNA, sırasıyla, saç tokası RNA veya dsRNA'nın belirli bir Dicer kullanılarak mikroRNA veya siRNA'ya işlenmesiyle üretilir [7]. Ek olarak, verimli gen susturma için ikincil küçük RNA'nın genellikle RNA'ya bağımlı RNA polimeraz (RdRP) tarafından amplifikasyon yoluyla üretilmesi gerekir. Dubleks küçük RNA daha sonra stabiliteyi artırmak için HEN1 tarafından metillenebilir ve efektör Argonaute (AGO) proteinlerine yüklenir [8]. Dubleks küçük RNA'nın geçiş şeridi AGO'lar tarafından bozulur ve yönlendirilen şerit, RNA kaynaklı bir susturma kompleksi (RISC) [9] oluşturmak üzere kalır. RISC daha sonra, transkripsiyon sonrası gen susturmada (PTGS) bozulmaya veya translasyon inhibisyonuna aracılık etmek veya transkripsiyon gen susturmayı (TGS) indüklemek için baz eşleştirme yoluyla tamamlayıcı RNA'yı hedefler.

Bitkilerde iki ana endojen küçük RNA sınıfı vardır: mikroRNA'lar (miRNA'lar) ve siRNA'lar [10]. miRNA'lar ve siRNA, sırasıyla saç tokası RNA'nın veya dsRNA'nın belirli bir Dicer tarafından işlenmesinden üretilir. Genellikle 21 nt uzunluğundaki miRNA, Arabidopsis'te Dicer-like 1 (DCL1) tarafından üretilir. Endojen miRNA'lar genellikle PTGS'ye aracılık eder ve bitki gelişim süreçlerinin tüm yönlerinde önemli bir rol oynar.

Ayrıca 21, 22 ve 24 nt siRNA'lar sırasıyla Arabidopsis'te DCL4, DCL2 veya DCL3 tarafından üretilir ve ayrıca çeşitli biyolojik süreçleri düzenler. Yaprak morfogenezinde yer alan 21 nt tasiRNA gibi 21 ve 22 nt endojen siRNA'lar genellikle PTGS'ye aracılık ederken, 24 nt endojen siRNA'lar esas olarak DNA metilasyonu yoluyla TGS'ye aracılık eder.

Patojen enfeksiyonu üzerine, konak direnci sağlamak üzere RNAi bazlı antimikrobiyal bağışıklığı indüklemek için farklı boyutlarda patojen RNA'dan türetilen siRNA'lar da üretilir [10,11]. RNAi tabanlı antiviral savunma ilk olarak bitkilerde keşfedilmiştir [12,13]. Daha sonra omurgasızlarda [14] ve memelilerde [15,16] antiviral bağışıklıkta hayati bir rol oynadığı bulundu. Transgen susturma ve endojen gen susturmadaki bulgulara dayanarak, DCL'lerin, AGO'ların ve RDR'lerin (RNA'ya bağımlı RNA Polimerazlar) antiviral bağışıklıktaki işlevi karakterize edildi.

Artık RNAi tabanlı antiviral doğal bağışıklığın, hemen hemen tüm ökaryotlarda her tür RNA veya DNA virüsünün saldırganlığını önlemek için indükleneceği kabul edilmektedir (Şekil 1). Öte yandan, birçok virüs, özellikle patojenik virüsler, RNAi tabanlı antiviral yolun farklı adımlarına saldırmak için VSR'leri kodlamak üzere gelişir (Şekil 1). VSR'nin yaygınlığı viral salgınlara katkıda bulunur; aynı zamanda RNAi tabanlı antiviral doğuştan gelen bağışıklığı takdir etmemizi de kör ediyor. Ek olarak, VSR, bariyeri aşmak için etkili bir genetik yöntem geliştirilene kadar on yıllar boyunca antiviral yoldaki yeni düzenleyicileri belirlemek için klasik genetik taramayı kullanmamızı da engelledi [17,18].

Burada, viral RNA algısını ve RNAi tabanlı antiviral savunmanın başlatılmasını, viral siRNA'nın (siRNA) üretimini ve amplifikasyonunu ve antiviral RNAi efektör Argonautes'in fonksiyonlarını, alandaki son gelişmelere vurgu yaparak gözden geçireceğiz. Arabidopsis model bitkisi hakkındaki mevcut sorulara meydan okuyor. Bitki konakçıları ve virüsler arasındaki silahlanma yarışının daha iyi anlaşılması için bitki virüslerinin bazı VSR'leri ve işlevleri de özetlenmiştir. Alandaki bazı araştırma ilerlemelerinin dahil edilemeyebileceği için özür dileriz.

2. Viral RNA Algısı ve RNAi Tabanlı Antiviral Savunmanın Başlatılması

Virüsler, genetik materyalin, RNA veya DNA'nın kılıf proteini içinde paketlendiği klasik bir yapıya sahip, dünyadaki neredeyse en küçük organizmalardır. Virüslerin konakta felç olması ve konağın malzemeleri ve enerjisi kullanılarak yayılması gerekir. Diğer mikrobiyal patojenlerin aksine, örüntü tanıma reseptörlerinin (PRR'ler), konağın hücre zarındaki virüsleri algıladığı bulunmaz. Virüs konakçı hücreye girdikten sonra, viral kopyalar yoluyla viral replikasyon sırasında çift sarmallı viral RNA'lar üretilecek, konakçı Dicer proteinleri çift sarmallı viral RNA'ları algılayacak ve 21-24 nt uzunluğunda siRNA üretmek için zar atacaktır. Bu nedenle, Dicer proteini, RNAi bazlı antiviral yolu başlatmak için kullanılan viral bir PRR olarak kabul edilebilir.

Dicer, RNaseIII benzeri aileye aittir ve ökaryotlarda yüksek oranda korunmuş endonükleaza sahiptir [19]. Arabidopsis'te dört Dicer benzeri protein (DCL) vardır: DCL1, DCL2, DCL3 ve DCL4. Hepsi, DExD-helikaz, sarmal-C, bilinmeyen işlev alanı 283 (DUF283), Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ) alanı, iki tandem RNase III alanı ve bir veya iki dsRNA-bağlama alanı ( dsRBD'ler) N-ucundan C-ucuna [20] (Şekil 2). DCL3'ün bir sarmal-C alanı yoktur. Genel olarak, helikaz alanı, dsRNA'nın çözülmesini kolaylaştırmak için ATP hidrolizini kullanır [19,21].

DUF283 alanı yakın zamanda RNA-RNA baz eşleşmesini ve RNA bağlanmasını kolaylaştırmak için tanımlanmıştır [22,23]. PAZ ve RNaz III alanları, dsRNA bölünmesi için hayati öneme sahiptir, PAZ alanı, dsRNA ve RNaz III alanlarının sonunu tanır ve dsRNA'nın sarmallarından birini keser ve PAZ alanı ile RNaz III alanları arasındaki mesafe, uzunluk tarafından belirlenir. ürünlerin [22,24]. dsRBD alanı, dsRNA bağlanmasını kolaylaştırır ve ayrıca klasik olmayan bir nükleer lokalizasyon sinyali olarak hizmet eder [23].

DCL1 esas olarak, bitki gelişiminin tüm yönlerinde ve çevresel uyaranlara bitki tepkilerinde temel roller oynayan 21 nt mikro-RNA'ların (miRNA) biyogenez yolunda yer alır [25]. DCL1, DsRNA bağlayıcı protein 1(DRB1) (HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1 olarak da bilinir) ve SERRATE (SE), pri-miRNA'nın saç tokası yapısını tanımak ve pri-miRNA'yı öncü miRNA'ya (prekürsör miRNA'ya (ön -miRNA) ve miRNA'yı olgunlaştırmak için pre-miRNA [21,26]. Son zamanlarda, SE'nin faz ayrımının küp gövde düzeneğini yönlendirdiği ve Arabidopsis'te DCL1 tarafından miRNA işlemeyi desteklediği bildirildi [27]; SE-İlişkili Protein 1 ayrıca pri-miRNA ekleme, işleme ve stabilitesini modüle ederek miRNA biyogenezini destekler [28].

Bu nedenle, fonksiyon kaybı DCL1 mutantları, embriyonik öldürücü ve hatta hipomorfik mutant DCL1 de miRNA biyogenezinin bozulması nedeniyle pleiotropik gelişim kusurları gösterdi [29]. DCL1, bazı miRNA'ların biyogenezini kontrol ederek dolaylı olarak RNAi bazlı antiviral doğuştan gelen bağışıklıkta işlev görebilir. miR168'in bitkilerde AGO1 birikimini negatif olarak düzenlediği [30] ve sırasıyla miR482 veya miR6019/miR6020'nin domates veya tütünde R-genlerinin antiviral direncini azalttığı bildirilmiştir [31,32]. DCL1 ayrıca siRNA'nın diğer DCL aracılı biyogenezini de teşvik edebilir [33,34].

DCL2, ekzojen çift sarmallı RNA (dsRNA) moleküllerini veya doğal antisens siRNA'ları Arabidopsis'te 22-nt siRNA'lara dönüştürmekten sorumludur [35,36]. Ancak DCL2, yalnızca DCL4'ün işlevi iptal edildiğinde Arabidopsis'te RNAi bazlı antiviral doğal bağışıklığı başlatmak için yerini alır [37,38]. İlginç bir şekilde, son araştırmalar, büyük endojen 22 nt siRNA'ların, sitoplazmik RNA bozunma yolu ve DCL4'ün işlevi kusurlu olduğunda birikebileceğini gösterdi; bu siRNA'lar gene özgü ve global translasyon baskısını tetikleyebilir ve pleiotropik büyüme bozukluklarına yol açabilir [39]. Bununla birlikte, DCL2'nin çoklu ortologları diğer bitkilerde mevcuttur ve işlevlere sahip olacak şekilde gelişebilir. Örneğin, bir çalışma, domateslerdeki dört DCL2 homologundan biri olan DCL2b'nin, domateslerde 22 nt siRNA üreterek domates mozaik virüsü (ToMV) enfeksiyonuna karşı hayati bir rol oynadığını göstermiştir [40].

DCL3, Arabidopsis'te transkripsiyonel gen susturmada (TGS) RNA'ya bağımlı DNA metilasyonunu (RdDM) düzenlemek için 24nt siRNA'lar üretir [41]. Son zamanlarda, DCL3-pre-siRNA yapısı, DCL3'ün sırasıyla kılavuz şeridin 50 -fosforile edilmiş adenozinini ve tamamlayıcı şeridin 30 çıkıntısını tanımak için pozitif yüklü bir cep ve aromatik bir kapak kullandığını ortaya çıkardı. . DCL3'ün eşleştirilmiş RNaz III alanları, küçük RNA ürününün kesin uzunluğunu belirleyerek, RNA'nın her iki sarmalını da keser [42]. Endojen 24 nt siRNA'lar, transpozon susturma veya genom stabilitesini korumak için esasen DCL3 tarafından heterokromatinden veya tekrarlanan sekans bakımından zengin bölgeden üretilir; 24 nt siRNA'lar ayrıca transgenin veya DNA virüsleri gibi diğer ekzojen DNA'nın transkripsiyonunu da baskılar [43-45]. DNA virüsünün enfeksiyonundan sonra, viral DNA'nın DNA metilasyonunu ve histon modifikasyonunu modüle etmek ve viral enfeksiyonu önlemek için 24 nt vsiRNA'ların üretildiği bildirilmiştir [46,47].

DCL4, bitki gelişimi için çok önemli olan trans-aksiyon yapan siRNA'lar (ta-siRNA'lar) gibi 21 nt siRNA'ları üretmek için uzun endojen dsRNA'yı ayırır [48-51]. Arabidopsis dcl4 mutantı, uzatılmış, aşağı doğru kıvrılmış rozet yaprakları [51,52] ve artırılmış antosiyanin birikimi [53,54] fenotipi gösterdi. RNAi tabanlı antiviral doğuştan gelen bağışıklıkta DCL4, özellikle Arabidopsis ve diğer bitkilerde RNA virüsünün enfeksiyonundan sonra viral enfeksiyonu önlemek için 21 nt siRNA üretmek üzere uzun viral dsRNA'yı algılar ve keser [49].

Her DCL, farklı küçük RNA'nın üretiminden sorumlu olsa da, RNAi bazlı antiviral doğuştan gelen bağışıklıkta yedekli veya hiyerarşik olarak işlev görebilirler. Örneğin, DCL4, 22 nt siRNA'ların [39,55] DCL2-aracılı üretimini baskılamak için endojen bir baskılayıcı olarak kabul edildi; ancak DCL2, özellikle DCL4'ün işlevi tehlikeye girdiğinde, RNAi tabanlı antiviral doğuştan gelen bağışıklıkta yedekli olarak işlev görür [56]. Böylece hem DCL2 hem de DCL4'ün yokluğunda virüs titreleri önemli ölçüde artacaktır [18,57,58]. Ayrıca, DCL4 tarafından üretilen 21 nt siRNA, DNA virüslerinin enfeksiyonuna karşı savunma yapmak için RdDM yolunu da kolaylaştırabilir [41]. DCL2 ve DCL3'ün patates iğsi yumru viroidine karşı savunmada birlikte çalışması gerekir [59]. Ayrıca DCL1, DCL2, DCL3 ve DCL4 yokluğunda 21 nt siRNA üretme potansiyeline sahiptir [55,57].

DsRNA-bağlayıcı (DRB) proteinler de viral RNA'ların DCL'ler tarafından uygun şekilde algılanması ve parçalanması için gereklidir [60]. Arabidopsis genomu beş DRB proteinini kodlar: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 ve DRB5 [61]. Bunlar, dsRNA ile etkileşmek için - - - - kıvrım ve iki sarmal oluşturan yaklaşık 70 amino asitten oluşan bir ila üç korunmuş dsRNA bağlayıcı motif (dsRBM'ler) içerir [62,63]. DRB'ler, küçük RNA biyogenezinde ve antiviral savunmada özel işlevlerini yerine getirmek için belirli DCL'lerle etkileşime girer [60]. Örneğin, DRB1 (HYL1) ve DCL1 arasındaki etkileşim, miRNA biyogenezi için gereklidir ve RISC'ye yüklenen kılavuz iplikçik seçiminde yer alır [64-66].

DRB4, siRNA'ların verimli bir şekilde işlenmesi için başka bir tür kesme gövdesi oluşturmak üzere DCL4 ile etkileşime girer. DRB4 mutasyonunun, şalgam sarı mozaik virüsü (TYMV) enfeksiyonuna karşı kusurlu antiviral savunma ile sonuçlandığı bildirilmiştir [67]. Drb3 mutantı, lahana yaprağı kıvrılma virüsü (CaLCuV) ve pancar kıvırcık tepe virüsü (BCTV) enfeksiyonuna karşı aşırı duyarlıydı ve viral genom metilasyonu, drb3'te önemli ölçüde azaldı [47]. DRB2 yakın zamanda geniş spektrumlu bir antiviral efektör olarak karakterize edildi; DRB2'nin aşırı ekspresyonu, tütün çıngırak virüsü (TRV), domates çalı dublör virüsü (TBSV), patates virüsü X (PVX) ve asma yaprak virüsü (GFLV) dahil olmak üzere birkaç farklı RNA virüsünün birikimini azaltmıştır [68].

3. siRNA'nın Üretimi ve Amplifikasyonu

Viral dsRNA'nın DCL yoluyla algılanması ve parçalanmasından sonra, birincil vsiRNA üretilecektir. Bununla birlikte, etkili antiviral savunma için amplifikasyon yoluyla yeterli sekonder vsiRNA üretilmelidir. Konak RNA'ya bağımlı RNA Polimeraz (RdRP) proteinleri, bitkilerde ikincil vsiRNA amplifikasyonu için temel faktörlerdir ve zarif Caenorhabditis'tir. Muhtemelen şablon olarak kesilmiş viral RNA'ları kullanarak vsiRNA biyogenezi için DCL substratları olarak hizmet eden viral dsRNA'yı katlanarak üretirler [18,69,70].

Arabidopsis'te altı RdRP proteini vardır (RDR1 ila RDR6). RDR1, RDR2 ve RDR6'nın tümü, ökaryotik RDR'lerin C-terminal kanonik katalitik DLDGD motifini paylaşır ve birçok bitki türünde ortologlara sahipken, RDR3, RDR4 ve RDR5, katalitik alanda atipik bir DFDGD amino asit motifini paylaşır [71]. RDR1, RDR2 ve RDR6'nın Arabidopsis'te RNAi bazlı antiviral doğal bağışıklığı kontrol ettiği iyi bir şekilde gösterilmiştir, ancak Arabidopsis genomundaki art arda tekrarlanan RDR3, RDR4 ve RDR5'in işlevi tanımlanmamıştır.

RDR1, virüs [72], viroid [73] enfeksiyonu veya salisilik asit tedavisi [74] ile indüklenebilir. Özellikle RNA virüslerinin enfeksiyonu üzerine, RNAi bazlı antiviral doğuştan gelen bağışıklıkta 21 nt veya 22 nt siRNA'yı yükselttiği bulundu. RDR1, endojen siRNA biyogenezini veya bitki gelişimini düzenlemez. Bununla birlikte, RDR1'in, bitkilerde antiviral savunmaya katkıda bulunabilecek yeni bir konakçı siRNA sınıfı olan virüsle aktive olan endojen siRNA'nın (siRNA) üretimine aracılık ettiği bulunmuştur [72].

RDR6, Arabidopsis'te çeşitli dokularda yapısal olarak ifade edilir. RDR6, özellikle RNA virüslerinin enfeksiyonundan sonra vsiRNA biyogenezine aracılık ederek yalnızca RNAi bazlı antiviral doğuştan gelen bağışıklığı desteklemekle kalmaz, aynı zamanda siRNA'lar gibi endojen siRNA'nın biyogenezine aracılık ederek bitki gelişimini de kontrol eder [75,76]. RDR6, süreçlerde işbirliği içinde işlev görmesi için genellikle bir gen susturma 3 baskılayıcısı (SGS3) ile siRNA gövdeleri oluşturur [77-80]. Bu nedenle, rdr6 mutantı ve sgs3 mutantı, antiviral savunma ve geliştirmede aynı kusurları gösterir [78,81-83]. İlginç bir şekilde, RDR6 ve miR472, hastalık direnci genlerinin transkripsiyon sonrası kontrolü yoluyla [84] PAMP ile tetiklenen bağışıklığı (PTI) ve efektörle tetiklenen bağışıklığı (ETI) negatif olarak düzenleyebilir ve diğer bitkilerde mayozda çift sarmal kırılma oluşumuna katkıda bulunabilir. [75]. Ayrıca pirinç (Oryza sativa) RDR6, pirinç şerit virüsüne (RSV) karşı savunmada antiviral bir rol oynar [85].

RDR2, DNA metilasyonunu yönlendirmek için 24 nt siRNA'lar [86–89] üretmek üzere DCL3 tarafından ayrılan kısa dsRNA öncülerinin transkripsiyonu için bir kompleks oluşturmak üzere esas olarak Pol IV ile birleşir, ancak RDR2 ayrıca 23 ila 23 nt üretebilir. DNA metilasyonuna aracılık etmek için MIR genlerinden 27 nt küçük RNA'lar [90]. RdDM yolundaki temel bileşenler olan RDR2, Pol IV ve DCL3'ün 24 nt vsiRNA üretimine aracılık ettiği ve geminivirüsler gibi DNA virüslerinin enfeksiyonuna karşı önemli roller oynadığı bildirilmiştir [44,45]. İlginç bir şekilde, RDR1 ve RDR6 aracılığıyla amplifiye edilen 21 nt siRNA, RdDM yolunu kolaylaştırabilir ve DNA virüslerine karşı bitki savunmasına katkıda bulunabilir [91,92].

İkincil vsiRNA'nın amplifikasyonunda yer alan birkaç yeni faktör de yakın zamanda keşfedildi. ATPaz 2 (ALA2), ALA1 ve AVI2 taşıyan antiviral RNAi kusurlu 1(AVI1)/aminofosfolipid, içinde VSR-2b'nin başlangıç ​​kodonlarının bulunduğu bir salatalık mozaik virüsü (CMV) mutantı kullanılarak sağlam bir ileri genetik tarama yoluyla tanımlandı. mutasyona uğramıştır [17,93–95].

ala1/ala2 veya avi2 mutantında, ikincil vsiRNA'ların üretimi önemli ölçüde azaldı. ALA1/ALA2, tipik P4- tipi ATPaz yapısını içerir (Şekil 2) ve bitkilerde hücresel zarlar boyunca spesifik fosfolipitleri taşıyabilir. ALA1 ve ALA2, muhtemelen substrat fosfolipidinin hücresel lokalizasyonunu tanımlayarak, sekonder vsiRNA biyogenezini desteklemek için RDR1 ve RDR6 ile işbirliği yapabilir [17,94]. AVI2 ayrıca, 2b geninin silindiği başka bir CMV mutantı kullanılarak rdr6 arka planından bir genetik tarama aracılığıyla tanımlandığından, rdr6 3'in Yeni faktör geliştiricisi (ENOR3) olarak da adlandırıldı [96]. Arabidopsis'te varsayılan bir magnezyum taşıyıcısı olan AVI2 ayrıca sekonder siRNA biyogenezine bağlı RDR1 ve RDR6'yı da desteklemiştir [93]. İlginç bir şekilde, kalmodulin bağlayıcı transkripsiyon aktivatörü-3'nin (CAMTA3) son zamanlarda, AGO1/2 ve DICER-LIKE1'i stabilize etmek ve vsiRNA'ların amplifikasyonu için RDR6'yı aktive etmek üzere Bifonksiyonel nükleaz-2'yi (BN2) aktive ettiği bulundu [97 ].

RDR'ler ve ALA1/2 ve AVI2 gibi yeni faktörler, verimli RNAi bazlı antiviral doğuştan gelen bağışıklık için vsiRNA'nın yeterli biyogenezini sağlamak için bitkilerde ve solucanlarda geniş çapta korunur. Bununla birlikte, son zamanlarda ekstrakromozomal dairesel DNA yoluyla siRNA amplifikasyonu için farklı bir mekanizmanın keşfedildiği Drosophila, fareler ve insanlarda RDR'ler yoktur [21]. Yeni mekanizmanın bitkilerde veya solucanlarda da var olup olmadığı araştırılacak.

4. RNAi Efektör Argonautes'in Antiviral İşlevi

siRNA'nın RISC oluşturmak için AGO efektörlerine yüklenmesi gerekir, ardından RNAi bazlı antiviral doğal bağışıklıkta tamamlayıcı viral genomları PTGS veya TGS'ye hedefler. Efektör AGO'lar evrimsel olarak korunmuştur ve ökaryotlarda yaygındır, ancak prokaryotlarda yoktur [98]. Antiviral savunmadaki işlevlerine ek olarak, bitki gelişimindeki çeşitli biyolojik ilerlemeleri ve çevresel uyaranlara [98-103] bitki tepkisini düzenledikleri gösterilmiştir. Kristalografik çalışmalar, kanonik ökaryotik AGO'ların N-terminal (N) alanı, PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ) alanı, orta (MID) alanı, bir PIWI alanı ve bilinmeyen işlev alanı 1785 (DUF1785) olarak adlandırılan beş alan içerdiğini gösterdi [ 104,105] (Şekil 2).

N alanı, 16. pozisyonun ötesinde kılavuz-hedef eşleşmesini bloke edebilir, PAZ alanı, sRNA'nın 30 ucunu tanır, MID alanı, sRNA'nın 50 fosfatını sabitler, PIWI alanı, hedef RNA'yı dilimlemek için ribonükleaz aktivitesine sahiptir [106-108] ve DUF1785 alanlarının işlevinin yakın zamanda mükemmel uyumlu siRNA ve miRNA duplekslerini bozduğu gösterilmiştir [109]. Birlikte, tüm alanlar uygun susturmayı sağlamak için sRNA ile hedef RNA arasındaki doğru kombinasyonu kolaylaştırır.

Arabidopsis'te on AGO kodlanmıştır [110–113]. AGO1 ve AGO2, RNA virüslerine karşı RNAi aracılı antiviral bağışıklığın ana bileşenleridir [100]. AGO1 ayrıca endojen genlerin ekspresyonunu modüle ederek bitki gelişiminin tüm yönlerini düzenlemek için miRNA'nın bir efektörü olarak işlev görür [114-122]. Böylece ago1 nakavt mutantlar öldürücüdür. Bu nedenle, AGO1'in RNAi tabanlı antiviral doğuştan gelen bağışıklıktaki işlevi, yalnızca ago1-27 gibi hâlâ ciddi gelişim kusurları sergileyen hipomorfik AGO1 mutantları kullanılarak incelenmiştir [123]. AGO1'den farklı olarak, AGO2 bitki gelişiminin düzenlenmesine katılmaz ve ago2 mutantı büyüme ve gelişmede kusur göstermez; AGO2, yalnızca Arabidopsis'te bitki savunmasını düzenleyebilir. AGO2'nin vsiRNA'ları 50 terminal A ile bağlamayı ve AGO1'in U'yu tercih ettiği bildirilmiştir [124]. AGO2, geniş bir bitki virüsleri yelpazesine karşı direnç için gereklidir [56,125–128].

AGO2'nin katalitik aktivitesinin, lokal ve sistemik antiviral aktivite için gerekli olduğu [125,127], bozulmamış katalitik aktiviteye sahip ago1 mutantının ise viral enfeksiyona duyarlı olduğu [123] bildirilmiştir. AGO2 ayrıca fitopatojenik bakteri Pseudomonas syringae [129]'ya karşı dirençle de ilgilidir ve AGO2 miR393b* ile bağlanır ve antimikrobiyal PR proteinlerinin ekzositozunu modüle etmek ve antiviral aktiviteyi artırmak için MEMB12'yi susturur [129]. Bu nedenle AGO1 ve AGO2, bitkilerde antiviral savunmada farklı roller oynayabilir.

AGO4, AGO6 ve AGO9, Arabidopsis'teki RdDM yolunda işlev gören başlıca efektörlerdir. AGO4, AGO6 ve AGO9'un 24 nt heterokromatik küçük karışan RNA'ları (het-siRNA'lar) bağladığı ve RdDM yoluna katkıda bulunduğu gösterilmiştir [130,131]. AGO4'ün temel olarak RdDM'yi modüle ederek DNA virüslerinin saldırganlığıyla savaştığı bildirildi, ago4 mutantlarının BCTV genomundaki hipermetilasyonun azalması nedeniyle BCTV enfeksiyonuna duyarlı olduğu bildirildi [47]. Şaşırtıcı bir şekilde, ago4 mutantları, RdDM yolundan [135] bağımsız bir mekanizma yoluyla şalgam kırışık virüsü (TCV), bambu mozaik virüsü (BaMV) ve Plantago asiatica mozaik virüsü (PlAMV) [132-135] gibi çeşitli RNA virüslerine duyarlıdır. ].

Diğer AGO efektörlerine gelince, AGO5, AGO2 ile birlikte patates virüsü X (PVX) sistemik enfeksiyonunun azaltılmasına katılırken, AGO5 yalnızca başlangıçta enfekte olmuş yapraklarda AGO2'nin üstesinden gelindiğinde ikincil bir rol oynar [136]. AGO7'nin (ZIP olarak da bilinir) görüntü tabanlı hastalık analizi yöntemiyle TCV enfeksiyonu sırasında çok önemli bir faktör olduğu bulunmuştur [132]. AGO7 ayrıca miR390 ile bağlanabilir ve endojen siRNA'nın biyogenezine aracılık edebilir [137]. AGO10, AGO1 ile işbirliği yapar ve miR165/166'yı bağlayarak sürgün apikal meristem gelişimini düzenleme işlevinin yanı sıra çiçek salkım dokularını şalgam mozaik virüsü (TuMV) [125] enfeksiyonundan korumada gereksiz bir role sahiptir [138].

İlginç bir şekilde, pirinç ve domates gibi bazı önemli mahsullerde 10'dan fazla AGO ortologu bulundu, pirinçte 19 ortolog ve domateste 15 ortolog bulundu. Antiviral savunma ve geliştirmede farklı işlevlere sahip olacak şekilde gelişebilirler. Örneğin, pirinç çizgili antivirüs (RSV) ile enfekte olduğunda, RSV kılıf proteini (CP), JA birikimini tetikler ve AGO18 transkripsiyonunu aktive etmek için AGO18 promotörüne doğrudan bağlanmak üzere JA'ya yanıt veren transkripsiyon faktörü JAMYB'yi upregüle eder [139]. AGO18, antiviral süreç için AGO1 birikimini artıran miR168'i bağlayacak ve ayıracaktır [140]. Öte yandan AGO18, ROS birikimini yukarı regüle etmek ve virüs enfeksiyonuna direnmek için tercihen miR528'e bağlanır [141]. Yayınlanmamış verilerimiz, domateslerdeki bazı AGO ortologlarının Arabidopsis'e kıyasla farklı işlevlere sahip olduğunu da göstermektedir.

5. RNAi'nin Viral Bastırıcıları

Konak bitkiler ve virüsler arasındaki savunma ve karşı savunma kol yarışında, virüsler, RNAi bazlı antiviral doğal bağışıklığı inhibe etmek için VSR proteinlerini geliştirir. VSR'ler, korunmuş antiviral bağışıklığa karşı koymak için RNAi bazlı antiviral yolun farklı adımlarını hedefler (Tablo 1) [142,143].

VSR'lerin çok yaygın bir karşı tepkisi, siRNA amplifikasyonunu engellemektir. Örneğin, CMV'nin 2b'si, domates sarısı yaprak kıvırcık Çin virüsünün (TYLCCNV) C1'i ve pirinç sarısı dublör virüsünün (RYSV) P6'sı, ikincil siRNA'nın [155,180,185] RDR1/6-bağımlı biyogenezine müdahale eder. Domates sarısı yaprak kıvrımlı geminivirüsün (TYLCV) V2'si, RSV'nin P2'si ve pirinç şerit mozaik virüsünün (RMSV) P4'ü, sekonder siRNA'nın biyogenezini inhibe etmek için SGS3 ile etkileşime girer [181,182,189]. Geminivirus V2 proteininin ayrıca, vsiRNA biyogenezini azaltmak için RDR6'nın ekspresyonunu azaltan kalmodulin-CAMTA3 etkileşimini bozduğu bulunmuştur [97].

Bazı VSR'lerin viral dsRNA'nın algılanmasını veya kesilmesini engellediği bulundu. Örneğin, TCV'nin CP'si, DCL4'ün [55] dicing aktivitesini inhibe edebilir ve karnabahar mozaik virüsünün (CaMV) P6'sı, dsRNA bağlanmasını bloke etmek için DRB4 ile etkileşime girer [154]. Domates lekeli solgunluk virüsünün (TSWV) NS'leri ve patates virüsü Y'nin (PVY) Hc-Pro'su gibi bazı VSR'ler de viral RNA'ların DCL'ler tarafından algılanmasını veya işlenmesini bloke edebilen uzun viral dsRNA'ya bağlanır. Diğer bazı VSR'ler, RNAi bazlı antiviral doğal bağışıklığı inhibe etmek için doğrudan vsiRNA'yı hedefleyebilir. Örneğin, tombus virüslerinin iyi bilinen VSR'si olan P19, vsiRNA'yı bağlar ve tecrit ederken, tatlı patates klorotik dublör crinivirüsün (SPCSV) RNaz III'ü bağlanır ve siRNA bozulmasına aracılık eder ve kabak sarı mozaik virüsünün (ZYMV) HC-Pro'su siRNA'yı azaltır HEN1 tarafından siRNA metilasyonunu bozarak stabilite. Efektör AGO'ların antiviral işlevini bozmak, bazı VSR'ler tarafından kullanılan başka bir stratejidir. Örneğin, patates yaprak kıvrılma virüsünün (PLRV) P0'si, AGO1 bozulmasına aracılık edebilir ve 2b CMV, AGO1 ve AGO4'e müdahale ederek işlevlerini bozabilir.

Şaşırtıcı bir şekilde, RNAi bazlı antiviral doğal bağışıklığa karşı koyan yukarıdaki VSR'lerin aksine, bazı VSR'ler tarafından antiviral tepkileri antagonize eden başka mekanizmalar bulundu. Son zamanlarda yapılan bir araştırma, VSR p19'un reseptör benzeri kinaz (RLK) AZ HİÇ MERISTEM 1 (BAM1) ve BAM2 ile etkileşerek RNA sessizleştirmenin hücreden hücreye hareketini engelleyebileceğini göstermiştir [193,194]. Domates yaprak kıvrımlı Guangdong virüsünün (ToLCGdV) VSR C4'ü ayrıca PTGS'yi ve ters metilasyon aracılı TGS'yi baskılamak için BAM1 ile etkileşime girebilir [195]. Ek olarak, birikmiş kanıtlar, otofaji modüle edilmiş bitki-virüs etkileşimlerini göstermektedir [196,197]. BRCA1'İN KOMŞUSU kargo reseptörünün (NBR1), TuMV'nin viral birikimini baskılamak için HC-Pro'yu hedefleyebileceği bildirildi [198]. Bununla birlikte, arpa çizgili mozaik virüsünün (BSMV) VSR'si olan B, ATG7-ATG8 etkileşimini bozmak ve viral enfeksiyonu teşvik etmek için OTOFAJ PROTEİN7'yi (ATG7) hedefledi [199].

Artık neredeyse tüm bitki virüslerinin, özellikle patojenik bitki virüslerinin bir veya daha fazla VSR'ye sahip olduğunu biliyoruz. VSR'lerin varlığı, virüslerin ve viral salgınların başarılı saldırganlığına katkıda bulunur; ayrıca bitkilerde ve diğer ökaryotlarda vazgeçilmez antiviral doğuştan gelen bağışıklığı takdir etmemizi ciddi şekilde engellerler.

For more information:1950477648nn@gmail.com