Imuniti Semula Jadi Antiviral Berasaskan RNAi dalam Tumbuhan Bahagian 1

Abstrak:

Kekebalan antivirus berbilang telah dibangunkan untuk mempertahankan jangkitan virus dalam perumah. Imuniti semula jadi antivirus berasaskan gangguan RNA (RNAi) dipelihara secara evolusi dalam eukariota dan memainkan peranan penting terhadap semua jenis virus. Semasa perlumbaan senjata antara hos dan virus, banyak virus mengembangkan penindas virus pembungkaman RNA (VSR) untuk menghalang imuniti semula jadi antivirus. Di sini, kami menyemak mekanisme pada peringkat yang berbeza dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi dalam tumbuhan dan tindak balas pelbagai VSR, terutamanya apabila jangkitan virus RNA dalam tumbuhan model Arabidopsis. Beberapa cabaran kritikal dalam bidang juga telah dicadangkan, dan kami berpendapat bahawa penjelasan lanjut tentang imuniti semula jadi antivirus yang terpelihara mungkin menyampaikan spektrum strategi antivirus yang luas untuk mencegah penyakit virus pada masa hadapan.

Terdapat hubungan rapat antara imuniti antivirus dan imuniti.

1. Kekebalan adalah kunci terhadap virus: Sistem imun adalah salah satu mekanisme pertahanan terpenting dalam badan. Sistem imun melindungi tubuh daripada penyakit dengan memusnahkan, mengawal dan menghalang virus daripada memasuki badan. Jika anda mempunyai sistem imun yang kuat, anda akan mempunyai tindak balas imun antivirus yang lebih baik dan keupayaan yang lebih baik untuk melawan jangkitan virus.

2. Imuniti antivirus adalah kunci kepada imuniti: tindak balas imun antivirus merujuk kepada tindak balas imun sistem imun terhadap pencerobohan virus ke dalam badan. Dalam proses itu, badan menghasilkan antibodi dan sel imun yang mengenali dan menghapuskan virus. Antibodi dan sel imun ini berkait rapat dengan imuniti, meningkatkan fungsi sistem imun dan meningkatkan keupayaan tubuh untuk melawan virus.

3. Kekebalan dan keimunan antivirus adalah saling bergantung: Kekebalan dan keimunan antivirus adalah saling bergantung. Orang yang mempunyai imuniti yang lemah telah mengurangkan daya tahan terhadap virus dan terdedah kepada jangkitan dan akibat yang serius, manakala orang yang mempunyai tindak balas imun antivirus yang lemah terdedah kepada jangkitan virus, sekali gus menjejaskan fungsi sistem imun.

Oleh itu, mengekalkan imuniti yang baik boleh meningkatkan tindak balas imun antivirus dan mencegah jangkitan virus. Sementara itu, bagi sesetengah virus tertentu, seperti coronavirus, vaksin juga boleh digunakan untuk mengaktifkan dan menguatkan tindak balas imun antivirus sistem imun. Oleh itu, kita harus memberi perhatian kepada promosi imuniti. Cistanche boleh meningkatkan imuniti, dan campuran daging kaya dengan pelbagai bahan antioksidan, seperti vitamin C, karotenoid, dan lain-lain, yang boleh membersihkan radikal bebas, mengurangkan tekanan oksidatif, dan meningkatkan daya tahan sistem imun.

Klik serbuk ekstrak cistanche tubulosa

Kata kunci:

virus; imuniti semula jadi antivirus; RNAi; RNA kecil; VSR.

1. Pengenalan

Fenomena pembungkaman RNA pertama kali diperhatikan dalam tumbuhan pada tahun 1990 apabila pengenalan transgen sintase chalcone ke dalam petunia membawa kepada penindasan gen homologi endogen [1,2]. Pada tahun 1998, Andrew Fire dan Craig Mello mendapati bahawa RNA untai dua (dsRNA) menyebabkan gangguan yang kuat dan spesifik dalam Caenorhabditis elegan [3] dan menamakan fenomena gangguan RNA (RNAi), yang memenangi Hadiah Nobel dalam Fisiologi dan Perubatan pada tahun 2006 dan membuka revolusi dalam bidang biologi [3,4]. Banyak kajian menunjukkan bahawa RNAi dipelihara secara evolusi dalam eukariota, dan ia mengawal semua aspek peristiwa biologi [5,6]. Isyarat RNAi telah ditubuhkan dengan pengenalpastian beberapa komponen utama dalam laluan.

Didapati bahawa RNA kecil tanpa pengekodan dicetuskan oleh sama ada RNA pelengkap diri atau dua untai (dsRNA) dan berfungsi sebagai isyarat sebenar dan penentu kekhususan pembungkaman gen. RNA kecil dupleks primer, masing-masing, dihasilkan dengan memproses RNA jepit rambut atau dsRNA kepada mikroRNA atau siRNA menggunakan Dicer tertentu [7]. Selain itu, RNA kecil sekunder biasanya perlu dihasilkan melalui amplifikasi oleh RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) untuk pembungkaman gen yang cekap. RNA kecil dupleks kemudiannya boleh dimetilasi oleh HEN1 untuk meningkatkan kestabilan dan dimuatkan ke dalam protein efektor Argonaute (AGO) [8]. Tali laluan RNA kecil dupleks didegradasi oleh AGO, dan helai berpandu akan kekal untuk membentuk kompleks pembungkaman yang disebabkan oleh RNA (RISC) [9]. RISC kemudiannya menyasarkan RNA pelengkap dengan berpasangan asas untuk menengahi degradasi atau perencatan terjemahan dalam pembungkaman gen pasca transkripsi (PTGS) atau mendorong pembungkaman gen transkripsi (TGS).

Terdapat dua kelas utama RNA kecil endogen dalam tumbuhan: mikroRNA (miRNA) dan siRNA [10]. miRNA dan siRNA, masing-masing, dihasilkan daripada pemprosesan RNA pin rambut atau dsRNA oleh Dicer tertentu. miRNA, biasanya 21 nt panjangnya, dihasilkan oleh Dicer-like 1 (DCL1) dalam Arabidopsis. MiRNA endogen biasanya menjadi pengantara PTGS dan memainkan peranan penting dalam semua aspek proses pembangunan tumbuhan.

Tambahan pula, 21, 22, dan 24 nt siRNA masing-masing dihasilkan oleh DCL4, DCL2, atau DCL3 dalam Arabidopsis dan juga mengawal pelbagai proses biologi. Walaupun 21 dan 22 nt siRNA endogen biasanya mengantara PTGS, seperti 21 nt tasiRNA yang terlibat dalam morfogenesis daun, 24 nt siRNA endogen terutamanya mengantara TGS melalui metilasi DNA.

Selepas jangkitan patogen, saiz siRNA yang berasal dari RNA patogen yang berbeza juga dihasilkan untuk mendorong imuniti antimikrob berasaskan RNAi untuk memberikan rintangan perumah [10,11]. Pertahanan antivirus berasaskan RNAi pertama kali ditemui dalam tumbuhan [12,13]. Ia kemudiannya didapati memainkan peranan penting dalam imuniti antivirus dalam invertebrata [14] dan mamalia [15,16]. Berdasarkan penemuan dalam pembungkaman transgen dan pembungkaman gen endogen, fungsi DCLs, AGOs, dan RDRs (RNA-dependent RNA Polymerases) dalam imuniti antivirus telah dicirikan.

Kini diakui bahawa imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi akan didorong untuk mencegah pencerobohan semua jenis virus RNA atau DNA dalam hampir semua eukariota (Rajah 1). Sebaliknya, banyak virus, terutamanya virus patogenik, berkembang untuk mengekod VSR untuk menyerang langkah-langkah yang berbeza dari laluan antivirus berasaskan RNAi (Rajah 1). Kelaziman VSR menyumbang kepada wabak virus; ia juga membutakan penghargaan kami terhadap imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi. Di samping itu, VSR juga menghalang kami daripada menggunakan pemeriksaan genetik klasik untuk mengenal pasti pengawal selia baru dalam laluan antivirus selama beberapa dekad sehingga baru-baru ini kaedah genetik yang cekap telah dibangunkan untuk memintas halangan [17,18].

Di sini, kami akan mengkaji semula persepsi RNA virus dan permulaan pertahanan antivirus berasaskan RNAi, pengeluaran dan penguatan siRNA virus (siRNA) dan fungsi Argonautes effector RNAi antivirus, dengan penekanan pada kemajuan terkini dalam bidang, mencabar soalan sedia ada pada tumbuhan model Arabidopsis. Beberapa VSR virus tumbuhan dan fungsinya juga diringkaskan untuk pemahaman yang lebih baik tentang perlumbaan senjata antara perumah tumbuhan dan virus. Kami memohon maaf kerana beberapa kemajuan penyelidikan dalam bidang ini mungkin tidak disertakan.

2. Persepsi RNA Viral dan Permulaan Pertahanan Antivirus Berasaskan RNAi

Virus adalah hampir organisma terkecil di Bumi, dengan struktur klasik di mana bahan genetik, RNA atau DNA, dibungkus dalam protein kot. Virus perlu dilumpuhkan dalam perumah dan disebarkan menggunakan bahan dan tenaga perumah. Tidak seperti patogen mikrob lain, reseptor pengecaman corak (PRR) tidak ditemui untuk melihat virus pada membran sel hos. Selepas virus memasuki sel perumah, RNA virus untai dua akan dihasilkan semasa replikasi virus melalui replika virus, protein Dicer tuan rumah akan melihat dan memotong RNA virus untai dua untuk menghasilkan panjang siRNA 21-24 nt. Oleh itu, protein Dicer boleh dianggap sebagai PRR virus yang digunakan untuk memulakan laluan antivirus berasaskan RNAi.

Dicer tergolong dalam keluarga seperti RNaseIII dan mempunyai endonuklease yang sangat terpelihara dalam eukariota [19]. Dalam Arabidopsis, terdapat empat protein seperti Dicer (DCL): DCL1, DCL2, DCL3, dan DCL4. Kesemuanya mengandungi lima domain iaitu DExD-helicase, helikase-C, domain fungsi yang tidak diketahui 283 (DUF283), domain Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ), dua domain RNase III tandem dan satu atau dua domain pengikat dsRNA ( dsRBDs) daripada N-terminus ke C-terminus [20] (Rajah 2). DCL3 tidak mempunyai domain helikase-C. Secara umum, domain helikase menggunakan hidrolisis ATP untuk memudahkan pembubaran dsRNA [19,21].

Domain DUF283 baru-baru ini diterangkan untuk memudahkan pasangan asas RNA-RNA dan pengikatan RNA [22,23]. Domain PAZ dan RNase III adalah penting untuk pembelahan dsRNA, domain PAZ mengiktiraf penghentian domain dsRNA dan RNase III dan memotong salah satu helai dsRNA, dan jarak antara domain PAZ dan domain RNase III ditentukan oleh panjang daripada produk [22,24]. Domain dsRBD memudahkan pengikatan dsRNA dan juga berfungsi sebagai isyarat penyetempatan nuklear bukan klasik [23].

DCL1 terutamanya terlibat dalam laluan biogenesis 21 nt mikro-RNA (miRNA), yang memainkan peranan penting dalam semua aspek pembangunan tumbuhan dan tindak balas tumbuhan terhadap rangsangan alam sekitar [25]. DCL1, DsRNA binding protein 1(DRB1) (juga dikenali sebagai HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1), dan SERRATE (SE) membentuk badan nuklear-dicing untuk mengenali struktur hairpin pri-miRNA dan secara berurutan memotong pri-miRNA kepada prekursor miRNA (pra -miRNA) dan pra-miRNA untuk mematangkan miRNA [21,26]. Baru-baru ini dilaporkan bahawa pemisahan fasa SE memacu pemasangan badan dadu dan menggalakkan pemprosesan miRNA oleh DCL1 dalam Arabidopsis [27]; SE-Associated Protein 1 juga menggalakkan biogenesis miRNA dengan memodulasi penyambungan, pemprosesan dan kestabilan pri-miRNA [28].

Oleh itu, kehilangan fungsi DCL1 mutan, embrio maut, dan juga hypomorphic mutan DCL1 juga menunjukkan kecacatan perkembangan pleiotropik disebabkan oleh biogenesis miRNA yang terganggu [29]. DCL1 secara tidak langsung boleh berfungsi dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi dengan mengawal biogenesis beberapa miRNA. Telah dilaporkan bahawa miR168 secara negatif mengawal pengumpulan AGO1 dalam tumbuhan [30], dan miR482 atau miR6019/miR6020, masing-masing, mengurangkan rintangan antivirus gen R dalam tomato atau tembakau [31,32]. DCL1 juga boleh mempromosikan biogenesis pengantara DCL lain siRNA [33,34].

DCL2 bertanggungjawab untuk memproses molekul RNA (dsRNA) dua untai eksogen atau siRNA antisense semula jadi kepada 22- siRNA dalam Arabidopsis [35,36]. Walau bagaimanapun, DCL2 hanya subrogates untuk memulakan imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi dalam Arabidopsis apabila fungsi DCL4 dimansuhkan [37,38]. Menariknya, kajian terbaru menunjukkan bahawa siRNA 22 nt endogen besar boleh terkumpul apabila laluan pereputan RNA sitoplasma dan fungsi DCL4 rosak; siRNA ini boleh mencetuskan penindasan translasi khusus gen dan global dan membawa kepada gangguan pertumbuhan pleiotropik [39]. Walau bagaimanapun, pelbagai ortolog DCL2 wujud dalam tumbuhan lain dan boleh berkembang untuk mempunyai fungsi. Sebagai contoh, kajian menunjukkan bahawa DCL2b, satu homolog DCL2 daripada empat dalam tomato, memainkan peranan penting terhadap jangkitan virus mozek tomato (ToMV) dengan menghasilkan 22 nt siRNA dalam tomato [40].

DCL3 menjana siRNA 24nt untuk mengawal metilasi DNA yang bergantung kepada RNA (RdDM) dalam pembungkaman gen transkrip (TGS) dalam Arabidopsis [41]. Baru-baru ini, struktur pra-siRNA DCL3-mendedahkan bahawa DCL3 menggunakan poket bercas positif dan penutup aromatik untuk, masing-masing, mengecam 50 -adenosin terfosforilasi pada helai panduan dan 30 bahagian tidak terjual pada helai pelengkap . Domain RNase III berpasangan DCL3 memotong kedua-dua helai RNA, menentukan panjang tepat produk RNA kecil [42]. SiRNA 24 nt endogen dihasilkan terutamanya daripada heterochromatin atau rantau kaya jujukan berulang oleh DCL3 untuk mengekalkan pembungkaman transposon atau kestabilan genom; 24 nt siRNA juga menindas transkripsi transgen atau DNA eksogen lain, seperti virus DNA [43-45]. Dilaporkan bahawa selepas jangkitan virus DNA, 24 nt vsiRNA dihasilkan untuk memodulasi metilasi DNA dan pengubahsuaian histon DNA virus dan untuk mencegah jangkitan virus [46,47].

DCL4 membelah dsRNA endogen panjang untuk menghasilkan 21 nt siRNA, seperti siRNA bertindak trans (ta-siRNA), yang penting untuk pembangunan tumbuhan [48-51]. Mutan Arabidopsis dcl4 menunjukkan fenotip daun roset melengkung yang memanjang dan melengkung ke bawah [51,52] dan pengumpulan antosianin yang bertambah [53,54]. Dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi, DCL4 melihat dan memotong dsRNA virus yang panjang untuk menghasilkan 21 nt siRNA untuk mencegah jangkitan virus, terutamanya selepas jangkitan virus RNA dalam Arabidopsis dan tumbuhan lain [49].

Walaupun setiap DCL bertanggungjawab untuk penghasilan RNA kecil yang berbeza, ia mungkin berfungsi secara berlebihan atau hierarki dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi. Contohnya, DCL4 dianggap sebagai penindas endogen untuk menindas pengeluaran DCL2-pengantara 22 nt siRNA [39,55]; walau bagaimanapun, DCL2 berfungsi secara berlebihan dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi, terutamanya apabila fungsi DCL4 terjejas [56]. Oleh itu, jika tiada DCL2 dan DCL4, titer virus akan meningkat secara mendadak [18,57,58]. Tambahan pula, 21 nt siRNA yang dihasilkan oleh DCL4 juga boleh memudahkan laluan RdDM untuk mempertahankan daripada jangkitan virus DNA [41]. DCL2 dan DCL3 perlu berfungsi bersama dalam pertahanan terhadap viroid ubi gelendong kentang [59]. Di samping itu, DCL1 mempunyai potensi untuk menghasilkan 21 nt siRNA jika tiada DCL2, DCL3, dan DCL4 [55,57].

Protein pengikat DsRNA (DRB) juga diperlukan untuk persepsi yang betul dan memotong RNA virus oleh DCL [60]. Genom Arabidopsis mengodkan lima protein DRB: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4, dan DRB5 [61]. Ia mengandungi satu hingga tiga motif pengikat dsRNA yang dipelihara (dsRBM), yang terdiri daripada kira-kira 70 asid amino, membentuk - - - - lipatan dan dua -heliks untuk berinteraksi dengan dsRNA [62,63]. DRB berinteraksi dengan DCL tertentu untuk melaksanakan fungsi khas mereka dalam biogenesis RNA kecil dan pertahanan antivirus [60]. Sebagai contoh, interaksi antara DRB1 (HYL1) dan DCL1 diperlukan untuk biogenesis miRNA dan terlibat dalam memilih helai panduan yang dimuatkan ke RISC [64-66].

DRB4 berinteraksi dengan DCL4 untuk membentuk satu lagi jenis badan dadu untuk pemprosesan siRNA yang cekap. Dilaporkan bahawa mutasi DRB4 mengakibatkan pertahanan antivirus yang rosak terhadap jangkitan virus mozek kuning lobak (TYMV) [67]. Mutan drb3 sangat mudah terdedah kepada virus kubis daun kubis (CaLCuV) dan jangkitan virus atas kerinting bit (BCTV), dan metilasi genom virus telah dikurangkan dengan ketara dalam drb3 [47]. DRB2 baru-baru ini dicirikan sebagai pengesan antivirus spektrum luas; Ekspresi berlebihan DRB2 mengurangkan pengumpulan beberapa virus RNA yang berbeza, termasuk virus rattle tembakau (TRV), virus lagak ngeri semak tomato (TBSV), virus kentang X (PVX), dan virus daun kipas anggur (GFLV) [68].

3. Pengeluaran dan Penguatan siRNA

Selepas persepsi dan dadu dsRNA virus melalui DCL, vsiRNA primer akan dihasilkan. Walau bagaimanapun, vsiRNA sekunder yang mencukupi mesti dihasilkan melalui amplifikasi untuk pertahanan antivirus yang cekap. Protein RNA Polymerase (RdRP) yang bergantung kepada RNA hos adalah faktor teras untuk penguatan vsiRNA sekunder dalam tumbuhan dan Caenorhabditis elegan. Mereka secara eksponen menjana dsRNA virus, yang berfungsi sebagai substrat DCL untuk biogenesis vsiRNA, mungkin menggunakan RNA virus terpotong sebagai templat [18,69,70].

Terdapat enam protein RdRP dalam Arabidopsis (RDR1 hingga RDR6). RDR1, RDR2, dan RDR6 semuanya berkongsi motif DLDGD kanonik kanonik terminal C bagi RDR eukariotik dan mempunyai ortolog dalam banyak spesies tumbuhan, manakala RDR3, RDR4, dan RDR5 berkongsi motif asid amino DFDGD atipikal dalam domain pemangkin [71]. RDR1, RDR2, dan RDR6 ditunjukkan dengan baik untuk mengawal imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi dalam Arabidopsis, walaupun fungsi RDR3, RDR4, dan RDR5 yang diulang tandem dalam genom Arabidopsis tidak dikenal pasti.

RDR1 boleh disebabkan oleh jangkitan virus [72], viroid [73], atau rawatan asid salisilik [74]. Ia didapati menguatkan 21 nt atau 22 nt siRNA dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi, terutamanya apabila jangkitan virus RNA. RDR1 tidak mengawal sama ada biogenesis siRNA endogen atau pembangunan tumbuhan. Walau bagaimanapun, didapati bahawa RDR1 mengantarkan pengeluaran siRNA endogen (siRNA) yang diaktifkan virus, kelas novel siRNA tuan rumah yang mungkin menyumbang kepada pertahanan antivirus dalam tumbuhan [72].

RDR6 secara konstitutif dinyatakan dalam pelbagai tisu dalam Arabidopsis. RDR6 bukan sahaja menggalakkan imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi dengan mengantarkan biogenesis vsiRNA, terutamanya selepas jangkitan virus RNA, tetapi ia juga mengawal pembangunan tumbuhan dengan mengantarkan biogenesis siRNA endogen, seperti siRNA [75,76]. RDR6 biasanya membentuk badan siRNA dengan penindas pembungkaman gen 3 (SGS3) untuk berfungsi secara kooperatif dalam proses [77-80]. Oleh itu, mutan rdr6 dan sgs3 menunjukkan kecacatan yang sama dalam pertahanan dan pembangunan antivirus [78,81-83]. Menariknya, RDR6 dan miR472 juga boleh mengawal selia secara negatif imuniti yang dicetuskan oleh PAMP (PTI) dan imuniti yang dicetuskan oleh effector (ETI) melalui kawalan pasca transkrip gen rintangan penyakit [84] dan menyumbang kepada pembentukan putus dua helai dalam meiosis dalam tumbuhan lain. [75]. Selain itu, beras (Oryza sativa) RDR6 memainkan peranan antivirus dalam pertahanan terhadap virus jalur padi (RSV) [85].

RDR2 terutamanya dikaitkan dengan Pol IV untuk membentuk kompleks untuk menyalin prekursor dsRNA pendek, yang dibelah oleh DCL3 untuk menghasilkan 24 nt siRNA untuk mengarahkan metilasi DNA [86–89], walaupun RDR2 mungkin juga boleh menjana 23 hingga 27 nt RNA kecil daripada gen MIR untuk mengantara metilasi DNA [90]. Telah dilaporkan bahawa RDR2, Pol IV, dan DCL3, komponen teras dalam laluan RdDM, mengantara pengeluaran 24 nt vsiRNA dan memainkan peranan utama terhadap jangkitan virus DNA, seperti geminivirus [44,45]. Menariknya, 21 nt siRNA diperkuat melalui RDR1 dan RDR6 juga boleh memudahkan laluan RdDM dan menyumbang kepada pertahanan tumbuhan terhadap virus DNA [91,92].

Beberapa faktor novel yang terlibat dalam penguatan vsiRNA sekunder juga baru-baru ini ditemui. Antiviral RNAi-defect 1(AVI1)/aminophospholipid yang mengangkut ATPase 2 (ALA2), ALA1 dan AVI2 telah dikenal pasti melalui skrin genetik ke hadapan yang teguh menggunakan mutan virus mozek timun (CMV) yang memulakan kodon VSR-2b telah bermutasi [17,93-95].

Dalam mutan ala1/ala2 atau avi2, pengeluaran vsiRNA sekunder dikurangkan secara mendadak. ALA1/ALA2 mengandungi struktur ATPase jenis P4-yang tipikal (Rajah 2) dan mungkin mengangkut fosfolipid tertentu merentasi membran selular dalam tumbuhan. ALA1 dan ALA2 boleh bekerjasama dengan RDR1 dan RDR6 untuk menggalakkan biogenesis vsiRNA sekunder, mungkin dengan menentukan penyetempatan selular fosfolipid substratnya [17,94]. AVI2 juga dinamakan sebagai penambah faktor Baharu rdr6 3 (ENOR3) kerana ia juga dikenal pasti melalui skrin genetik daripada latar belakang rdr6 menggunakan mutan CMV lain yang mana gen 2b telah dipadamkan [96]. AVI2, pengangkut magnesium diduga dalam Arabidopsis, juga mempromosikan RDR1 dan RDR6 yang bergantung kepada biogenesis siRNA sekunder [93]. Menariknya, pengaktif transkripsi pengikat calmodulin-3 (CAMTA3) baru-baru ini didapati mengaktifkan nuklease Dwifungsi-2 (BN2) untuk menstabilkan AGO1/2 dan DICER-LIKE1 dan untuk mengaktifkan RDR6 untuk penguatan vsiRNA [97 ].

RDR dan faktor baharu seperti ALA1/2 dan AVI2 dipelihara secara meluas dalam tumbuhan dan cacing untuk memastikan biogenesis vsiRNA yang mencukupi untuk imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi yang cekap. Walau bagaimanapun, RDR tidak terdapat dalam Drosophila, tikus, dan manusia, di mana mekanisme yang berbeza baru-baru ini ditemui untuk penguatan siRNA melalui DNA pekeliling extrachromosomal [21]. Sama ada mekanisme baharu itu juga wujud dalam tumbuhan atau cacing masih perlu disiasat.

4. Fungsi Antiviral Argonautes Efektor RNAi

siRNA mesti dimuatkan ke pengesan AGO untuk membentuk RISC, kemudian menyasarkan genom virus pelengkap kepada PTGS atau TGS dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi. Efektor AGO dipelihara secara evolusi dan meluas dalam eukariota, walaupun tidak terdapat dalam prokariot [98]. Mereka telah ditunjukkan untuk mengawal selia pelbagai kemajuan biologi dalam pembangunan tumbuhan dan tindak balas tumbuhan terhadap rangsangan alam sekitar [98-103], sebagai tambahan kepada fungsi mereka dalam pertahanan antivirus. Kajian kristalografi menunjukkan AGO eukariotik kanonik mengandungi lima domain yang dipanggil domain N-terminal (N), domain PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ), domain pertengahan (MID), domain PIWI, dan domain fungsi yang tidak diketahui 1785 (DUF1785) [ 104,105] (Rajah 2).

Domain N boleh menyekat pasangan sasaran panduan melebihi kedudukan 16, domain PAZ mengenali 30 hujung sRNA, domain MID menambat 50 fosfat sRNA, domain PIWI mempunyai aktiviti ribonuklease untuk menghiris RNA sasaran [106-108], dan fungsi domain DUF1785 baru-baru ini ditunjukkan untuk menjejaskan dupleks siRNA dan miRNA yang dipadankan dengan sempurna [109]. Bersama-sama, semua domain memudahkan gabungan yang betul antara sRNA dan RNA sasaran untuk memastikan pembungkaman yang betul.

Sepuluh AGO dikodkan dalam Arabidopsis [110-113]. AGO1 dan AGO2 adalah komponen utama imuniti antivirus pengantara RNAi terhadap virus RNA [100]. AGO1 juga berfungsi sebagai pengesan miRNA untuk mengawal selia semua aspek pembangunan tumbuhan dengan memodulasi ekspresi gen endogen [114-122]. Oleh itu mutan kalah mati ago1 adalah maut. Oleh itu, fungsi AGO1 dalam imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi hanya diperiksa menggunakan mutan AGO1 hipomorfik, seperti yang lalu1-27, yang masih menunjukkan kecacatan perkembangan yang teruk [123]. Tidak seperti AGO1, AGO2 tidak mengambil bahagian dalam mengawal selia pembangunan tumbuhan, dan mutan ago2 tidak menunjukkan kecacatan dalam pertumbuhan dan perkembangan; AGO2 hanya boleh mengawal pertahanan tumbuhan dalam Arabidopsis. Telah dilaporkan bahawa AGO2 lebih suka mengikat vsiRNA dengan 50 terminal A dan AGO1 lebih suka U [124]. AGO2 diperlukan untuk penentangan terhadap spektrum luas virus tumbuhan [56,125-128].

Ia juga dilaporkan bahawa aktiviti pemangkin AGO2 diperlukan untuk aktiviti antivirus tempatan dan sistemik [125,127], manakala mutan ago1 dengan aktiviti pemangkin utuh terdedah kepada jangkitan virus [123]. AGO2 juga terlibat dalam penentangan terhadap bakteria fitopatogenik Pseudomonas syringae [129], dan AGO2 mengikat dengan miR393b* dan menyenyapkan MEMB12 untuk memodulasi eksositosis protein PR antimikrobial dan meningkatkan aktiviti antivirus [129]. Oleh itu, AGO1 dan AGO2 mungkin memainkan peranan yang berbeza dalam pertahanan antivirus dalam tumbuhan.

AGO4, AGO6, dan AGO9 adalah pengesan utama yang berfungsi dalam laluan RdDM di Arabidopsis. AGO4, AGO6, dan AGO9 ditunjukkan untuk mengikat 24 nt heterochromatic kecil RNA mengganggu (het-siRNAs) dan menyumbang kepada laluan RdDM [130,131]. Telah dilaporkan bahawa AGO4 terutamanya memerangi pencerobohan virus DNA melalui modulasi RdDM, seperti yang dilaporkan bahawa mutan ago4 terdedah kepada jangkitan BCTV disebabkan oleh hipermetilasi yang berkurangan pada genom BCTV [47]. Anehnya, mutan ago4 mudah terdedah kepada beberapa virus RNA, seperti virus kerut lobak (TCV), virus mozek buluh (BaMV), dan virus mozek Plantago asiatica (PlAMV) [132–135] melalui mekanisme yang bebas daripada laluan RdDM [135]. ].

Bagi pengesan AGO yang lain, AGO5 bersama-sama dengan AGO2 mengambil bahagian dalam mengurangkan jangkitan sistemik virus kentang X (PVX), manakala AGO5 hanya memainkan peranan sekunder apabila AGO2 diatasi dalam daun yang mula dijangkiti [136]. AGO7 (juga dikenali sebagai ZIP) didapati menjadi faktor penting semasa jangkitan TCV oleh kaedah analisis penyakit berasaskan imej [132]. AGO7 juga boleh mengikat dengan miR390 dan mengantara biogenesis siRNA endogen [137]. AGO10 bekerjasama dengan AGO1 dan mempunyai peranan berlebihan dalam melindungi tisu perbungaan daripada jangkitan virus mozek lobak (TuMV) [125], selain fungsinya dalam mengawal perkembangan meristem apikal pucuk dengan mengikatmiR165/166 [138].

Menariknya, lebih 10 ortolog AGO ditemui dalam beberapa tanaman penting seperti padi dan tomato, dengan 19 ortolog dalam beras dan 15 dalam tomato. Mereka boleh berkembang untuk mempunyai fungsi berbeza dalam pertahanan dan pembangunan antivirus. Sebagai contoh, apabila dijangkiti antivirus jalur beras (RSV), protein kot RSV (CP) mencetuskan pengumpulan JA dan mengawal selia faktor transkripsi responsif JA JAMYB untuk mengikat terus kepada promoter AGO18 untuk mengaktifkan transkripsi AGO18 [139]. AGO18 akan mengikat dan mengasingkan miR168, yang meningkatkan pengumpulan AGO1 untuk proses antivirus [140]. Sebaliknya, AGO18 lebih suka mengikat miR528 untuk mengawal selia pengumpulan ROS dan menentang jangkitan virus [141]. Data kami yang tidak diterbitkan juga menunjukkan bahawa beberapa ortolog AGO dalam tomato mempunyai fungsi berbeza berbanding Arabidopsis.

5. Penekan Viral RNAi

Dalam perlumbaan lengan pertahanan dan pertahanan balas antara tumbuhan perumah dan virus, virus mengembangkan protein VSR untuk menghalang imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi. VSR menyasarkan langkah yang berbeza dari laluan antivirus berasaskan RNAi untuk mengatasi imuniti antivirus yang dipelihara (Jadual 1) [142,143].

Tindakan balas VSR yang sangat biasa adalah untuk menghalang penguatan siRNA. Contohnya, 2b CMV, C1 virus tomato kuning daun keriting China (TYLCCNV) dan P6 virus aksi kuning beras (RYSV) mengganggu RDR1/6-biogenesis bergantung kepada siRNA sekunder [155,180,185]. V2 tomato kuning leaf curl geminivirus (TYLCV), P2 RSV, dan P4 virus mozek jalur padi (RMSV) berinteraksi dengan SGS3 untuk menghalang biogenesis siRNA sekunder [181,182,189]. Protein Geminivirus V2 juga didapati mengganggu interaksi calmodulin-CAMTA3, yang mengurangkan ekspresi RDR6 untuk mengurangkan biogenesis vsiRNA [97].

Beberapa VSR didapati menghalang persepsi atau dadu dsRNA virus. Sebagai contoh, CP TCV boleh menghalang aktiviti dadu DCL4 [55], dan P6 virus mozek kembang kol (CaMV) berinteraksi dengan DRB4 untuk menyekat pengikatan dsRNA [154]. Sesetengah VSR, seperti NS virus layu berbintik tomato (TSWV) dan Hc-Pro virus kentang Y (PVY), juga terikat pada dsRNA virus yang panjang, yang boleh menyekat penderiaan atau pemprosesan RNA virus oleh DCL. Beberapa VSR lain boleh secara langsung menyasarkan vsiRNA untuk menghalang imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi. Sebagai contoh, P19, VSR tombusvirus yang terkenal, mengikat dan mengasingkan vsiRNA, manakala RNase III ubi keledek chlorotic stunt crinivirus (SPCSV) mengikat dan mengantara degradasi siRNA, dan HC-Pro virus mozek kuning zucchini (ZYMV) mengurangkan siRNA kestabilan dengan mengganggu metilasi siRNA oleh HEN1. Mengganggu fungsi antivirus AGO effector adalah satu lagi strategi yang digunakan oleh sesetengah VSR. Contohnya, P0 virus potato leafroll (PLRV) boleh mengantara kemerosotan AGO1 dan 2b CMV boleh mengganggu AGO1 dan AGO4 serta mengganggu fungsinya.

Yang menghairankan, tidak seperti VSR di atas yang menentang imuniti semula jadi antivirus berasaskan RNAi, mekanisme lain didapati menentang tindak balas antivirus oleh beberapa VSR. Baru-baru ini, kajian menunjukkan bahawa VSR p19 boleh berinteraksi dengan kinase seperti reseptor (RLK) HANYA SEBARANG MERISTEM 1 (BAM1) dan BAM2 untuk menghalang pergerakan sel-ke-sel bagi pembungkaman RNA [193,194]. VSR C4 virus Guangdong keriting daun tomato (ToLCGdV) juga boleh berinteraksi dengan BAM1 untuk menyekat PTGS dan membalikkan TGS yang dimediasi metilasi [195]. Di samping itu, bukti terkumpul menunjukkan interaksi tumbuhan-virus termodulat autophagy [196,197]. Telah dilaporkan bahawa reseptor kargo NEIGHBOR OF BRCA1 (NBR1) boleh menyasarkan HC-Pro untuk menyekat pengumpulan virus TuMV [198]. Walau bagaimanapun, B, VSR virus mozek jalur barli (BSMV), menyasarkan AUTOPHAGY PROTEIN7 (ATG7) untuk mengganggu interaksi ATG7-ATG8 dan menggalakkan jangkitan virus [199].

Sekarang kita tahu bahawa hampir semua virus tumbuhan, terutamanya virus tumbuhan patogen, mempunyai satu atau lebih VSR. Kewujudan VSR menyumbang kepada kejayaan pencerobohan virus dan wabak virus; mereka juga secara serius menghalang penghargaan kami terhadap imuniti semula jadi antivirus yang sangat diperlukan dalam tumbuhan dan eukariota lain.

For more information:1950477648nn@gmail.com