Формування стійкості до патогенів у рослин за участі епігенетичних чинників і фітогормонів
Loading...
Date
2023
Authors
Плигун, Вікторія
Антонюк, Максим
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національний університет "Києво-Могилянська академія"
Abstract
У статті розглянуто особливості стійкості рослин до патогенів, яка визначається наявністю генів резистентності та регуляцією їхньої активності за допомогою фітогормонів, діяльності ядерного порового комплексу, через епігенетичні модифікації на посттранскрипційному та посттрансляційному рівні ДНК і гістонів, відповідно. Охарактеризовано ядерний поровий комплекс, який складається з нуклеопоринів, ядерного порового кошика, цитоплазматичних філаментів і має здатність вибірково транспортувати транскрипційні фактори до ядра з цитоплазми та мРНК у протилежному напрямку, впливаючи на експресію генів. Серед епігенетичних модифікацій, описаних у статті, найбільш поширеним та охарактеризованим є метилювання (описано для ДНК і гістонів), яке забезпечує стабільність геному, доступність транскрипційних факторів. Зазначено, що для гістонів додавання метильної групи до амінокислотних залишків не завжди є чинником замовчування генів, оскільки вирішальними є кількість доданих груп і те, до якої амінокислоти вони приєднані. Обговорено перехід до транскрипційної активності генів завдяки ацетилюванню гістонів. Ацетилтрансфераза гістонів загального контролю TaGCN5 здатна сприяти експресії гена еноїл-КоА-редуктази в аллогексаплоїдної пшениці, яка задіяна в біосинтезі кутикулярного воску як одного з чинників захисту. Зворотний процес деацетилювання є як позитивним регулятором через зв’язки з факторами відповіді на етилен, так і негативним, оскільки перешкоджає ацетилюванню та метилюванню амінокислот гістонів. Також наведено інформацію про вплив, крім етилену, жасмонової та саліцилової кислот, комбінації перелічених фітогормонів на формування системної набутої резистентності. Позитивним фітогормоном для патогенів є ауксин через його здатність впливати на структуру клітинної стінки. Однак патогени завдяки ефекторам здатні інгібувати імунні відповіді рослини, тому спостерігається постійна «гонка озброєнь» із добором більш ефективних засобів проникнення й розвитку в рослині та її захисних реакцій. Наголошено на важливості й актуальності вивчення шляхів формування стійкості та аспектів, які даватимуть розуміння про визначальні чинники резистентності – наявність послідовності гена та/або факторів, які регулюють її експресію.
Description
The development of resistance to plant pathogens is determined by the presence of resistance genes and regulation of their activity due to phytohormones, the activity of the nuclear pore complex, and epigenetic modifications at the post-transcriptional and post-translational levels of DNA and histones, respectively. Changes in gene expression due to such modifications can be inherited in generations and contribute to the selection of resistant plants in populations. The nuclear pore complex is composed of nucleoporins, a nuclear pore basket, cytoplasmic filaments and is able to selectively transport transcription factors to the nucleus from the cytoplasm and mRNA in the opposite direction, affecting gene expression. Methylation is the most common and well-studied among the epigenetic modifications. It is described for DNA and histones and ensures genome stability and the availability of transcription factors. Incorporation of methyl groups to amino acid residues is not always a factor in gene silencing for histones. The number of the incorporated groups as well as an
amino acid they are attached to are crucial. Histone acetylation is associated with the transition to transcriptional activity. The general control histone acetyltransferase TaGCN5 is able to promote expression of the enoyl- CoA reductase gene in allohexaploid wheat, which is involved in the biosynthesis of cuticular wax as one of the resistance factors. The reverse process of deacetylation acts both as a positive regulator, through ethylene response factors, and a negative one, as it interferes with acetylation and methylation of histone amino acids. Jasmonic and salicylic acids, along with combinations of the mentioned phytohormones, mediate formation of systemic acquired resistance in addition to ethylene. Auxin is
a positive phytohormone for pathogens due to its ability to influence the structure of the cell wall. At the same time, pathogens, due to effectors, are able to inhibit the plant’s immune responses, so there is a constant "arms race" resulting in the selection of more effective means of penetration and development in the plant as well as its protective reactions. Investigation of the mechanisms of resistance formation and identifying the main factors of resistance, such as either presence of a gene sequence and/or factors regulating its expression, are of great importance.
Keywords
стійкість рослин, патогени, гени стійкості, регуляція експресії генів, молекулярно-клітинні механізми, епігенетичні зміни, фітогормони, стаття, plant resistance, pathogens, resistance genes, regulation of gene expression, molecular cell mechanisms, epigenetic changes, phytohormones
Citation
Плигун В. В. Формування стійкості до патогенів у рослин за участі епігенетичних чинників і фітогормонів / Плигун В. В., Антонюк М. З. // Наукові записки НаУКМА. Біологія і екологія. - 2023. - Т. 6. - С. 3-16. - https://doi.org/10.18523/2617-4529.2023.6.3-16