FLS2
FLS- gener har upptäckts vara involverade i flagellinmottagning av bakterier. FLS1 var den ursprungliga genen som upptäcktes motsvara en specifik ekotyp inom Arabidopsis thaliana . Ändå har ytterligare studier visat en andra FLS-gen känd som FLS2 som också är associerad med flagellinmottagning. FLS2 och FLS1 är olika gener med olika ansvar, men är relaterade genetiskt. FLS2 har ett specifikt fokus på växtförsvar och är involverad i att främja MAP-kinaskaskaden . Mutationer i FLS2 -genen kan orsaka bakteriell infektion genom bristande respons på flg22. Därför FLS2 :s primära fokus association med flg22 medan dess sekundära fokus är involveringen av att främja MAP-kinaskaskaden i växtförsvar.
FLS2 och dess likheter med receptorliknande kinaser HOLAKHEASEN
FLS2 anses vara en receptorliknande kinas (RLK). RLK är mycket lika tyrosinkinaser men skiljer sig i det faktum att tyrosinkinaser finns i däggdjur och RLK är växtspecifika. RLK är transmembranproteiner som består av inre, yttre och centrala membranregioner. Eftersom de är proteiner har de också en aminoterminal domän och en karboxylterminal kinasdomän. RLK spelar en viktig roll i anläggningsmottagning som kommer att visas genom FLS2 . BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1) är en annan viktig RLK med många likheter med FLS2. Trots att de delar många av samma signalkomponenter har FLS2 och BRI1 väldigt olika effekter på cellen.
FLS2 -struktur
FLS2 består av 3 domäner: en extracellulär, en transmembran och en intracellulär. Den extracellulära domänen är känd som Leucin-rich repeat (LRR) domän. Det är i denna region, som är aminoterminalen, där det sägs ha direkt interaktion med flagellin som initierar svaret av FLS2 på flg22. Den transmembrana domänen är där proteiner övergår från extracellulärt till intracellulärt. Denna region är vanligtvis mycket termodynamiskt stabil och förekommer endast i fosfolipidmembranet mellan celler. Den intracellulära domänen är serin/treoninkinasdomänen. I denna domän katalyserar fosforylering en proteinkinaskaskad som leder till ett svar. I FLS2 framkallar detta svar förändringar i tillväxt och växtförsvar.
Ektopiskt uttryck av FLS2
Ett experiment utfört för att visa involvering av FLS2 i flagellinuppfattning var ett ektopiskt uttryck av FLS2 med användning av CaMV 35S- genpromotorn i en Arabidopsis thaliana -växt av vildtyp och två förmodade mutanta Arabidopsis thaliana - växter. Arabidopsis -växten av vildtyp indikerades med Col-0 och de två mutanterna indikerades med 35S:: FLS2 - col2 och 35S:: FLS2 - col4 . I detta experiment var kallosavsättning och produktion av aktiva syrearter de variabler som ansågs visa flagellinuppfattning efter behandling av flg22, vilket indikeras av tidigare forskning (Gomez-Gomez, et al. 1999). Resultaten för denna studie visade några saker. Det första den visade var ett svar i kallosavsättning 12 timmar efter behandling i endast en växttyp som var mutanten 35S:: FLS2 - col2 . I vildtypen och mutanten 35S:: FLS2 - col4 detekterades ingen kallosavsättning i växter som uppvisade reducerade nivåer av FLS2 . I direkt korrelation till kallosavsättningssvaret var det andra som observerades en luminolbaserad analys för att visa oxidativ sprängning i bladvävnader av de tre växttyperna. Den luminolbaserade analysen visade ett snabbt och starkt oxidativt svar i mutant 35S:: FLS2 - col2 med behandling av 10nM flg22, medan en 10nM behandling av flg22 i mutanten 35S:: FLS2 - col4 inte kunde inducera något oxidativt svar som skulle förekommer naturligt i vildtypsväxten Arabidopsis . Trots det skulle högre behandlingsnivåer av flg22 framkalla ett oxidativt svar men inte signifikant jämfört med vildtypen. Det sista som observerades i detta experiment var behandling av flg22 med avseende på tillväxthämning av T2-plantor. Tillväxthämning i 35S:: FLS2 - col2 var större än vildtypen under flg22-behandling, medan 35S:: FLS2 - col4 visade en minskad tillväxthämning jämfört med vildtypsväxter under flg22-behandling, vilket är omvänt mot det oxidativa svaret i dessa två mutanter i förhållande till vildtypen.
Involvering av FLS2 i försvarets insatser
På samma sätt som däggdjur och insekter har ett medfött immunitetssvar mot patogener, har växter ett försvarssystem som liknar det men ändå är modifierat. Den största skillnaden mellan växter, däggdjur och insekter är att däggdjur och insekter inte är stationära som växter, därför är en växts försvarssystem mer komplext och mer beroende av signalvägar för att meddela växten vad som potentiellt skulle kunna attackera. Med det i åtanke är det viktigt att alla grampositiva och gramnegativa bakterier delar flagellin. När växter är stationära kan ett specifikt molekylärt mönster av flagellin kännas igen av växter för att bestämma fytopatogena bakterier i växtförsvaret. Som upptäckts av det ektopiska uttrycket av FLS2- studien, är FLS2 riktat relaterat till flagellinuppfattning, så genom upptäckt och på naturlig väg av växten är FLS2 den gen som är ansvarig för uppfattningen av flagellin som signalerar ett växtförsvarssvar. Allt är inte avgjort här eftersom, som tidigare nämnts, grampositiva och gramnegativa bakterier delar flagellin vilket gör att växter inte kan skilja mellan avirulenta och virulenta bakterier. Detta kan vara extremt användbart när ett överflöd av patogena bakterier är närvarande, men detta kan också visa sig vara ineffektivt när växtförsvarssvar inträffar på grund av flagellinuppfattning om avirulenta bakterier, eller så skulle man kunna tro. I själva verket är avirulenta bakteriers försvarssvar högre än virulenta bakteriers försvarssvar på grund av närvaron av flera specifika framkallare. Hutcheson (1997) fann att de tertiära och kvartära strukturerna hos proteinelicitorer är beroende av elicitoraktivitet. Trots det finns resistenta genprodukter vanligtvis i leucinrika upprepade domäner som är den extracellulära domänen av FLS2 , och hrp -gener är direkt relaterade till sjukdomsanstiftning och överkänsligt svar på resistenta växter. Kort sagt, ju fler elicitorer som finns inom flagellinperception, desto mer växtförsvarssvar kommer att uppstå oavsett virulens. Det är bara vanligare att avirulent patogen producerar fler framkallare.
Expression av FLS2 från Arabidopsis i tomatceller
Utformningen av detta experiment liknar tidigare litteratur från och men till skillnad från dessa två publikationer, i denna publikation, var promotorn som användes 35S blomkålsmosaikviruspromotorn som användes för att uttrycka FLS2 -kodande sekvenser fuserade till en trippel c-myc-tagg. Vad som händer med en FLS2- gen i Arabidopsis är känt men denna studie tittar på hur FLS2- genen i Arabidopsis kan påverka en växt som innehåller en FLS2 -gen som inte svarar på samma sätt som Arabidopsis . Figur 1 visar hur tomatceller utan introduktion till en Arabidopsis FLS2- gen inte visar något svar på uppfattningen av vare sig flg15 eller flg22. Men när man tittar på Arabidopsis FLS2- genen och tomatcellerna med Arabidopsis FLS2- genen tillagd, är det tydligt att svaren är liknande på grund av närvaron av Arabidopsis FLS2 -genen.
Alkaliseringssvar inducerat av Flagellin-derivatet flg22-ΔA 16/17
Alkalisering har använts för att visa jonflöden över membran i tidigare litteratur. I denna studie, alkalinisering inducerad av flagellinderivatet flg22-ΔA 16/17 i tomatplantor som uttrycker Arabidopsis FLS2- genen. Extracellulär alkalinisering användes för att framkalla ett svar i dessa växter. Alkalinisering hade ingen effekt på obehandlade tomatplantor, men ökad bindningsaktivitet till FLS2 visades utan någon ökning av känsligheten mot flg22 i tomatplantorna som uttryckte Arabidopsis FLS2 -genen. Denna brist på ökning av känslighet kan tillskrivas ett antal faktorer som är okända, men hypoteser. Trots det visade bindningen av tomatplantor som uttrycker Arabidopsis FLS2 -genen liknande känslighet för flg15 som för normala tomatplantor. Detta indikerar att både Arabidopsis FLS2- genen och tomatplantan FLS2- genen båda arbetar i tomatplantor som uttrycker Arabidopsis FLS2 -genen. Arabidopsis FLS2- genen svarar på flg22 och den naturliga tomat- FLS2- genen svarar på flg15. Dessutom analyserades tomat- FLS2 -genen för alla derivat som kan vara ansvariga för genuttryck. Även om det var mindre aktivt än flg22, visade sig dess derivat flg22-ΔA 16/17 framkalla ett medium alkaliseringssvar i Arabidopsis FLS2 -genen i både Arabipdopsis- och tomatplantor som uttrycker Arabidopsis FLS2 -genen. I huvudsak uppstår majoriteten av flagellinuppfattningen som förekommer i tomatplantor som uttrycker Arabidopsis FLS2 -genen på grund av Arabidopsis FLS2 -genen medan en mindre del av flagellinuppfattningen kan tillskrivas tomat- FLS2 -genen.