Przegląd badań nad regulacją ekspresji genów głównych odporności roślin na patogeny
Mariusz Świątek
Pracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Oddział w Młochowie (Poland)
Jadwiga Śliwka
j.sliwka@ihar.edu.plPracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Oddział w Młochowie (Poland)
Abstrakt
Rośliny, podobnie jak zwierzęta, wykształciły wielopoziomowe mechanizmy obronne, które nadają im odporność na szkodniki i patogeny. Pierwotna odpowiedź obronna nie zawsze jednak zapewnia wystarczający poziom odporności na patogeny, które dysponują szerokim wachlarzem mechanizmów przystosowawczych. Inny typ odporności jest warunkowany przez geny główne odporności — geny R. Kodowane przez nie białka, pełniące rolę receptorów, oddziałują z produktami genów awirulencji patogenów i uruchamiają szlak transdukcji sygnału, który prowadzi do reakcji nadwrażliwości, co zapobiega szerzeniu się infekcji. W związku z wysokimi zdolnościami adaptacyjnymi patogenów, poszukuje się nowych genów odporności w dzikich gatunkach roślin, które zapewniłyby roślinom uprawnym trwałą odporność. Mimo dużej liczby zidentyfikowanych i sklonowanych genów R, badaniami ekspresji objęto jak dotąd niewiele z nich. Geny R, pomimo podobieństw budowy, wykazują różny wzór ekspresji pod wpływem działania czynników biotycznych i abiotycznych. Większość genów R ulega konstytutywnej ekspresji, lecz obserwowane są także przypadki wzmacniania lub indukcji ekspresji w wyniku kontaktu z patogenem. Badania molekularne dotyczące ekspresji genów R mogą mieć w niedalekiej przyszłości zastosowanie aplikacyjne w selekcji roślin do hodowli odpornościowej, na co wskazują wyniki dotychczasowych doświadczeń. Celem przeglądu jest usystematyzowanie informacji uzyskanych z dotychczasowych badań nad ekspresją genów odporności roślin na patogeny.
Instytucje finansujące
Słowa kluczowe:
ekspresja genów, geny R, odporność roślin, patogeny roślinBibliografia
Ayliffe M. A., Frost D. V., Finnegan E. J., Lawrence G. J., Anderson P. A., Ellis J. G. 1999. Analysis of alternative transcripts of the flax L6 rust resistance gene. Plant J. 17 (3): 287 — 292.
Google Scholar
Belkhadir Y., Subramaniam R., Dangl J. L. 2004. Plant disease resistance protein signaling: NBS — LRR proteins and their partners. Curr. Opin. Plant Biol. 7 (4): 391 — 399.
Google Scholar
Black W., Mastenbroek C., Mills W. R., Peterson L. C. 1953. A proposal for an international nmomenclature of races of Phytophthora infestans and of genes controlling immunity in Solanum demissum derivatives. Euphytica 2 (3): 173 — 240.
Google Scholar
Bradeen J. M., Iorizzo M., Mollov D. S., Raasch J., Kramer L. C., Millett B. P., Austin-Phillips S., Jiang J., Carputo D. 2009. Higher copy numbers of the potato RB transgene correspond to enhanced transcript and late blight resistance levels. Mol. Plant Microbe Interact. 22 (4): 437 — 446.
Google Scholar
Cao Y., Ding X., Cai M., Zhao J., Lin Y., Li X., Xu C., Wang S. 2007. The expression pattern of a rice disease resistance gene Xa3/Xa26 is differentially regulated by the genetic backgrounds and developmental stages that influence its function. Genetics 177 (1): 523 — 533.
Google Scholar
Catanzariti A., Dodds P. N., Lawrence G. J., Ayliffe M. A., Ellis J. G. 2006. Haustorially expressed secreted proteins from flax rust are highly enriched for avirulence elicitors. Plant Cell 18 (1): 243 — 256.
Google Scholar
Chin D. B., Arroyo-Garcia R., Ochoa O. E., Kesseli R. V., Lavelle D. O., Michelmore R. W. 2001. Recombination and spontaneous mutation at the major cluster of resistance genes in lettuce (Lactuca sativa). Genetics 157 (2): 831 — 849.
Google Scholar
Collier S. M., Moffett P. 2009. NB-LRRs work a ‘‘bait and switch’’ on pathogens. Trends Plant Sci. 14 (10): 521 — 529.
Google Scholar
Dangl J. L., Jones J. D. G. 2001. Plant pathogens and integrated defence responses to infection. Nature 411: 826 — 833.
Google Scholar
Dodds P. N., Rathjen J. P. 2010. Plant immunity: towards an integrated view of plant-pathogen interactions. Nat. Rev. Genet. 11 (8): 539 — 548.
Google Scholar
Glazebrook J., Rogers E. E., Ausubel F. M. 1997. Use of Arabidopsis for genetic dissection of plant defense responses. Annu. Rev. Genet. 31: 547 — 69.
Google Scholar
Gómez-Gómez L., Boller T. 2002. Flagellin perception: a paradigm for innate immunity. Trends Plant Sci. 7 (6): 251 — 256.
Google Scholar
Gu K., Yang B., Tian D., Wu L., Wang D., Sreekala C., Yang F., Chu Z., Wang G., White F. F., Yin Z. 2005. R gene expression induced by a type-III effector triggers disease resistance in rice. Nature 435 (7045): 1122 — 1125.
Google Scholar
Halterman D. A., Wei F., Wise R. P. 2003. Powdery mildew-induced Mla mRNAs are alternatively spliced and contain multiple upstream open reading frames. Plant Physiol. 131(2): 558 — 567.
Google Scholar
Hein I., Gilroy E. M., Armstrong M. R., Birch P. R. J. 2009 a. The zig-zag-zig in oomycete — plant interactions. Mol. Plant Path. 10 (4): 547 — 562.
Google Scholar
Hein I., Birch P. R. J., Danan S., Lefebvre V., Achieng Odeny D., Gebhardt C., Trognitz F., Bryan G. J. 2009 b. Progress in mapping and cloning qualitative and quantitative resistance against Phytophthora infestans in potato and its wild relatives. Potato Research 52: 215 — 227.
Google Scholar
Heath M. C. 2000. Hypersensitive response-related death. Plant Mol. Biol. 44 (3): 321 — 334.
Google Scholar
Huang S., van der Vossen E. A. G., Kuang H., Vleeshouwers V. G. A. A., Zhang N., Borm T. J.A., van Eck H. J., Baker B., Jacobsen E., Visser R. G.F. 2005. Comparative genomics enabled the isolation of the R3a late blight resistance gene in potato. Plant J. 42 (2): 251 — 261.
Google Scholar
Jia Y., McAdams S. A., Bryan G. T.,. Hershey H. P., Valent B. 2000. Direct interaction of resistance gene and avirulence gene products confers rice blast resistance. EMBO J. 19 (15): 4004 — 4014.
Google Scholar
Jones J. D. 2001. Putting knowledge of plant disease resistance genes to work. Curr. Opin. Plant Biol. 4 (4): 281 — 287.
Google Scholar
Jones J. D., Dangl J. L. 2006. The plant immune system. Nature 444 (7117): 323 — 329.
Google Scholar
Kaku H., Nishizawa Y., Ishii-Minami N., Akimoto-Tomiyama C., Dohmae N., Takio K., Minami E., Shibuya N. 2006. Plant cells recognize chitin fragments for defense signaling through a plasma membrane receptor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 (29): 11086 — 11091.
Google Scholar
Kramer L. C., Choudoir M. J., Wielgus S. M., Bhaskar P. B., Jiang J. 2009. Correlation between transcript abundance of the RB gene and the level of the RB-mediated late blight resistance in potato. Mol. Plant Microbe Interact. 22 (4): 447 — 455.
Google Scholar
Levy M., Edelbaum O., Sela I. 2004. Tobacco Mosaic virus regulates the expression of its own resistance gene N1. Plant Physiol. 135 (4): 2392 — 2397.
Google Scholar
Li Y., Tessaro M. J., Li X., Zhang Y. 2010. Regulation of the expression of plant resistance gene SNC1 by a protein with a conserved BAT2 domain. Plant Physiol. 153 (3): 1425 — 1434.
Google Scholar
Lokossou A. A., Park T., van Arkel G., Arens M., Ruyter-Spira C., Morales J., Whisson S. C., Birch P. R. J., Visser R. G. F., Jacobsen E., van der Vossen E. A. G. 2009. Exploiting knowledge of R/Avr genes to rapidly clone a new LZ-NBS-LRR family of late blight resistance genes from potato linkage group IV. Mol. Plant Microbe Interact. 22 (6): 630 — 641.
Google Scholar
Malcolmson J. F., Black W. 1966. New R genes in Solanum demissum Lindl. and their complementary races of Phytophthora infestans (Mont.) De Bary. Euphytica 15: 199 — 203.
Google Scholar
Mackey D., Holt III B. F., Wiig A., Dangl J. L. 2002. RIN4 interacts with Pseudomonas syringae type III effector molecules and is required for RPM1-mediated resistance in Arabidopsis. Cell 108 (6): 743 — 754.
Google Scholar
Martin G. B., Bogdanove A. J., Sessa G. 2003. Understanding the functions of plant disease resistance proteins. Annu. Rev. Plant Biol. 54: 23 — 61.
Google Scholar
Millett B. P., Mollov D. S., Iorizzo M., Carputo D., Bradeen J. M. 2009. Changes in disease resistance phenotypes associated with plant physiological age are not caused by variation in R gene transcript abundance. Mol. Plant Microbe Interact. 22 (3): 362 — 368.
Google Scholar
Milligan S. B., Bodeau J., Yaghoobi J., Kaloshian I., Zabel P., Williamson V. M. 1998. The root knot nematode resistance gene Mi from tomato is a member of the leucine zipper, nucleotide binding, leucine-rich repeat family of plant genes. Plant Cell 10 (8): 1307 — 1319.
Google Scholar
Nurnberger T., Brunner F., Kemmerling B., Piater L. 2004. Innate immunity in plants and animals: striking similarities and obvious differences. Immunol. Rev. 198: 249 — 266.
Google Scholar
Radwan O., Mouzeyar S., Nicolas P., Bouzidi M. F. 2005. Induction of a sunflower CC-NBS-LRR resistance gene analogue during incompatible interaction with Plasmopara halstedii. J. Exp. Bot. 56 (412): 567 — 575.
Google Scholar
Römer P., Hahn S., Jordan T., Strauß T., Bonas U., Lahaye T. 2007. Plant pathogen recognition mediated by promoter activation of the pepper Bs3 resistance gene. Science 318 (5850): 645 — 648.
Google Scholar
Salmeron J. M., Oldroyd G. E. D., Rommens C. M. T., Scofield S. R., Kim H., Lavelle D. T., Dahlbeck D., Staskawicz B. J. 1996. Tomato Prf is a member of the leucine-rich repeat class of plant disease resistance genes and lies embedded within the Pto kinase gene cluster. Cell 86 (1): 123 — 133.
Google Scholar
Sanseverino W., Roma G., De Simone M., Faino L., Melito S., Stupka E., Frusciante L., Ercolano M. R. 2010. PRGdb: a bioinformatics platform for plant resistance gene analysis. Nucleic Acids Res. Database issue 38: 814 — 821.
Google Scholar
Shen K. A., Chin D. B., Arroyo-Garcia R., Ochoa O. E., Lavelle D. O., Wroblewski T., Meyers B. C., Michelmore R. W. 2002. Dm3 is one member of a large constitutively expressed family of nucleotide binding site-leucine-rich repeat encoding genes. Mol. Plant Microbe Interact. 15 (3): 251 — 261.
Google Scholar
Song J., Bradeen J. M., Naess S. K., Raasch J. A., Wielgus S. M., Haberlach G. T., Liu J., Kuang H., Austin-Phillips S., Buell C. R., Helgeson J. P., Jiang J. 2003. Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100(16): 9128 — 9133.
Google Scholar
Śliwka J. 2004. Genetic factors encoding resistance to late blight caused by Phytophthora infestans (Mont.) de Bary on the potato genetic map. Cell. Mol. Biol. Lett. 9 (4B): 855 — 867.
Google Scholar
Tan X., Meyers B. C., Kozik A., West M. A., Morgante M., St Clair D. A., Bent A. F., Michelmore R. W. 2007. Global expression analysis of nucleotide binding site-leucine rich repeat-encoding and related genes in Arabidopsis. BMC Plant Biol. 7: 56.
Google Scholar
Tian D., Traw M. B., Chen J. Q., Kreitman M., Bergelson J. 2003. Fitness costs of R-gene-mediated resistance in Arabidopsis thaliana. Nature 423 (6935): 74 — 77.
Google Scholar
Thurau T., Kifle S., Jung C., Cai D. 2003. The promoter of the nematode resistance gene Hs1pro-1 activates a nematode-responsive and feeding site-specific gene expression in sugar beet (Beta vulgaris L.) and Arabidopsis thaliana. Plant Mol. Biol. 52(3): 643 — 660.
Google Scholar
Tör M. 2008. Tapping into molecular conversation between oomycete plant pathogens and their hosts. Eur. J. Plant Pathol. 122: 57 — 69.
Google Scholar
van der Hoorn R. A. L., Kamoun S. 2008. From guard to decoy: A new model for perception of plant pathogen effectors. Plant Cell 20 (8): 2009 — 2017.
Google Scholar
van Ooijen G., van den Burg H. A., Cornelissen B. J. C., Takken F. L. W. 2007. Structure and function of resistance proteins in Solanaceous plants. Annu. Rev. Phytopathol. 45: 43 — 72.
Google Scholar
van der Vossen E., Sikkema A., te Lintel Hekkert B., Gros J., Stevens P., Muskens M., Wouters D., Pereira A., Stiekema W., Allefs S. 2003. An ancient R gene from the wild potato species Solanum bulbocastanum confers broad-spectrum resistance to Phytophthora infestans in cultivated potato and tomato. Plant J. 36 (6): 867 — 882.
Google Scholar
Wang Z., Yano M., Yamanouchi U., Iwamoto M., Monna L., Hayasaka H., Katayose Y., Sasaki T. 1999. The Pib gene for rice blast resistance belongs to the nucleotide binding and leucine-rich repeat class of plant disease resistance genes. Plant J. 19(1): 55 — 64.
Google Scholar
Wang Z., Yamanouchi U., Y. Katayose, Sasaki T., Yano M. 2001. Expression of the Pib rice-blast-resistance gene family is up-regulated by environmental conditions favouring infection and by chemical signals that trigger secondary plant defences. Plant Mol. Biol. 47 (5): 653 — 661.
Google Scholar
Yoshimura S., Yamanouchi U., Uichikatayose Y., Toki S., Wang Z., Kono I., Kurata N., Yano M., Iwata N., Sasaki T. 1998. Expression of Xa1, a bacterial blight-resistance gene in rice, is induced by bacterial inoculation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (4): 1663 — 1668.
Google Scholar
Autorzy
Mariusz ŚwiątekPracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Oddział w Młochowie Poland
Autorzy
Jadwiga Śliwkaj.sliwka@ihar.edu.pl
Pracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Oddział w Młochowie Poland
Statystyki
Abstract views: 64PDF downloads: 67
Licencja
Prawa autorskie (c) 2011 Mariusz Świątek, Jadwiga Śliwka
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-sa/4.0/88x31.png)
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Z chwilą przekazania artykułu, Autorzy udzielają Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:
- Wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową.
- Wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu.
- Publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym.
- Włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego.
- Wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci.
- Rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w internecie lub innej sieci, w pracy zbiorowej jak również samodzielnie.
- Udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności za pośrednictwem Internetu.
Autorzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:
- Wyrażają zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
- Wyrażają zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
- Zobowiązują się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE (ang. Committee on Publication Ethics), (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
- Wyrażają zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
- Wyrażają zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.
Inne teksty tego samego autora
- Iga Tomczyńska, Jadwiga Śliwka, Piramidyzacja genów odporności w roślinach uprawnych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 262 (2011): Wydanie regularne
- Emil Stefańczyk, Jadwiga Śliwka, Wpływ fotoperiodu na biologię ziemniaka , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 267 (2013): Wydanie regularne
- Marta Brylińska, Jadwiga Śliwka, Efektory — kluczowe białka w interakcji ziemniak — Phytophthora infestans , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 271 (2014): Wydanie regularne
Podobne artykuły
- Henryk Bujak, Gwidon Tratwal, Ocena stabilności plonowania odmian pszenicy ozimej na podstawie doświadczeń porejestrowych w Polsce , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 260/261 (2011): Wydanie regularne
- Maria Rakowska, Wspomnienie - Dr inż. Wiesława Szkiłłądź-Porowska , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 251 (2009): Wydanie regularne
- Wiesław Mądry, Marzena Iwańska, Ilościowe miary szerokiej adaptacji odmian i ich zastosowanie w doświadczeniach wstępnych z pszenicą ozimą , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 260/261 (2011): Wydanie regularne
- Anna Płaza, Wpływ następczy międzyplonów i słomy na produkcyjno-ekonomiczne efekty uprawy pszenżyta ozimego , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 247 (2008): Wydanie regularne
- Tomasz Góral, Piotr Ochodzki, Linda Kærgaard Nielsen , Dorota Walentyn-Góral, Gatunki z rodzaju Fusarium oraz toksyny fuzaryjne w ziarnie pszenicy ozimej i jarej w Polsce , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 296 (2021): Wydanie regularne
- Jakub Walczewski, Prosta metoda selekcji materiałów hodowlanych pszenicy i pszenżyta z wykorzystaniem nieoczyszczonego filtratu zawierającego efektor Tox3 , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 290 (2020): Wydanie specjalne
- Grażyna Podolska, Reakcja odmian pszenicy ozimej na nawożenie azotem w doświadczeniach wazonowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 253 (2009): Wydanie regularne
- mgr Wojciech Szczechura , Marzena Nowakowska, Urszula Kłosińska, Katarzyna Nowak, Krzysztof Rutkowski, Badania cytologicznych i biochemicznych mechanizmów odporności roślin w patosystemach pomidor — Phytophthora infestans oraz ogórek — Pseudoperonospora cubensis , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Piotr Barbaś, Barbara Sawicka, Zawartość witaminy C w bulwach ziemniaka w zależności od sposobu pielęgnacji , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 278 (2015): Wydanie regularne
- Halina Góral, Męska płodność pszenżyta ozimego w zależności od rodzaju cytoplazmy i formy ojcowskiej , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 269 (2013): Wydanie regularne
<< < 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 > >>
Możesz również Rozpocznij zaawansowane wyszukiwanie podobieństw dla tego artykułu.