ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi در گیاهان قسمت 1

خلاصه:

ایمنی های ضد ویروسی متعددی برای دفاع در برابر عفونت ویروسی در میزبان ایجاد شد. ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر تداخل RNA (RNAi) به طور تکاملی در یوکاریوت ها حفظ می شود و نقش حیاتی در برابر انواع ویروس ها ایفا می کند. در طول مسابقه تسلیحاتی بین میزبان و ویروس، بسیاری از ویروس ها سرکوبگرهای ویروسی خاموش کردن RNA (VSRs) را برای مهار ایمنی ذاتی ضد ویروسی ایجاد می کنند. در اینجا، ما مکانیسم را در مراحل مختلف ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi در گیاهان و واکنش‌های VSR‌های مختلف، عمدتاً پس از عفونت ویروس‌های RNA در گیاه مدل آرابیدوپسیس، بررسی کردیم. برخی از چالش‌های حیاتی در این زمینه نیز پیشنهاد شد، و ما فکر می‌کنیم که توضیح بیشتر ایمنی ذاتی ضد ویروسی ممکن است طیف گسترده‌ای از استراتژی‌های ضد ویروسی را برای جلوگیری از بیماری‌های ویروسی در آینده منتقل کند.

رابطه نزدیکی بین ایمنی ضد ویروسی و ایمنی وجود دارد.

1. ایمنی در برابر ویروس ها کلیدی است: سیستم ایمنی یکی از مهم ترین مکانیسم های دفاعی در بدن است. سیستم ایمنی با از بین بردن، کنترل و جلوگیری از ورود ویروس ها به بدن، از بدن در برابر بیماری محافظت می کند. اگر سیستم ایمنی قوی دارید، پاسخ ایمنی ضد ویروسی بهتری خواهید داشت و توانایی بهتری برای مبارزه با عفونت های ویروسی خواهید داشت.

2. ایمنی ضد ویروسی کلید ایمنی است: پاسخ ایمنی ضد ویروسی به پاسخ ایمنی سیستم ایمنی به تهاجم ویروس به بدن اشاره دارد. در این فرآیند، بدن آنتی‌بادی‌ها و سلول‌های ایمنی تولید می‌کند که ویروس را شناسایی و از بین می‌برند. این آنتی بادی ها و سلول های ایمنی ارتباط نزدیکی با ایمنی دارند و عملکرد سیستم ایمنی را تقویت می کنند و توانایی بدن برای مبارزه با ویروس ها را بهبود می بخشند.

3. ایمنی و ایمنی ضد ویروسی به یکدیگر وابسته هستند: ایمنی و ایمنی ضد ویروسی به یکدیگر وابسته هستند. افرادی که ایمنی ضعیفی دارند مقاومت در برابر ویروس کاهش یافته و مستعد ابتلا به عفونت و عواقب جدی هستند، در حالی که افرادی که پاسخ ایمنی ضد ویروسی ضعیفی دارند مستعد ابتلا به عفونت ویروسی هستند، بنابراین عملکرد سیستم ایمنی بدن را تحت تاثیر قرار می دهند.

بنابراین، حفظ ایمنی خوب می تواند پاسخ ایمنی ضد ویروسی را بهبود بخشد و از عفونت ویروسی جلوگیری کند. در همین حال، برای برخی از ویروس‌های خاص مانند کروناویروس‌ها، واکسن‌ها نیز می‌توانند برای فعال کردن و تقویت پاسخ ایمنی ضد ویروسی سیستم ایمنی استفاده شوند. بنابراین باید به ارتقای مصونیت توجه کنیم. سیستانچ می تواند ایمنی را بهبود بخشد و مخلوط گوشت سرشار از انواع مواد آنتی اکسیدانی مانند ویتامین C، کاروتنوئید و غیره است که می تواند رادیکال های آزاد را پاک کند، استرس اکسیداتیو را کاهش دهد و مقاومت سیستم ایمنی را بهبود بخشد.

روی پودر عصاره cistanche tubulosa کلیک کنید

کلید واژه ها:

ویروس؛ ایمنی ذاتی ضد ویروسی؛ RNAi; RNA کوچک؛ VSR.

1. معرفی

پدیده خاموشی RNA برای اولین بار در سال 1990 در گیاهان مشاهده شد، زمانی که معرفی تراریخته کالکون سنتاز به گل اطلسی منجر به سرکوب ژن های همولوژیک درون زا شد [1،2]. در سال 1998، اندرو فایر و کریگ ملو دریافتند که RNA های دو رشته ای (dsRNA) باعث تداخل قوی و خاص در Caenorhabditis elegant می شود [3] و پدیده تداخل RNA (RNAi) نامیده می شود که در سال 2006 جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی را دریافت کرد و انقلابی را در زمینه زیست شناسی باز کرد [3،4]. مطالعات متعدد نشان داد که RNAi به طور تکاملی در یوکاریوت ها حفظ شده است و تمام جنبه های رویدادهای بیولوژیکی را تنظیم می کند [5،6]. سیگنالینگ RNAi با شناسایی برخی از اجزای کلیدی در مسیر ایجاد شد.

مشخص شد که RNA کوچک غیرکدکننده توسط RNA خود تکمیلی یا دو رشته ای (dsRNA) تحریک می شود و به عنوان سیگنال واقعی و تعیین کننده ویژگی خاموشی ژن عمل می کند. RNA کوچک دوبلکس اولیه به ترتیب با پردازش RNA سنجاق سر یا dsRNA به microRNA یا siRNA با استفاده از یک Dicer خاص تولید می‌شود [7]. علاوه بر این، RNA کوچک ثانویه معمولاً باید از طریق تقویت توسط RNA پلیمراز وابسته به RNA (RdRP) برای خاموش کردن ژن کارآمد تولید شود. سپس RNA کوچک دوبلکس می‌تواند توسط HEN1 متیله شود تا پایداری افزایش یابد و در پروتئین‌های اثرگذار Argonaute (AGO) بارگذاری شود [8]. رشته عبوری RNA کوچک دوبلکس توسط AGOها تجزیه می شود و رشته هدایت شده برای تشکیل یک کمپلکس خاموش کننده القا شده توسط RNA (RISC) باقی می ماند [9]. سپس RISC RNA مکمل را با جفت‌سازی باز هدف قرار می‌دهد تا تخریب یا مهار ترجمه را در خاموش کردن ژن پس از رونویسی (PTGS) یا القای خاموشی ژن رونویسی (TGS) واسطه کند.

دو دسته اصلی از RNA های کوچک درون زا در گیاهان وجود دارد: microRNA ها (miRNAs) و siRNA ها [10]. miRNA ها و siRNA ها به ترتیب از پردازش RNA پین مو یا dsRNA توسط یک Dicer خاص تولید می شوند. miRNA که معمولاً 21 nt طول دارد توسط Dicer-like 1 (DCL1) در Arabidopsis تولید می شود. miRNA های درون زا معمولا واسطه PTGS هستند و نقش اساسی در تمام جنبه های فرآیندهای رشد گیاه دارند.

علاوه بر این، siRNA های 21، 22 و 24 nt به ترتیب توسط DCL4، DCL2 یا DCL3 در Arabidopsis تولید می شوند و همچنین فرآیندهای بیولوژیکی مختلف را تنظیم می کنند. در حالی که siRNA های درون زا 21 و 22 nt معمولا PTGS را واسطه می کنند، مانند tasiRNA 21 nt که در مورفوژنز برگ نقش دارد، siRNA های درون زا 24 nt عمدتاً از طریق متیلاسیون DNA واسطه TGS هستند.

پس از عفونت پاتوژن، اندازه‌های مختلف siRNA‌های مشتق از RNA پاتوژن نیز تولید می‌شوند تا ایمنی ضد میکروبی مبتنی بر RNAi را برای ایجاد مقاومت میزبان ایجاد کنند [10،11]. دفاع ضد ویروسی مبتنی بر RNAi برای اولین بار در گیاهان کشف شد [12،13]. سپس مشخص شد که نقش حیاتی در ایمنی ضد ویروسی در بی مهرگان [14] و پستانداران [15،16] دارد. بر اساس یافته‌های خاموش‌سازی ترانس ژن و خاموش‌سازی ژن درون‌زا، عملکرد DCLs، AGOs و RDRs (RNA پلیمرازهای وابسته به RNA) در ایمنی ضد ویروسی مشخص شد.

اکنون مشخص شده است که ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi برای جلوگیری از تهاجم انواع ویروس‌های RNA یا DNA در تقریباً همه یوکاریوت‌ها ایجاد می‌شود (شکل 1). از سوی دیگر، بسیاری از ویروس‌ها، به ویژه ویروس‌های بیماری‌زا، تکامل می‌یابند تا VSR‌ها را رمزگذاری کنند تا به مراحل مختلف مسیر ضد ویروسی مبتنی بر RNAi حمله کنند (شکل 1). شیوع VSR به اپیدمی های ویروسی کمک می کند. همچنین درک ما از ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi را کور می کند. علاوه بر این، VSR همچنین ما را از استفاده از غربالگری ژنتیکی کلاسیک برای شناسایی تنظیم‌کننده‌های جدید در مسیر ضد ویروسی برای چندین دهه ممانعت می‌کرد تا اینکه اخیراً یک روش ژنتیکی کارآمد برای دور زدن این مانع ایجاد شد [17،18].

در اینجا، ما درک RNA ویروسی و شروع دفاع ضد ویروسی مبتنی بر RNAi، تولید و تقویت siRNA ویروسی (siRNA) و عملکردهای ضد ویروسی RNAi Argonautes را با تاکید بر پیشرفت اخیر در این زمینه مرور خواهیم کرد. به چالش کشیدن سوالات موجود در مورد گیاه مدل Arabidopsis. برخی از VSR های ویروس های گیاهی و عملکرد آنها نیز برای درک بهتر مسابقه تسلیحاتی بین میزبان های گیاهی و ویروس ها خلاصه شد. پوزش می طلبیم که برخی از پیشرفت های تحقیقاتی در این زمینه ممکن است شامل نشود.

2. درک RNA ویروسی و شروع دفاع ضد ویروسی مبتنی بر RNAi

ویروس‌ها تقریباً کوچک‌ترین موجودات روی زمین هستند، با ساختاری کلاسیک که در آن مواد ژنتیکی، RNA یا DNA، در پروتئین پوششی بسته‌بندی می‌شوند. ویروس ها باید در میزبان فلج شوند و با استفاده از مواد و انرژی میزبان منتشر شوند. برخلاف سایر پاتوژن های میکروبی، گیرنده های تشخیص الگو (PRRs) برای درک ویروس ها بر روی غشای سلولی میزبان یافت نمی شوند. پس از ورود ویروس به سلول میزبان، RNA های ویروسی دو رشته ای در طی تکثیر ویروسی از طریق تکرارهای ویروسی تولید می شوند، پروتئین های میزبان دایسر RNA های ویروسی دو رشته ای را درک کرده و تاس می کنند تا طول های 21-24 nt siRNA تولید کنند. بنابراین، پروتئین Dicer ممکن است به عنوان یک PRR ویروسی در نظر گرفته شود که برای شروع مسیر ضد ویروسی مبتنی بر RNAi استفاده می شود.

Dicer متعلق به خانواده RNaseIII مانند است و دارای اندونوکلئاز بسیار حفاظت شده در یوکاریوت ها است [19]. در آرابیدوپسیس، چهار پروتئین شبه دایسر (DCL) وجود دارد: DCL1، DCL2، DCL3 و DCL4. همه آنها حاوی پنج دامنه هستند که عبارتند از DExD-helicase، helicase-C، دامنه تابع ناشناخته 283 (DUF283)، دامنه Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ)، دو دامنه RNase III پشت سر هم، و یک یا دو دامنه اتصال dsRNA ( dsRBDs) از انتهای N تا C-پایانه [20] (شکل 2). DCL3 دامنه هلیکاز-C ندارد. به طور کلی، حوزه هلیکاز از هیدرولیز ATP برای تسهیل باز شدن dsRNA استفاده می کند [19،21].

دامنه DUF283 اخیراً برای تسهیل جفت شدن پایه RNA-RNA و اتصال RNA توصیف شده است [22،23]. دامنه‌های PAZ و RNase III برای برش dsRNA حیاتی هستند، دامنه PAZ انتهای دامنه‌های dsRNA و RNase III را تشخیص می‌دهد و یکی از رشته‌های dsRNA را قطع می‌کند، و فاصله بین دامنه PAZ و دامنه RNase III با طول تعیین می‌شود. از محصولات [22،24]. دامنه dsRBD اتصال dsRNA را تسهیل می کند و همچنین به عنوان یک سیگنال محلی سازی هسته ای غیرکلاسیک عمل می کند [23].

DCL1 عمدتاً در مسیر بیوژنز میکرو RNAهای 21 nt (miRNA) که نقش اساسی در تمام جنبه‌های رشد گیاه و پاسخ‌های گیاه به محرک‌های محیطی دارند، درگیر است [25]. DCL1، پروتئین متصل شونده به DsRNA 1 (DRB1) (همچنین به عنوان برگ های هیپوناستیک 1، HYL1 نیز شناخته می شود)، و SERRATE (SE) بدنه های هسته ای را تشکیل می دهند تا ساختار سنجاق موی pri-miRNA را تشخیص دهند و به طور متوالی pri-miRNA را به miRNA پیش ساز برش دهند. -miRNA) و قبل از miRNA تا miRNA بالغ [21،26]. اخیراً گزارش شده است که جداسازی فاز SE مونتاژ بدنه دایسی را هدایت می کند و پردازش miRNA توسط DCL1 در Arabidopsis را ارتقا می دهد [27]. پروتئین 1 مرتبط با SE همچنین با تعدیل پیوند، پردازش و پایداری pri-miRNA، بیوژنز miRNA را ارتقا می دهد [28].

بنابراین، جهش‌های DCL1 از دست رفته، کشنده جنینی و حتی جهش هیپومورفیک DCL1 نیز نقایص رشدی پلیوتروپیک را به دلیل اختلال در بیوژنز miRNA نشان دادند [29]. DCL1 ممکن است به طور غیرمستقیم در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi با کنترل بیوژنز برخی از miRNA ها عمل کند. گزارش شده است که miR168 به طور منفی تجمع AGO1 را در گیاهان تنظیم می کند [30] و miR482 یا miR6019/miR6020 به ترتیب مقاومت ضد ویروسی ژن های R را در گوجه فرنگی یا تنباکو کاهش می دهد [31،32]. DCL1 همچنین می تواند دیگر بیوژنز با واسطه DCLs siRNA را ارتقا دهد [33،34].

DCL2 مسئول پردازش مولکول های اگزوژن RNA دو رشته ای (dsRNA) یا siRNA های آنتی سنس طبیعی به 22-nt siRNA ها در Arabidopsis است [35،36]. با این حال، زمانی که عملکرد DCL4 لغو شود، DCL2 تنها برای شروع ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi در آرابیدوپسیس جایگزین می شود [37،38]. جالب توجه است، مطالعات اخیر نشان داد که siRNA‌های 22 nt درون زا عظیم می‌توانند زمانی که مسیر فروپاشی RNA سیتوپلاسمی و عملکرد DCL4 معیوب باشد، انباشته شوند. این siRNA‌ها می‌توانند سرکوب ترجمه‌ای خاص ژن و سراسری را تحریک کنند و منجر به اختلالات رشد پلیوتروپیک شوند [39]. با این حال، ارتولوگ های متعددی از DCL2 در گیاهان دیگر وجود دارد و می تواند برای داشتن عملکردها تکامل یابد. به عنوان مثال، یک مطالعه نشان داد که DCL2b، یک همولوگ DCL2 از هر چهار در گوجه فرنگی، با تولید 22 nt siRNA در گوجه فرنگی، نقش حیاتی در برابر عفونت ویروس موزاییک گوجه فرنگی (ToMV) ایفا کرد [40].

DCL3 siRNA های 24nt را برای تنظیم متیلاسیون DNA وابسته به RNA (RdDM) در خاموش کردن ژن رونویسی (TGS) در Arabidopsis تولید می کند [41]. اخیراً، ساختار DCL{4}}pre-siRNA نشان داد که DCL3 از یک پاکت با بار مثبت و یک کلاه معطر برای شناسایی 50 -آدنوزین فسفریله رشته راهنما و 30 برآمدگی رشته مکمل استفاده می‌کند. . دامنه‌های جفت RNase III DCL3 هر دو رشته RNA را قطع می‌کنند و طول دقیق RNA کوچک محصول را تعیین می‌کنند [42]. siRNA های درون زا 24 nt عمدتاً از هتروکروماتین یا ناحیه مکرر غنی از توالی توسط DCL3 برای حفظ خاموشی ترانسپوزون یا پایداری ژنوم تولید می شوند. siRNA های 24 nt همچنین رونویسی ژن ترانس یا سایر DNA اگزوژن مانند ویروس های DNA را سرکوب می کنند [43-45]. گزارش شد که پس از عفونت ویروس DNA، 24 nt vsiRNA برای تعدیل متیلاسیون DNA و اصلاح هیستون DNA ویروسی و جلوگیری از عفونت ویروسی تولید شد [46،47].

DCL4 dsRNA درون‌زای طولانی را برای تولید siRNA‌های 21 nt، مانند siRNA‌های فعال ترانس (ta-siRNAs)، که برای رشد گیاه حیاتی هستند، می‌شکند [48-51]. جهش یافته آرابیدوپسیس dcl4 فنوتیپی از برگ های روزت دراز و پیچ خورده رو به پایین [51،52] و تجمع آنتوسیانین افزایش یافته را نشان داد [53،54]. در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi، DCL4 dsRNA ویروسی طولانی را درک کرده و قطع می کند تا siRNA 21 nt تولید کند تا از عفونت ویروسی جلوگیری کند، به ویژه پس از عفونت ویروس RNA در Arabidopsis و سایر گیاهان [49].

اگرچه هر DCL مسئول تولید RNA کوچک متمایز است، اما ممکن است در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi به صورت اضافی یا سلسله مراتبی عمل کند. به عنوان مثال، DCL4 به عنوان یک سرکوبگر درون زا برای سرکوب تولید با واسطه DCL 22 nt siRNA در نظر گرفته شد [39،55]. با این حال، DCL2 در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi به طور اضافی کار می کند، به خصوص زمانی که عملکرد DCL4 به خطر بیفتد [56]. بنابراین، در غیاب هر دو DCL2 و DCL4، تیتر ویروس به طور چشمگیری افزایش می یابد [18،57،58]. علاوه بر این، 21 nt siRNA تولید شده توسط DCL4 همچنین می‌تواند مسیر RdDM را برای دفاع در برابر عفونت ویروس‌های DNA تسهیل کند [41]. DCL2 و DCL3 باید با هم در دفاع در برابر ویروئید غده دوکی سیب زمینی عمل کنند [59]. علاوه بر این، DCL1 پتانسیل تولید 21 nt siRNA را در غیاب DCL2، DCL3 و DCL4 دارد [55،57].

پروتئین‌های متصل شونده به DsRNA (DRB) نیز برای درک و برش‌کردن مناسب RNA‌های ویروسی توسط DCL مورد نیاز هستند [60]. ژنوم آرابیدوپسیس پنج پروتئین DRB را کد می کند: DRB1/HYL1، DRB2، DRB3، DRB4 و DRB5 [61]. آنها حاوی یک تا سه نقوش اتصال به dsRNA (dsRBMs) هستند که از حدود 70 اسید آمینه تشکیل شده‌اند که برای تعامل با dsRNA - - - - چین و دو مارپیچ را تشکیل می‌دهند [62،63]. DRBها با DCLهای خاص تعامل دارند تا عملکرد ویژه خود را در بیوژنز RNA کوچک و دفاع ضد ویروسی انجام دهند [60]. به عنوان مثال، تعامل بین DRB1 (HYL1) و DCL1 برای بیوژنز miRNA مورد نیاز است و در انتخاب رشته راهنما در حال بارگذاری در RISC نقش دارد [64-66].

DRB4 با DCL4 تعامل می‌کند تا نوع دیگری از بدنه‌ای را برای پردازش کارآمد siRNAها تشکیل دهد. گزارش شده است که جهش DRB4 منجر به دفاع ضد ویروسی معیوب در برابر عفونت ویروس موزاییک زرد شلغم (TYMV) می شود [67]. جهش drb3 نسبت به ویروس پیچش برگ کلم (CaLCuV) و عفونت ویروس چغندر فرفری (BCTV) بسیار حساس بود و متیلاسیون ژنوم ویروسی به طور قابل توجهی در drb3 کاهش یافت [47]. DRB2 اخیراً به عنوان یک اثر ضد ویروسی با طیف وسیع شناخته شد. بیان بیش از حد DRB2 باعث کاهش تجمع چندین ویروس RNA مختلف از جمله ویروس جغجغه تنباکو (TRV)، ویروس شیرین کاری بوته ای گوجه فرنگی (TBSV)، ویروس X سیب زمینی (PVX) و ویروس برگ انگور (GFLV) شد [68].

3. تولید و تقویت siRNA

پس از درک و شکاف dsRNA ویروسی از طریق DCL، vsiRNA اولیه تولید خواهد شد. با این حال، vsiRNA ثانویه کافی باید از طریق تقویت برای دفاع ضد ویروسی کارآمد تولید شود. پروتئین های RNA پلیمراز وابسته به RNA میزبان (RdRP) فاکتورهای اصلی برای تقویت ثانویه vsiRNA در گیاهان و Caenorhabditis elegant هستند. آنها به طور تصاعدی dsRNA ویروسی را تولید می کنند که به عنوان بسترهای DCL برای بیوژنز vsiRNA عمل می کند، احتمالاً از RNA های ویروسی کوتاه شده به عنوان الگو استفاده می کند [18،69،70].

شش پروتئین RdRP در آرابیدوپسیس (RDR1 تا RDR6) وجود دارد. RDR1، RDR2، و RDR6 همگی موتیف C ترمینال کاتالیزوری متعارف RDRهای یوکاریوتی را به اشتراک می‌گذارند و دارای ارتولوگ در بسیاری از گونه‌های گیاهی هستند، در حالی که RDR3، RDR4 و RDR5 یک موتیف اسید آمینه غیر معمول DFDGD در حوزه کاتالیزوری مشترک دارند [71]. RDR1، RDR2 و RDR6 برای کنترل ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi در Arabidopsis به خوبی نشان داده شده‌اند، اگرچه عملکرد RDR3، RDR4 و RDR5 پشت سر هم در ژنوم آرابیدوپسیس شناسایی نشده است.

RDR1 می تواند توسط عفونت ویروس [72]، ویروئید [73] یا درمان با اسید سالیسیلیک [74] القا شود. مشخص شد که 21 nt یا 22 nt siRNA را در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi، به ویژه در هنگام عفونت ویروس‌های RNA تقویت می‌کند. RDR1 بیوژنز siRNA درون زا یا رشد گیاه را تنظیم نمی کند. با این حال، مشخص شد که RDR1 واسطه تولید siRNA درون زا فعال شده با ویروس (siRNA)، یک کلاس جدید از siRNA های میزبان است که ممکن است به دفاع ضد ویروسی در گیاهان کمک کند [72].

RDR6 به طور اساسی در بافت های مختلف در آرابیدوپسیس بیان می شود. RDR6 نه تنها با واسطه در بیوژنز vsiRNA، ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi را تقویت می‌کند، به‌ویژه پس از عفونت ویروس‌های RNA، بلکه رشد گیاه را با واسطه‌سازی بیوژنز siRNA درون‌زا، مانند siRNA ها، کنترل می‌کند [75،76]. RDR6 معمولاً بدن‌های siRNA را با یک سرکوبگر خاموش‌کننده ژن 3 (SGS3) تشکیل می‌دهد تا به طور مشترک در فرآیندها عمل کند [77-80]. بنابراین، جهش یافته rdr6 و جهش sgs3 نقص های مشابهی را در دفاع و توسعه ضد ویروسی نشان می دهند [78،81-83]. جالب توجه است، RDR6 و miR472 همچنین ممکن است ایمنی ناشی از PAMP (PTI) و ایمنی تحریک شده توسط عامل (ETI) را از طریق کنترل پس از رونویسی ژن‌های مقاومت به بیماری تنظیم کنند و به شکل‌گیری دو رشته‌ای در میوز در گیاهان دیگر کمک کنند. [75]. علاوه بر این، برنج (Oryza sativa) RDR6 نقش ضد ویروسی در دفاع در برابر ویروس راه راه برنج (RSV) دارد [85].

RDR2 عمدتاً با Pol IV مرتبط می شود تا یک کمپلکس برای رونویسی پیش سازهای کوتاه dsRNA تشکیل دهد که توسط DCL3 برای تولید 24 nt siRNA برای هدایت متیلاسیون DNA [{3}}-89] شکسته می شوند، اگرچه RDR2 ممکن است قادر به تولید 23 تا نیز باشد. RNA های کوچک 27 nt از ژن های MIR برای واسطه متیلاسیون DNA [90]. گزارش شده است که RDR2، Pol IV و DCL3، اجزای اصلی در مسیر RdDM، واسطه تولید 24 nt vsiRNA هستند و نقش مهمی در برابر عفونت ویروس‌های DNA، مانند ژمینی ویروس‌ها دارند [44،45]. جالب توجه است که 21 nt siRNA تقویت شده از طریق RDR1 و RDR6 همچنین می تواند مسیر RdDM را تسهیل کند و به دفاع گیاه در برابر ویروس های DNA کمک کند [91،92].

چندین عامل جدید دخیل در تقویت vsiRNA ثانویه نیز اخیرا کشف شده است. آنتی ویروس RNAi معیوب 1(AVI1)/آمینوفسفولیپید حامل ATPase 2 (ALA2)، ALA1، و AVI2 از طریق یک صفحه ژنتیکی قوی رو به جلو با استفاده از یک جهش یافته ویروس موزاییک خیار (CMV) که در آن کدون های شروع VSR{7}}b شناسایی شد. جهش یافته بودند [17،93-95].

در جهش ala1/ala2 یا avi2، تولید vsiRNA های ثانویه به طور چشمگیری کاهش یافت. ALA1/ALA2 حاوی ساختار ATPase نوع P{5} (شکل 2) است و ممکن است فسفولیپیدهای خاصی را در غشاهای سلولی گیاهان انتقال دهد. ALA1 و ALA2 می‌توانند با RDR1 و RDR6 برای ترویج بیوژنز ثانویه vsiRNA همکاری کنند، احتمالاً با تعریف محلی‌سازی سلولی سوبسترای فسفولیپید آن [17،94]. AVI2 همچنین به‌عنوان تقویت‌کننده فاکتور جدید rdr{14}} (ENOR3) نام‌گذاری شد، زیرا از طریق یک صفحه ژنتیکی از پس‌زمینه rdr6 با استفاده از جهش CMV دیگری که در آن ژن 2b حذف شده بود، شناسایی شد [96]. AVI2، یک ناقل منیزیم فرضی در Arabidopsis، RDR1 و RDR6 وابسته به بیوژنز siRNA ثانویه را نیز ارتقا داد [93]. جالب توجه است، فعال‌کننده رونویسی متصل شونده به کالمودولین{25}} (CAMTA3) اخیراً برای فعال کردن هسته دو عملکردی{27}} (BN2) برای تثبیت AGO1/2 و DICER-LIKE1 و فعال کردن RDR6 برای تقویت vsiRNA ها پیدا شده است [97] ].

RDRها و فاکتورهای جدید مانند ALA1/2 و AVI2 به طور گسترده در گیاهان و کرم‌ها حفظ می‌شوند تا از بیوژنز کافی vsiRNA برای ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi اطمینان حاصل شود. با این حال، RDRs در مگس سرکه، موش‌ها و انسان‌ها وجود ندارند، که اخیراً مکانیسم متفاوتی برای تقویت siRNA از طریق DNA دایره‌ای خارج کروموزومی کشف شده است [21]. اینکه آیا مکانیسم جدید در گیاهان یا کرم‌ها نیز وجود دارد باید بررسی شود.

4. عملکرد ضد ویروسی RNAi Effector Argonautes

siRNA باید به عوامل AGO بارگذاری شود تا RISC تشکیل شود، سپس ژنوم های ویروسی مکمل را به PTGS یا TGS در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi هدف قرار دهد. AGOهای اثرگذار از نظر تکاملی حفظ شده و در یوکاریوت‌ها گسترده شده‌اند، اگرچه در پروکاریوت‌ها وجود ندارند [98]. نشان داده شد که آنها انواع پیشرفت های بیولوژیکی در رشد گیاه و پاسخ گیاه به محرک های محیطی را تنظیم می کنند [98-103]، علاوه بر عملکرد آنها در دفاع ضد ویروسی. مطالعات کریستالوگرافی نشان داد که AGOهای یوکاریوتی متعارف حاوی پنج دامنه به نام‌های دامنه N ترمینال (N)، دامنه PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ)، دامنه میانی (MID)، یک دامنه PIWI و یک دامنه با عملکرد ناشناخته 1785 (DUF1785) هستند. 104,105] (شکل 2).

دامنه N ممکن است جفت شدن راهنما-هدف را فراتر از موقعیت 16 مسدود کند، دامنه PAZ 30 انتهای sRNA را تشخیص می دهد، دامنه MID 50 فسفات sRNA را مهار می کند، دامنه PIWI دارای فعالیت ریبونوکلئاز برای برش RNA هدف است [106-108]، و عملکرد دامنه‌های DUF1785 اخیراً نشان داده شده است که دوبلکس‌های siRNA و miRNA مطابقت کامل را مختل می‌کند [109]. همه دامنه ها با هم ترکیب صحیح بین sRNA و RNA هدف را برای اطمینان از خاموش شدن مناسب تسهیل می کنند.

ده AGO در Arabidopsis [110-113] کدگذاری شده است. AGO1 و AGO2 اجزای اصلی ایمنی ضد ویروسی با واسطه RNAi در برابر ویروس های RNA هستند [100]. AGO1 همچنین به عنوان یک عامل miRNA برای تنظیم تمام جنبه های رشد گیاه با تعدیل بیان ژن های درون زا عمل می کند [114-122]. بنابراین ago1 جهش یافته ناک اوت کشنده هستند. بنابراین، عملکرد AGO1 در ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi تنها با استفاده از جهش‌های هیپومورفیک AGO1 مورد بررسی قرار گرفت، مانند پیش{13}}، که همچنان نقص‌های رشدی شدید را نشان می‌داد [123]. برخلاف AGO1، AGO2 در تنظیم رشد گیاه شرکت نمی کند و جهش ago2 نقصی در رشد و نمو نشان نمی دهد. AGO2 ممکن است تنها دفاع گیاه را در Arabidopsis تنظیم کند. گزارش شده است که AGO2 ترجیح می دهد vsiRNA ها را با 50 ترمینال A و AGO1 به U پیوند دهد [124]. AGO2 برای مقاومت در برابر طیف گسترده ای از ویروس های گیاهی مورد نیاز است [56,125-128].

همچنین گزارش شد که فعالیت کاتالیزوری AGO2 برای فعالیت ضد ویروسی موضعی و سیستمیک ضروری بود [125,127]، در حالی که جهش یافته ago1 با فعالیت کاتالیستی دست نخورده مستعد ابتلا به عفونت ویروسی بود [123]. AGO2 همچنین در مقاومت در برابر باکتری بیماریزای گیاهی Pseudomonas syringae [129] نقش دارد و AGO2 با miR393b* متصل می شود و MEMB12 را خاموش می کند تا اگزوسیتوز پروتئین های PR ضد میکروبی را تعدیل کند و فعالیت ضد ویروسی را افزایش دهد [129]. بنابراین، AGO1 و AGO2 ممکن است نقش متمایز در دفاع ضد ویروسی در گیاهان ایفا کنند.

AGO4، AGO6 و AGO9 عوامل اصلی موثر در مسیر RdDM در Arabidopsis هستند. نشان داده شد که AGO4، AGO6 و AGO9 24 nt RNAهای مداخله گر کوچک هتروکروماتیک (het-siRNA) را متصل می کنند و به مسیر RdDM کمک می کنند [130،131]. گزارش شده است که AGO4 عمدتاً از طریق تعدیل RdDM با تهاجم ویروس های DNA مبارزه می کند، همانطور که گزارش شده است که جهش یافته های ago4 به دلیل کاهش هایپرمتیلاسیون در ژنوم BCTV مستعد ابتلا به عفونت BCTV هستند [47]. با کمال تعجب، جهش‌یافته ago4 از طریق مکانیسمی مستقل از مسیر RdDM به چندین ویروس RNA حساس هستند، مانند ویروس چروک شلغم (TCV)، ویروس موزاییک بامبو (BaMV) و ویروس موزاییک Plantago asiatica (PlAMV) [135]. ].

همانطور که در مورد سایر عوامل AGO، AGO5 همراه با AGO2 در کاهش عفونت سیستمیک ویروس سیب زمینی X (PVX) شرکت می کنند، در حالی که AGO5 تنها زمانی که AGO2 در برگ های آلوده اولیه غلبه کند نقش ثانویه ایفا می کند [136]. AGO7 (همچنین به عنوان ZIP شناخته می شود) با روش تجزیه و تحلیل بیماری مبتنی بر تصویر یک عامل مهم در طول عفونت TCV است [132]. AGO7 همچنین می تواند با miR390 متصل شود و بیوژنز siRNA درون زا را واسطه کند [137]. AGO10 با AGO1 همکاری می کند و نقش اضافی در محافظت از بافت های گل آذین در برابر عفونت ویروس موزاییک شلغم (TuMV) [125] دارد، علاوه بر عملکرد آن در تنظیم رشد مریستم آپیکال ساقه توسط bindingmiR165/166 [138].

جالب توجه است که بیش از 10 ارتولوگ AGO در برخی محصولات مهم مانند برنج و گوجه فرنگی یافت شد که 19 ارتولوگ در برنج و 15 ارتولوگ در گوجه فرنگی یافت شد. آنها می توانند تکامل یابند تا عملکردهای متفاوتی در دفاع و توسعه ضد ویروسی داشته باشند. به عنوان مثال، هنگامی که با آنتی ویروس راه راه برنج (RSV) آلوده می شود، پروتئین پوششی RSV (CP) باعث تجمع JA می شود و فاکتور رونویسی پاسخگو به JA را تنظیم می کند تا مستقیماً به پروموتر AGO18 متصل شود تا رونویسی AGO18 را فعال کند [139]. AGO18 miR168 را متصل و جدا می کند، که تجمع AGO1 را برای فرآیند ضد ویروسی افزایش می دهد [140]. از طرف دیگر، AGO18 ترجیحاً miR528 را برای تنظیم مثبت تجمع ROS و مقاومت در برابر عفونت ویروسی متصل می کند [141]. داده‌های منتشر نشده ما همچنین نشان می‌دهد که برخی از ارتولوگ‌های AGO در گوجه‌فرنگی دارای عملکردهای متفاوتی در مقایسه با Arabidopsis هستند.

5. سرکوبگرهای ویروسی RNAi

در مسابقه دفاعی و ضد دفاعی بین گیاهان میزبان و ویروس‌ها، ویروس‌ها پروتئین‌های VSR را برای مهار ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi تکامل می‌دهند. VSRها مراحل مختلف مسیر ضد ویروسی مبتنی بر RNAi را برای مقابله با ایمنی ضد ویروسی حفظ شده هدف قرار می دهند (جدول 1) [142,143].

یک واکنش بسیار متداول VSR ها، ممانعت از تقویت siRNA است. به عنوان مثال، 2b از CMV، C1 از ویروس چینی پیچش برگ زرد گوجه فرنگی (TYLCCNV)، و P6 ویروس شیرین کاری زرد برنج (RYSV) با بیوژنز وابسته به RDR1/{4} siRNA ثانویه تداخل دارد [155,180,185]. V2 ژمینی ویروس پیچش برگ زرد گوجه فرنگی (TYLCV)، P2 از RSV، و P4 ویروس موزاییک راه راه برنج (RMSV) با SGS3 برای مهار بیوژنز siRNA ثانویه تعامل دارند [181,182,189]. همچنین مشخص شد که پروتئین Geminivirus V2 برهمکنش کالمودولین-CAMTA3 را مختل می کند، که بیان RDR6 را برای کاهش بیوژنز vsiRNA کاهش می دهد [97].

مشخص شد که برخی از VSR ها مانع درک یا برش dsRNA ویروسی می شوند. به عنوان مثال، CP از TCV می‌تواند فعالیت تاس‌کردن DCL4 را مهار کند [55] و P6 ویروس موزاییک گل کلم (CaMV) با DRB4 تعامل می‌کند تا اتصال dsRNA را مسدود کند [154]. برخی از VSRها، مانند NSs ویروس پژمردگی لکه‌دار گوجه‌فرنگی (TSWV) و Hc-Pro ویروس Y سیب‌زمینی (PVY)، همچنین به dsRNA ویروسی طولانی متصل می‌شوند که می‌تواند سنجش یا پردازش RNA‌های ویروسی توسط DCLs را مسدود کند. برخی دیگر از VSR ها می توانند مستقیماً vsiRNA را هدف قرار دهند تا ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi را مهار کنند. به عنوان مثال، P19، VSR معروف ویروس‌های تومبوس، vsiRNA را متصل و جدا می‌کند، در حالی که RNase III کرینی ویروس شیرین کاری کلروتیک سیب‌زمینی شیرین (SPCSV) متصل می‌شود و باعث تخریب siRNA می‌شود، و HC-Pro ویروس موزاییک زرد کدو سبز (ZYMV) siRNA را کاهش می‌دهد. پایداری با ایجاد اختلال در متیلاسیون siRNA توسط HEN1. ایجاد اختلال در عملکرد ضد ویروسی AGOهای موثر، استراتژی دیگری است که توسط برخی از VSR ها استفاده می شود. برای مثال، P{11}} ویروس برگ سیب زمینی (PLRV) می‌تواند باعث تخریب AGO1 شود و 2b از CMV می‌تواند با AGO1 و AGO4 تداخل داشته باشد و عملکرد آنها را مختل کند.

با کمال تعجب، برخلاف VSR های فوق که با ایمنی ذاتی ضد ویروسی مبتنی بر RNAi مقابله می کنند، مکانیسم های دیگری برای مقابله با پاسخ های ضد ویروسی توسط برخی از VSR ها یافت شد. اخیراً، مطالعه‌ای نشان داد که VSR p19 می‌تواند با کیناز گیرنده‌مانند (RLK) به سختی هر MERISTEM 1 (BAM1) و BAM2 برای مهار حرکت سلول به سلول خاموش کردن RNA برهم‌کنش داشته باشد [193,194]. VSR C4 ویروس گوانگدونگ پیچ خوردگی برگ گوجه فرنگی (ToLCGdV) همچنین می تواند با BAM1 برای سرکوب PTGS و معکوس کردن TGS با واسطه متیلاسیون تعامل داشته باشد [195]. علاوه بر این، شواهد انباشته شده نشان دهنده فعل و انفعالات گیاهی-ویروس تعدیل شده با اتوفاژی است [196,197]. گزارش شده است که گیرنده محموله همسایه BRCA1 (NBR1) می تواند HC-Pro را برای سرکوب تجمع ویروسی TuMV هدف قرار دهد [198]. با این حال، B، VSR ویروس موزاییک راه راه جو (BSMV)، پروتئین اتوفاژی 7 (ATG7) را هدف قرار داد تا تعامل ATG7-ATG8 را مختل کند و عفونت ویروسی را ترویج دهد [199].

اکنون می دانیم که تقریباً همه ویروس های گیاهی، به ویژه ویروس های گیاهی بیماری زا، دارای یک یا چند VSR هستند. وجود VSR ها به تهاجم موفقیت آمیز ویروس ها و اپیدمی های ویروسی کمک می کند. آنها همچنین به طور جدی مانع قدردانی ما از ایمنی ذاتی ضد ویروسی ضروری در گیاهان و سایر یوکاریوت ها می شوند.

For more information:1950477648nn@gmail.com