Modula la diafonía entre Salicylate- y Jasmonato dependientes de las vías de defensa a través de una nueva función en el citosol

NPR1 Modula la diafonía entre Salicylate- y Jasmonato dependientes de las vías de defensa a través de una nueva función en el citosol

Defensas de las plantas frente a patógenos e insectos están regulados diferencialmente por las vías de transducción de señales cruzadas comunicar en el que el ácido salicílico (SA) y ácido jasmónico (JA) desempeñan un papel clave. En este estudio, se investigó el mecanismo molecular del efecto antagonista de SA en la señalización de JA. Plantas de Arabidopsis incapaz de acumular SA produce 25 veces mayores niveles de JA y mostró una mayor expresión de los genes de respuesta-ja de respuesta LOX2, PDF 1.2, y VSPin a la infección por Pseudomonas syringae pv tomate DC3000, lo que indica que en las plantas de tipo salvaje, SA acumulación de patógenos inducida se asocia con la supresión de la señalización de JA. Análisis de la npr1 mutante de Arabidopsis, que se altera en la transducción de señales SA, reveló que el efecto antagonista de SA en la señalización de JA requiere la proteína reguladora NPR1. Localización nuclear de NPR1, que es esencial para mediada SA expresión de genes de defensa, no es necesaria para la supresión de la señalización de JA, lo que indica que la diafonía entre SA y JA se modula a través de una nueva función de NPR1 en el citosol.

INTRODUCCIÓN

Para luchar eficazmente contra la invasión de patógenos microbianos y los insectos herbívoros, las plantas son capaces de activar las respuestas de defensa distintos que son eficaces específicamente contra el invasor encontrado (Van Loon, 2000). Estas defensas inducidas a menudo son expresado no sólo localmente, sino también en partes distantes del sitio de infección primaria, protegiendo así a la planta sistémicamente contra subsiguiente ataque. La resistencia inducida está regulada por una la red de interconexión de vías de transducción de señal en la que ácido salicílico (SA) y la función ácido jasmónico (JA) como clave de señalización moléculas (Reymond y Farmer, 1998; Pieterse y Van Loon, 1999; Glazebrook, 2001; Thomma et al., 2001). SA y JA se acumulan en respuesta a la infección por patógenos o daños herbívoro, lo que resulta en la activación de distintos conjuntos de defensa relacionada genes. Las plantas mutantes y transgénicos que se ven afectados en la acumulación de SA a menudo son más susceptibles a la infección por patógenos de plantas de tipo salvaje (Delaney et al., 1994; Nawrath y Métraux, 1999; Wildermuth et al., 2001). El bloqueo de la respuesta a JA generalmente hace que las plantas más susceptibles a daños herbívoro (Howe et al., 1996; Mc Conn et al, 1997), aunque mayor susceptibilidad hacia patógenos necrotróficos ha sido reportado como bien (Thomma et al., 2001). SA- y vías de defensa dependientes de JA se ha demostrado que la comunicación cruzada (Felton y Korth, 2000; Feys y Parker, 2000; Pieterse et al., 2001), proporcionando la planta con un potencial regulador para ajustar con precisión la reacción de defensa dependiendo del tipo de atacante encontrado.

Una de las respuestas de defensa inducidas más estudiadas en plantas es la resistencia sistémica adquirida (SAR). SAR se dispara después de la infección local con patógenos, causando necrosis hipersensible, y es eficaz contra un amplio espectro de la planta patógenos (Ryals et al., 1996). El inicio de la SAR está acompañado por un aumento local y sistémica en los niveles endógenos de SA (Malamy et al, 1990;.. Métraux et al, 1990). Y la regulación por incremento concomitante de un gran conjunto de genes (Ward et al, 1991), incluyendo genes que codifican relacionados con la patogénesis (PR) proteínas (Van Loon y Van Strien, 1999). Varias proteínas PR poseen actividad antimicrobiana y se cree que contribuyen al estado de la resistencia alcanzada. Transducción de la señal SA requiere la función de NPR1 (también conocido como NIM1), una proteína reguladora que se identificó en Arabidopsis a través genética pantallas de mutantes comprometidos-SAR (Cao et al., 1994; Delaney et al., 1995; Shah et al., 1997). Mutante NPR 1 plantas acumulan niveles normales de SA después de la infección por patógenos, pero son deteriorado en su capacidad para expresar genes PR y para montar una Respuesta SAR. El NPR1gene codifica una proteína con un BTB / BOZ de dominio y un dominio ankyrin-repetición (Cao et al., 1997; Ryals et al., 1997; Aravind y Koonin, 1999). Ambos dominios se sabe que median las interacciones proteína-proteína y son presentar en proteínas con diversas funciones (Bork, 1993; Aravind y Koonin, 1999), incluyendo el regulador transcripcional lkB, que media en la respuesta inmune innata de los animales (Baldwin, 1996). Tras la inducción de SAR, NPR1 se transloca al núcleo (Kinkema et al., 2000), donde interactúa con los miembros de / Leu cremallera (bzip) factores de la TGA / subclase OBF de dominio básico de transcripción (Zhang et al., 1999; Després et al., 2000; Zhou et al., 2000; Subramaniam et al., 2001; Ventilador y Dong, 2002) que están implicados en la activación SA-dependiente de genes PR (Lebel et al., 1998;. Niggeweg et al, 2000). La interacción física entre los factores de transcripción NPR1 y TGA se ha demostrado que son necesarios para la actividad de unión de estos factores al promotor elementos que juegan un papel crucial en la activación mediada por SA de genes PR (Després et al., 2000; Fan y Dong, 2002). La activación de SAR se ha demostrado para suprimir la señalización de JA en plantas, priorizando así la resistencia SA-dependiente patógenos microbianos más de defensa JA-dependiente contra insectos herbívoros (Felton y Korth., 2000; Pieterse et al, 2001). Por otra parte, los experimentos farmacológicos y genéticos han demostrado que SA es un potente supresor de la expresión génica inducible-JA (Doherty et al., 1988;. Peña-Cortés et al., 1993; Doares et al, 1995; Harms et al., 1998; Gupta et al., 2000). El efecto antagonista de SA en la señalización de JA muestra un sorprendente parecido con el efecto del ácido acetilsalicílico medicamento antiinflamatorio no esteroideo (aspirina), un derivado de la SA, en la formación de prostaglandinas en células animales. Las prostaglandinas están relacionados estructuralmente con JA y el juego un papel en diversos procesos biológicos, tales como la inflamación en sitios de infección o lesión tisular (Straus y Glass, 2001). JA y prostaglandinas se originan por biosíntesis a partir de ácido linolénico y ácido araquidónico, respectivamente, que se libera de las membranas celulares en la hidrólisis de fosfolípidos. El ácido linolénico y ácido araquidónico se metaboliza rápidamente a través de la vía octadecanoid, en el que las reacciones enzimáticas que conduce a JA y prostaglandina formación son similares (Pan et al., 1998). En las células animales, la aspirina inhibe la vía octadecanoid acetilando la enzima clave la ciclo oxigenasa, en última instancia conduce a una disminución en la formación de prostaglandinas (Van der Ouderaa et al., 1980).

En un proceso similar en las plantas, la aspirina se ha demostrado que inhibe la actividad de la contrapartida de la ciclo oxigenasa, aleno la sintasa de óxido, que cataliza la misma etapa en la ruta octadecanoid en las plantas, lo que afecta la formación de JA y la posterior activación de la expresión de genes relacionados con el estrés (Pan et al., 1998). Mientras que la aspirina es capaz de inhibir prostaglandinas y enzimas biocinéticas JA por acetilación ellos, SA, que carece del grupo acetilo, es ineficaz en este respecto. De hecho, en las plantas de Arabidopsis y de lino, ningún efecto inhibidor de SA el aleno óxido sintasa actividad se observó (Harms et al., 1998; Laudert y Weiler, 1998). Por lo tanto, dado el hecho de que la forma acetilada de SA no se produce de forma natural en las plantas (Pierpoint, 1997), es poco probable que la inhibición de la aleno óxido actividad de la sintasa desempeña un papel importante en la comunicación cruzada entre SA y JA de señalización en las plantas. No obstante, SA es una fuerte regulador negativo de las respuestas de defensa celulares dependientes de JA en plantas (Doherty et al., 1988; Doares et al., 1995; Harms et al., 1998; Gupta et al., 2000).

Entonces, ¿cómo regular negativamente SA JA-dependiente celular las respuestas de defensa de las plantas? En las células animales, tanto la aspirina y SA son capaces de reducir la formación de prostaglandinas pro inflamatorias mediante la inhibición de la actividad del factor de transcripción NF-KB (Kopp y Ghosh, 1994; Yin et al., 1998). NF-KB desempeña un papel clave en la activación transcripcional de muchos genes durante la innata respuesta inmune (Baldwin, 1996; Hatada et al., 2000), incluyendo el gen que codifica CYCLOOXYGENASE2, que cataliza un paso limitante de la velocidad en la producción de prostaglandina (Newton et al., 1997). En las células en reposo, NF-KB es secuestrada en el citoplasma por la asociación con su proteína inhibidora IKB. En respuesta a diversas condiciones de estrés celular, como la infección por patógenos microbianos o virales, IKB quinasa se activa y fosforila IKB. Posteriormente, IKB  es ubiquitinated y degradadas por el proteasoma, la liberación de NF-KB para migrar en el núcleo y activar la expresión génica (Baldwin, 1996; Hatada et al., 2000). Tanto la aspirina como SA bloquean la activación de NF-KB mediante la inhibición IKB quinasa, evitando la degradación de IKB y retener NF-KB en el citosol (Kopp y Ghosh, 1994; Yin et al, 1998). Curiosamente, IKB comparte Acciones de similitud estructural con NPR1 en plantas (Cao et al., 1997; Ryals et al., 1997). Además de la ankyrin-repeat dominio, el fosforilada Ser residuos importantes para la función IKB también se conservan en la proteína NPR1 (Ryals et al., 1997). Debido a las analogías interesantes entre las acciones de SA / la aspirina, la prostaglandina, y IKB en animales y SA, JA, y en NPR1 plantas, se investigó si NPR1 juega un papel en la regulación negativa mediada por SA de señalización JA en Arabidopsis. En contraste a IKB en las células animales, que funciona en el citosol, NPR1 se había informado anteriormente a funcionar en el núcleo cuando actúa como un regulador positivo de la expresión de genes relacionados con la defensa SA-dependiente (Kinkema et al, 2000;.. Subramaniam et al, 2001). Aquí, se presenta un nueva función de NPR1 en el citosol y proporcionar evidencia de que citosólica NPR1 juega un papel crucial en la comunicación transversal entre SA- y respuestas de defensa de las plantas dependientes de JA.

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