Studie visar att växtreceptorer som styr immunitet och utveckling har ett gemensamt ursprung

Både immunitetsrelaterade LRR-RLP och tillväxtrelaterade LRR-RLK har utvecklats från en gemensam förfader och ärvt de fyra sista LRR och förmågan att binda co-receptorn BAK1. Den chimära receptor som inkorporerar den cytoplasmatiska kinasdomänen hos en tillväxtrelaterad LRR-RLK i en immunitetsrelaterad LRR-RLP aktiverar både immun- och tillväxtreaktioner när den känner av en molekyl som härrör från en patogen. LRR, leucinrik repetition; RLP, receptorliknande protein; RLK, receptorliknande kinas. Kredit: RIKEN
Både immunitetsrelaterade LRR-RLP och tillväxtrelaterade LRR-RLK har utvecklats från en gemensam förfader och ärvt de fyra sista LRR och förmågan att binda co-receptorn BAK1. Den chimära receptor som inkorporerar den cytoplasmatiska kinasdomänen hos en tillväxtrelaterad LRR-RLK i en immunitetsrelaterad LRR-RLP aktiverar både immun- och tillväxtreaktioner när den känner av en molekyl som härrör från en patogen. LRR, leucinrik repetition; RLP, receptorliknande protein; RLK, receptorliknande kinas. Kredit: RIKEN

Växter utvecklar kontinuerligt nya immunreceptorer mot ständigt föränderliga patogener. Forskare vid RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) har spårat ursprunget och den evolutionära utvecklingen av växters immunreceptorer. Deras upptäckt kommer att göra det lättare att identifiera immunreceptorgener från genomisk information och kan bidra till utvecklingen av patogenresistenta grödor. Studien publiceras i Nature Communications.

Precis som hos djur har växter ett immunförsvar som hjälper dem att försvara sig mot patogener som virus, bakterier, svampar och oomyceter. Innan inkräktarna kan stoppas måste de först upptäckas, och detta görs av mönsterigenkänningsreceptorer som finns på ytan av växtceller. Dessa receptorers förmåga att upptäcka molekylära mönster som förknippas med patogener beror på två typer av proteiner, RLP och RLK, som båda kan innehålla leucinrika upprepningar – avsnitt där aminosyran leucin förekommer flera gånger.

För att spåra utvecklingen av växters immunitet undersökte det internationella forskarlaget under ledning av Ken Shirasu och Yasuhiro Kadota vid RIKEN CSRS antalet receptorer och deras mönster. De analyserade över 170 000 gener som kodar för RLK och cirka 40 000 gener som kodar för RLP, som de fick från offentligt tillgängliga data från 350 växtarter. De upptäckte att RLK och RLP med leucinrika upprepningar var de vanligast förekommande receptortyperna bland alla växtarter, och utgjorde nästan hälften av RLK och 70 % av RLP.

RLP, och vissa RLK, är kända för att innehålla en speciell öregion som är avgörande för att känna igen delar av patogener. Undersökningar utförda av RIKEN CSRS-teamet visade att bland RLP som innehåller leucinrika repetitioner var denna speciella region nästan alltid placerad på samma ställe, mellan den fjärde och femte leucinrika repetitionen. Dessa RLP:er visade sig vara associerade med immunsvar. Teamet upptäckte också att öregionen fanns på samma position i vissa RLK, som nästan alla tillhör en funktionell grupp som reglerar tillväxt och utveckling.

Jämförande analyser visade att sekvensen för de fyra upprepningarna under öregionen var mycket likartad mellan de två typerna av proteindetektorer, vilket tyder på att de har en gemensam evolutionär härstamning. Framför allt innehöll dessa fyra uppsättningar leucinrepetitioner delar som behövs för att binda till samma co-receptor, kallad BAK1. Detta innebär att immunitetsrelaterade RLP och tillväxtrelaterade RLK har ärvt förmågan att binda BAK1 från en gemensam förfader.

”Det är intressant att vi fann att utbytet av de fyra regionerna med leucinrika upprepningar bland dessa receptorer inte störde deras funktionalitet”, säger Bruno Pok Man Ngou, som genomförde studien. Att skapa en hybridreceptor genom att kombinera en tillväxtrelaterad RLK med en immunitetsrelaterad RLP resulterade i en hybridreceptor som kände igen patogener och framkallade både immunitets- och tillväxtrelaterade reaktioner. Detta innebär att forskare bör kunna konstruera receptorer med nya funktioner genom att byta ut dessa moduler.

Den här studien behandlar ursprunget till växters immunitet på molekylär nivå och visar att samtidig analys av information från flera växtgenom kan möjliggöra enkel och exakt förutsägelse av gener som är involverade i växters immunitet och tillväxt.

”Vi håller för närvarande på att isolera immunreceptorer från olika växter med hjälp av denna information och siktar på praktiska tillämpningar som att utveckla sjukdomsresistenta grödor i framtiden”, säger Shirasu.

Ytterligare information: Evolutionary Trajectory of Pattern Recognition Receptors in Plants., Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-44408-3

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.