Op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit in planten Deel 1

Abstract:

Er werden meerdere antivirale immuniteiten ontwikkeld om zich te verdedigen tegen virale infectie bij gastheren. Op RNA-interferentie (RNAi) gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit is evolutionair geconserveerd in eukaryoten en speelt een vitale rol tegen alle soorten virussen. Tijdens de wapenwedloop tussen de gastheer en het virus ontwikkelen veel virussen virale onderdrukkers van RNA-uitschakeling (VSR's) om antivirale aangeboren immuniteit te remmen. Hier hebben we het mechanisme in verschillende stadia van op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit in planten en de tegenwerking van verschillende VSR's beoordeeld, voornamelijk na infectie van RNA-virussen in modelplant Arabidopsis. Er werden ook enkele kritieke uitdagingen in het veld voorgesteld, en we denken dat het verder ophelderen van geconserveerde antivirale aangeboren immuniteit een breed spectrum van antivirale strategieën kan opleveren om virale ziekten in de toekomst te voorkomen.

Er is een nauwe relatie tussen antivirale immuniteit en immuniteit.

1. Immuniteit is de sleutel tegen virussen: Het immuunsysteem is een van de belangrijkste verdedigingsmechanismen in het lichaam. Het immuunsysteem beschermt het lichaam tegen ziekten door virussen te vernietigen, te beheersen en te voorkomen dat ze het lichaam binnendringen. Als je een sterk immuunsysteem hebt, heb je een betere antivirale immuunrespons en een beter vermogen om virale infecties te bestrijden.

2. Antivirale immuniteit is de sleutel tot immuniteit: antivirale immuunrespons verwijst naar de immuunrespons van het immuunsysteem op de invasie van het virus in het lichaam. Daarbij maakt het lichaam antilichamen en immuuncellen aan die het virus herkennen en elimineren. Deze antilichamen en immuuncellen zijn nauw verbonden met immuniteit, versterken de functie van het immuunsysteem en verbeteren het vermogen van het lichaam om virussen te bestrijden.

3. Immuniteit en antivirale immuniteit zijn onderling afhankelijk: Immuniteit en antivirale immuniteit zijn onderling afhankelijk. Mensen met een zwakke immuniteit hebben een verminderde weerstand tegen het virus en zijn vatbaar voor infectie en ernstige gevolgen, terwijl mensen met een zwakke antivirale immuunrespons vatbaar zijn voor virusinfectie, waardoor de functie van het immuunsysteem wordt aangetast.

Daarom kan het handhaven van een goede immuniteit de antivirale immuunrespons verbeteren en virale infectie voorkomen. Ondertussen kunnen vaccins voor sommige specifieke virussen, zoals coronavirussen, ook worden gebruikt om de antivirale immuunrespons van het immuunsysteem te activeren en te versterken. Daarom moeten we aandacht besteden aan het bevorderen van immuniteit. Cistanche kan de immuniteit verbeteren en het vleesmengsel is rijk aan een verscheidenheid aan antioxidanten, zoals vitamine C, carotenoïde, enz., Die vrije radicalen kunnen verwijderen, oxidatieve stress kunnen verminderen en de weerstand van het immuunsysteem kunnen verbeteren.

Klik op cistanche tubulosa-extractpoeder

Trefwoorden:

virus; antivirale aangeboren immuniteit; RNAi; klein RNA; VSR.

1. Inleiding

Het fenomeen van RNA-silencing werd voor het eerst waargenomen in planten in 1990 toen de introductie van chalconsynthase-transgen in petunia leidde tot de onderdrukking van endogene homologische genen [1,2]. In 1998 ontdekten Andrew Fire en Craig Mello dat dubbelstrengige RNA's (dsRNA) krachtige en specifieke interferentie veroorzaakten in Caenorhabditis elegant [3] en noemden het fenomeen RNA-interferentie (RNAi), dat in 2006 de Nobelprijs voor Fysiologie en Geneeskunde won. opende een revolutie op het gebied van de biologie [3,4]. Talrijke studies toonden aan dat RNAi evolutionair geconserveerd was in eukaryoten en dat het alle aspecten van biologische gebeurtenissen reguleerde [5,6]. RNAi-signalering werd tot stand gebracht met de identificatie van enkele sleutelcomponenten in het pad.

Er werd ontdekt dat niet-coderend klein RNA wordt getriggerd door zelfcomplementair of dubbelstrengs RNA (dsRNA) en functioneert als de ware signaal- en specificiteitsdeterminant van genuitschakeling. Primair duplex klein RNA wordt respectievelijk geproduceerd door haarspeld-RNA of dsRNA te verwerken tot microRNA of siRNA met behulp van een specifieke Dicer [7]. Bovendien moet secundair klein RNA meestal worden geproduceerd door amplificatie door RNA-afhankelijke RNA-polymerase (RdRP) voor efficiënte genuitschakeling. Duplex klein RNA kan vervolgens worden gemethyleerd door HEN1 om de stabiliteit te verhogen en wordt geladen in effector Argonaute (AGO)-eiwitten [8]. De doorgangsstreng van duplex klein RNA wordt afgebroken door AGO's en de geleide streng blijft achter om een ​​RNA-geïnduceerd silencing-complex (RISC) te vormen [9]. RISC richt zich vervolgens op complementair RNA door basenparing om afbraak of remming van translatie te mediëren bij post-transcriptie genuitschakeling (PTGS) of om transcriptiegenuitschakeling (TGS) te induceren.

Er zijn twee hoofdklassen van endogeen klein RNA in planten: microRNA's (miRNA's) en siRNA's [10]. miRNA's en siRNA worden respectievelijk geproduceerd door de verwerking van haarspeld-RNA of dsRNA door een specifieke Dicer. miRNA, meestal 21 nt lang, wordt geproduceerd door Dicer-like 1 (DCL1) in Arabidopsis. Endogene miRNA's bemiddelen gewoonlijk PTGS en spelen een essentiële rol in alle aspecten van plantontwikkelingsprocessen.

Bovendien worden siRNA's van respectievelijk 21, 22 en 24 nt geproduceerd door DCL4, DCL2 of DCL3 in Arabidopsis en reguleren ook verschillende biologische processen. Terwijl 21 en 22 nt endogene siRNA's gewoonlijk PTGS mediëren, zoals 21 nt tasiRNA dat betrokken is bij bladmorfogenese, mediëren 24 nt endogene siRNA's voornamelijk TGS door middel van DNA-methylatie.

Bij infectie met een pathogeen worden ook van pathogeen-RNA afgeleide siRNA's van verschillende grootte geproduceerd om op RNAi gebaseerde antimicrobiële immuniteit te induceren om gastheerresistentie te verlenen [10,11]. De op RNAi gebaseerde antivirale afweer werd voor het eerst ontdekt in planten [12,13]. Vervolgens bleek het een vitale rol te spelen in antivirale immuniteit bij ongewervelde dieren [14] en zoogdieren [15,16]. Op basis van de bevindingen in transgene uitschakeling en endogene genuitschakeling werd de functie van DCL's, AGO's en RDR's (RNA-afhankelijke RNA-polymerasen) in antivirale immuniteit gekarakteriseerd.

Nu wordt erkend dat op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit zal worden geïnduceerd om agressie van allerlei soorten RNA- of DNA-virussen in bijna alle eukaryoten te voorkomen (Figuur 1). Aan de andere kant evolueren veel virussen, vooral pathogene virussen, om VSR's te coderen om verschillende stappen van de op RNAi gebaseerde antivirale route aan te vallen (figuur 1). De prevalentie van VSR draagt ​​bij aan virale epidemieën; het verblindt ook onze waardering voor op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit. Bovendien belemmerde VSR ons decennialang om klassieke genetische screening te gebruiken om nieuwe regulatoren in de antivirale route te identificeren, totdat onlangs een efficiënte genetische methode werd ontwikkeld om de barrière te omzeilen [17,18].

Hier zullen we de perceptie van viraal RNA en de initiatie van op RNAi gebaseerde antivirale verdediging, productie en amplificatie van viraal siRNA (siRNA) en de functies van antivirale RNAi-effector Argonautes bespreken, met de nadruk op de recente vooruitgang in het veld, het uitdagen van de bestaande vragen over modelplant Arabidopsis. Sommige VSR's van plantenvirussen en hun functies werden ook samengevat voor een beter begrip van de wapenwedloop tussen plantengastheren en virussen. Onze excuses dat sommige onderzoeksvoortgangen in het veld mogelijk niet zijn opgenomen.

2. Perceptie van viraal RNA en initiatie van op RNAi gebaseerde antivirale verdediging

Virussen zijn bijna de kleinste organismen op aarde, met een klassieke structuur waarin genetisch materiaal, RNA of DNA, is verpakt in manteleiwit. Virussen moeten in de gastheer worden verlamd en worden verspreid met behulp van de materialen en energie van de gastheer. In tegenstelling tot andere microbiële pathogenen, blijken patroonherkenningsreceptoren (PRR's) geen virussen op het celmembraan van de gastheer waar te nemen. Nadat het virus de gastheercel is binnengekomen, zullen dubbelstrengs virale RNA's worden geproduceerd tijdens virale replicatie door middel van virale replicaten, gastheer Dicer-eiwitten zullen de dubbelstrengs virale RNA's waarnemen en in blokjes snijden om siRNA met een lengte van 21-24 nt te produceren. Het Dicer-eiwit kan dus worden beschouwd als een virale PRR die wordt gebruikt om de op RNAi gebaseerde antivirale route te initiëren.

Dicer behoort tot de RNaseIII-achtige familie en heeft sterk geconserveerde endonuclease in eukaryoten [19]. In Arabidopsis zijn er vier Dicer-achtige eiwitten (DCL): DCL1, DCL2, DCL3 en DCL4. Ze bevatten allemaal vijf domeinen, namelijk DExD-helicase, helicase-C, het domein met onbekende functie 283 (DUF283), Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ)-domein, twee tandem RNase III-domeinen en een of twee dsRNA-bindende domeinen ( dsRBDs) van de N-terminus naar de C-terminus [20] (Figuur 2). DCL3 heeft geen helicase-C-domein. Over het algemeen maakt het helicase-domein gebruik van ATP-hydrolyse om het afwikkelen van dsRNA te vergemakkelijken [19,21].

Het DUF283-domein is onlangs beschreven om RNA-RNA-basenparing en RNA-binding te vergemakkelijken [22,23]. De PAZ- en RNase III-domeinen zijn van vitaal belang voor dsRNA-splitsing, het PAZ-domein herkent het uiteinde van de dsRNA- en RNase III-domeinen en knipt een van de strengen van dsRNA door, en de afstand tussen het PAZ-domein en de RNase III-domeinen wordt bepaald door de lengte van de producten [22,24]. Het dsRBD-domein vergemakkelijkt de binding van dsRNA en dient ook als een niet-klassiek nucleair lokalisatiesignaal [23].

DCL1 is voornamelijk betrokken bij de biogenese-route van 21 nt micro-RNA's (miRNA), die een essentiële rol spelen in alle aspecten van plantontwikkeling en plantreacties op omgevingsstimuli [25]. DCL1, DsRNA-bindend eiwit 1 (DRB1) (ook bekend als HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1) en SERRATE (SE) vormen nucleair snijdende lichamen om de haarspeldstructuur van pri-miRNA te herkennen en achtereenvolgens pri-miRNA te knippen tot voorloper miRNA (pre -miRNA) en pre-miRNA om miRNA te rijpen [21,26]. Onlangs werd gemeld dat fasescheiding van SE de assemblage van delen van het lichaam aandrijft en miRNA-verwerking door DCL1 in Arabidopsis bevordert [27]; SE-Associated Protein 1 bevordert ook miRNA-biogenese door pri-miRNA-splitsing, verwerking en stabiliteit te moduleren [28].

Daarom vertoonden DCL1-mutanten met functieverlies, embryonale dodelijke en zelfs hypomorfe mutant DCL1 ook pleiotrope ontwikkelingsdefecten als gevolg van verstoorde miRNA-biogenese [29]. DCL1 kan indirect functioneren in op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit door de biogenese van sommige miRNA's te beheersen. Er werd gemeld dat miR168 de AGO1-accumulatie in planten negatief reguleert [30], en respectievelijk miR482 of miR6019/miR6020 de antivirale resistentie van R-genen in tomaten of tabak verlaagt [31,32]. DCL1 zou ook de andere door DCL's gemedieerde biogenese van siRNA kunnen bevorderen [33,34].

DCL2 is verantwoordelijk voor het verwerken van exogene dubbelstrengs RNA (dsRNA) moleculen of natuurlijke antisense siRNA's tot 22-nt siRNA's in Arabidopsis [35,36]. DCL2 subrogeert echter alleen om op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit in Arabidopsis te initiëren wanneer de functie van DCL4 wordt opgeheven [37,38]. Interessant is dat recente studies hebben aangetoond dat enorme endogene siRNA's van 22 nt kunnen worden geaccumuleerd wanneer het cytoplasmatische RNA-vervalpad en de functie van DCL4 defect zijn; deze siRNA's kunnen genspecifieke en globale translationele repressie veroorzaken en leiden tot pleiotrope groeistoornissen [39]. Er bestaan ​​​​echter meerdere orthologen van DCL2 in andere planten en deze kunnen evolueren om functies te bezitten. Een studie toonde bijvoorbeeld aan dat DCL2b, één van de vier DCL2-homologen in tomaten, een vitale rol speelde tegen infectie met het tomatenmozaïekvirus (ToMV) door 22 nt siRNA in tomaten te produceren [40].

DCL3 genereert 24nt siRNA's om RNA-afhankelijke DNA-methylatie (RdDM) te reguleren bij transcriptionele genuitschakeling (TGS) in Arabidopsis [41]. Onlangs onthulde de DCL{4}}pre-siRNA-structuur dat DCL3 een positief geladen pocket en een aromatische dop gebruikte om respectievelijk de 50 -gefosforyleerde adenosine van de geleidestreng en de 30 overhangende delen van de complementaire streng te herkennen . De gepaarde RNase III-domeinen van DCL3 knippen beide strengen van het RNA door en bepalen zo de precieze lengte van het product small RNA [42]. Endogene 24 nt siRNA's worden voornamelijk geproduceerd uit heterochromatine of het herhaalde sequentierijke gebied door DCL3 om transposon-silencing of genoomstabiliteit te behouden; 24 nt siRNA's onderdrukken ook de transcriptie van het transgen of ander exogeen DNA, zoals DNA-virussen [43-45]. Er werd gemeld dat na de infectie van het DNA-virus 24 nt vsiRNA's werden geproduceerd om DNA-methylatie en histon-modificatie van viraal DNA te moduleren en om virale infectie te voorkomen [46,47].

DCL4 splitst lang endogeen dsRNA om siRNA's van 21 nt te produceren, zoals trans-werkende siRNA's (ta-siRNA's), die cruciaal zijn voor de ontwikkeling van planten [48-51]. Arabidopsis dcl4-mutant vertoonde een fenotype van langwerpige, naar beneden gekrulde rozetbladeren [51,52] en verhoogde anthocyaanaccumulatie [53,54]. Bij op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit neemt DCL4 lang viraal dsRNA waar en snijdt het om 21 nt siRNA te produceren om virale infectie te voorkomen, vooral na de infectie van het RNA-virus in Arabidopsis en andere planten [49].

Hoewel elke DCL verantwoordelijk is voor de productie van verschillende kleine RNA's, kunnen ze redundant of hiërarchisch functioneren in op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit. DCL4 werd bijvoorbeeld beschouwd als een endogene suppressor om DCL{2}}gemedieerde productie van 22 nt siRNA's te onderdrukken [39,55]; DCL2 functioneert echter redundant in op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit, vooral wanneer de functie van DCL4 wordt aangetast [56]. Bij afwezigheid van zowel DCL2 als DCL4 zouden de virustiters dus drastisch verhoogd zijn [18,57,58]. Bovendien zou 21 nt siRNA geproduceerd door DCL4 ook de RdDM-route kunnen vergemakkelijken om zich te verdedigen tegen de infectie van DNA-virussen [41]. DCL2 en DCL3 moeten samenwerken in de afweer tegen Potato Spindel Tuber Viroid [59]. Bovendien heeft DCL1 het potentieel om 21 nt siRNA te produceren in afwezigheid van DCL2, DCL3 en DCL4 [55,57].

DsRNA-bindende (DRB) eiwitten zijn ook vereist voor de juiste perceptie en het in blokjes snijden van virale RNA's door DCL's [60]. Het genoom van Arabidopsis codeert voor vijf DRB-eiwitten: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 en DRB5 [61]. Ze bevatten één tot drie geconserveerde dsRNA-bindende motieven (dsRBM's), die bestaan ​​uit ongeveer 70 aminozuren, die - - - - vouwen en twee -helices vormen om te interageren met dsRNA [62,63]. DRB's interageren met specifieke DCL's om hun speciale functie uit te voeren in kleine RNA-biogenese en antivirale afweer [60]. De interactie tussen DRB1 (HYL1) en DCL1 is bijvoorbeeld vereist voor miRNA-biogenese en is betrokken bij het selecteren van het laden van de geleidestreng in RISC [64-66].

DRB4 interageert met DCL4 om een ​​ander soort snijlichaam te vormen voor de efficiënte verwerking van siRNA's. Er werd gemeld dat de DRB4-mutatie resulteerde in een defecte antivirale afweer tegen de infectie van het raapgele mozaïekvirus (TYMV) [67]. De drb3-mutant was hypergevoelig voor infectie met het koolbladkrulvirus (CaLCuV) en het bietenkrulvirus (BCTV), en de methylering van het virale genoom was aanzienlijk verminderd in drb3 [47]. DRB2 werd onlangs gekarakteriseerd als een antivirale effector met een breed spectrum; overexpressie van DRB2 verminderde de accumulatie van verschillende RNA-virussen, waaronder tabaksratelvirus (TRV), tomatenstruikstuntvirus (TBSV), aardappelvirus X (PVX) en wijnstokfanbladvirus (GFLV) [68].

3. Productie en amplificatie van siRNA

Na de perceptie en het in blokjes snijden van viraal dsRNA via DCL, zal primair vsiRNA worden geproduceerd. Er moet echter voldoende secundair vsiRNA worden geproduceerd door middel van amplificatie voor een efficiënte antivirale verdediging. Host-RNA-afhankelijke RNA-polymerase (RdRP) -eiwitten zijn kernfactoren voor secundaire vsiRNA-amplificatie in planten en Caenorhabditis elegant. Ze genereren exponentieel viraal dsRNA, dat dient als DCL-substraten voor vsiRNA-biogenese, waarschijnlijk met behulp van afgeknotte virale RNA's als sjablonen [18,69,70].

Er zijn zes RdRP-eiwitten in Arabidopsis (RDR1 tot RDR6). RDR1, RDR2 en RDR6 delen allemaal het C-terminale canonieke katalytische DLDGD-motief van eukaryotische RDR's en hebben orthologen in veel plantensoorten, terwijl RDR3, RDR4 en RDR5 een atypisch DFDGD-aminozuurmotief in het katalytische domein delen [71]. Van RDR1, RDR2 en RDR6 is goed aangetoond dat ze op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit in Arabidopsis beheersen, hoewel de functie van de tandem-herhaalde RDR3, RDR4 en RDR5 in het genoom van Arabidopsis niet is geïdentificeerd.

RDR1 kan worden geïnduceerd door de infectie van het virus [72], viroïde [73] of behandeling met salicylzuur [74]. Het bleek 21 nt of 22 nt siRNA te versterken in op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit, vooral na de infectie van RNA-virussen. RDR1 reguleert noch de endogene siRNA-biogenese, noch de ontwikkeling van planten. Er werd echter gevonden dat RDR1 de productie medieerde van door virus geactiveerd endogeen siRNA (siRNA), een nieuwe klasse van gastheer-siRNA's die kan bijdragen aan antivirale afweer in planten [72].

RDR6 wordt constitutief tot expressie gebracht in verschillende weefsels in Arabidopsis. RDR6 bevordert niet alleen op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit door vsiRNA-biogenese te mediëren, vooral na de infectie van RNA-virussen, maar het regelt ook de ontwikkeling van planten door de biogenese van endogeen siRNA, zoals siRNA's, te mediëren [75,76]. RDR6 vormt meestal siRNA-lichamen met een onderdrukker van genuitschakeling 3 (SGS3) om samen te functioneren in de processen [77-80]. De rdr6-mutant en de sgs3-mutant vertonen dus dezelfde defecten in antivirale afweer en ontwikkeling [78,81-83]. Interessant is dat RDR6 en miR472 ook PAMP-getriggerde immuniteit (PTI) en effector-getriggerde immuniteit (ETI) negatief kunnen reguleren door de post-transcriptionele controle van ziekteresistentiegenen [84] en bijdragen aan dubbelstrengs breukvorming bij meiose in andere planten. [75]. Daarnaast speelt rijst (Oryza sativa) RDR6 een antivirale rol in de afweer tegen het rijststreepvirus (RSV) [85].

RDR2 associeert voornamelijk met Pol IV om een ​​complex te vormen voor het transcriberen van korte dsRNA-voorlopers, die door DCL3 worden gesplitst om 24 nt siRNA's te produceren voor het aansturen van DNA-methylering [86–89], hoewel RDR2 mogelijk ook 23 tot 27 nt kleine RNA's van MIR-genen om DNA-methylatie te mediëren [90]. Er werd gemeld dat RDR2, Pol IV en DCL3, kerncomponenten in de RdDM-route, 24 nt vsiRNA-productie bemiddelden en een belangrijke rol speelden tegen de infectie van DNA-virussen, zoals geminivirussen [44,45]. Interessant is dat 21 nt siRNA geamplificeerd door RDR1 en RDR6 ook de RdDM-route zou kunnen vergemakkelijken en zou kunnen bijdragen aan de afweer van planten tegen DNA-virussen [91,92].

Onlangs zijn ook verschillende nieuwe factoren ontdekt die betrokken zijn bij de amplificatie van secundair vsiRNA. Antivirale RNAi-defectieve 1(AVI1)/aminofosfolipide-transporterende ATPase 2 (ALA2), ALA1 en AVI2 werden geïdentificeerd via een robuuste voorwaartse genetische screening met behulp van een komkommermozaïekvirus (CMV)-mutant waarin startcodons van VSR-2b waren gemuteerd [17,93-95].

In de ala1/ala2- of avi2-mutant was de productie van secundaire vsiRNA's drastisch verminderd. ALA1/ALA2 bevatten de typische ATPase-structuur van het P4--type (Figuur 2) en kunnen specifieke fosfolipiden door celmembranen in planten transporteren. ALA1 en ALA2 zouden kunnen samenwerken met RDR1 en RDR6 om secundaire vsiRNA-biogenese te bevorderen, waarschijnlijk door de cellulaire lokalisatie van zijn substraatfosfolipide te definiëren [17,94]. AVI2 werd ook genoemd als een nieuwe factorversterker van rdr6 3 (ENOR3) omdat het ook werd geïdentificeerd via een genetische screening van rdr6-achtergrond met behulp van een andere CMV-mutant waarin het 2b-gen was verwijderd [96]. AVI2, een vermeende magnesiumtransporteur in Arabidopsis, promootte ook secundaire siRNA-biogenese-afhankelijke RDR1 en RDR6 [93]. Interessant is dat onlangs is ontdekt dat calmoduline-bindende transcriptie-activator-3 (CAMTA3) bifunctioneel nuclease-2 (BN2) activeert om AGO1/2 en DICER-LIKE1 te stabiliseren en om RDR6 te activeren voor de amplificatie van vsiRNA's [97 ].

RDR's en nieuwe factoren zoals ALA1 / 2 en AVI2 worden op grote schaal geconserveerd in planten en wormen om voldoende biogenese van vsiRNA te garanderen voor efficiënte op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit. RDR's zijn echter afwezig in Drosophila, muizen en mensen, waarbij onlangs een ander mechanisme is ontdekt voor siRNA-amplificatie door middel van extrachromosomaal circulair DNA [21]. Of het nieuwe mechanisme ook in planten of wormen bestaat, moet nog onderzocht worden.

4. Antivirale functie van RNAi-effectorargonauten

siRNA moet in AGO-effectoren worden geladen om RISC te vormen en richt zich vervolgens op complementaire virale genomen voor PTGS of TGS in op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit. Effector AGO's zijn evolutionair geconserveerd en wijdverbreid in eukaryoten, hoewel afwezig in prokaryoten [98]. Er werd aangetoond dat ze een verscheidenheid aan biologische vorderingen in de ontwikkeling van planten en de reactie van planten op omgevingsstimuli reguleren [98-103], naast hun functies in antivirale verdediging. Kristallografische studies toonden aan dat canonieke eukaryote AGO's vijf domeinen bevatten, het N-terminale (N) domein, PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ) domein, middelste (MID) domein, een PIWI domein en een domein met onbekende functie 1785 (DUF1785) [ 104.105] (Figuur 2).

Het N-domein kan gids-doelparing voorbij positie 16 blokkeren, het PAZ-domein herkent de 30 uiteinden van sRNA, het MID-domein verankert de 50 fosfaten van sRNA, het PIWI-domein bezit ribonuclease-activiteit om doel-RNA te snijden [106-108], en onlangs is aangetoond dat de functie van DUF1785-domeinen de perfect op elkaar afgestemde siRNA- en miRNA-duplexen aantast [109]. Samen vergemakkelijken alle domeinen de juiste combinatie tussen sRNA en doel-RNA om een ​​goede silencing te garanderen.

Tien AGO's zijn gecodeerd in Arabidopsis [110–113]. AGO1 en AGO2 zijn de belangrijkste componenten van RNAi-gemedieerde antivirale immuniteit tegen RNA-virussen [100]. AGO1 functioneert ook als een effector van miRNA om alle aspecten van de ontwikkeling van planten te reguleren door de expressie van endogene genen te moduleren [114-122]. Dus ago1 knock-out mutanten zijn dodelijk. Daarom werd de functie van AGO1 in op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit alleen onderzocht met behulp van hypomorfe AGO1-mutanten, zoals ago1-27, die nog steeds ernstige ontwikkelingsstoornissen vertoonden [123]. In tegenstelling tot AGO1 neemt AGO2 niet deel aan het reguleren van de ontwikkeling van planten, en de ago2-mutant vertoont geen gebreken in groei en ontwikkeling; AGO2 reguleert mogelijk alleen de afweer van planten in Arabidopsis. Er werd gemeld dat AGO2 er de voorkeur aan geeft om vsiRNA's met 50 terminale A te binden en AGO1 de voorkeur geeft aan U [124]. AGO2 is vereist voor resistentie tegen een breed spectrum aan plantenvirussen [56,125-128].

Er werd ook gemeld dat de katalytische activiteit van AGO2 noodzakelijk was voor lokale en systemische antivirale activiteit [125,127], terwijl de ago1-mutant met intacte katalytische activiteit vatbaar was voor virale infectie [123]. AGO2 is ook betrokken bij de resistentie tegen de fytopathogene bacterie Pseudomonas syringae [129], en AGO2 bindt zich aan miR393b* en brengt MEMB12 tot zwijgen om de exocytose van antimicrobiële PR-eiwitten te moduleren en de antivirale activiteit te verhogen [129]. Daarom kunnen AGO1 en AGO2 verschillende rollen spelen bij de antivirale afweer in planten.

AGO4, AGO6 en AGO9 zijn de belangrijkste effectoren die functioneren in de RdDM-route in Arabidopsis. AGO4, AGO6 en AGO9 bleken 24 nt heterochromatische kleine interfererende RNA's (het-siRNA's) te binden en bij te dragen aan de RdDM-route [130,131]. Er werd gemeld dat AGO4 voornamelijk de agressie van DNA-virussen bestreed door RdDM te moduleren, zoals gemeld dat ago4-mutanten vatbaar waren voor de infectie van BCTV vanwege de verminderde hypermethylering op het BCTV-genoom [47]. Verrassend genoeg zijn ago4-mutanten vatbaar voor verschillende RNA-virussen, zoals raapkreukvirus (TCV), bamboemozaïekvirus (BaMV) en Plantago asiatica-mozaïekvirus (PlAMV) [132-135] via een mechanisme dat onafhankelijk is van de RdDM-route [135 ].

Wat betreft andere AGO-effectoren, neemt AGO5 samen met AGO2 deel aan het verminderen van systemische infectie met aardappelvirus X (PVX), terwijl AGO5 slechts een ondergeschikte rol speelt wanneer AGO2 wordt overwonnen in de aanvankelijk geïnfecteerde bladeren [136]. AGO7 (ook bekend als ZIP) bleek een cruciale factor te zijn tijdens TCV-infectie door de beeldgebaseerde ziekteanalysemethode [132]. AGO7 kan ook binden met miR390 en de biogenese van endogeen siRNA bemiddelen [137]. AGO10 werkt samen met AGO1 en speelt een overbodige rol bij het beschermen van bloeiwijzeweefsels tegen de infectie van raapmozaïekvirus (TuMV) [125], naast zijn functie bij het reguleren van de ontwikkeling van apicaal meristeem van scheuten door bindingmiR165/166 [138].

Interessant is dat er meer dan 10 AGO-orthologen werden gevonden in enkele belangrijke gewassen zoals rijst en tomaat, met 19 orthologen in rijst en 15 in tomaat. Ze kunnen evolueren om verschillende functies te hebben in antivirale verdediging en ontwikkeling. Wanneer het bijvoorbeeld is geïnfecteerd met Rice Stripe Antivirus (RSV), activeert RSV-manteleiwit (CP) JA-accumulatie en reguleert het de op JA reagerende transcriptiefactor JAMYB om direct te binden aan de AGO18-promoter om AGO18-transcriptie te activeren [139]. AGO18 zal miR168 binden en sequestreren, wat de accumulatie van AGO1 voor het antivirale proces verhoogt [140]. Aan de andere kant bindt AGO18 bij voorkeur miR528 om de accumulatie van ROS te reguleren en virusinfectie te weerstaan ​​[141]. Onze niet-gepubliceerde gegevens laten ook zien dat sommige AGO-orthologen in tomaten verschillende functies hebben in vergelijking met Arabidopsis.

5. Virale onderdrukkers van RNAi

In de wapenwedloop tussen waardplanten en virussen ontwikkelen virussen VSR-eiwitten om op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit te remmen. VSR's richten zich op verschillende stappen van de op RNAi gebaseerde antivirale route om de geconserveerde antivirale immuniteit tegen te gaan (Tabel 1) [142,143].

Een veel voorkomende tegenactie van VSR's is het belemmeren van siRNA-amplificatie. 2b van CMV, C1 van Tomato Yellow Leaf Curl China Virus (TYLCCNV) en P6 van Rice Yellow Stunt Virus (RYSV) interfereren bijvoorbeeld met de RDR1/6-afhankelijke biogenese van secundair siRNA [155,180,185]. De V2 van Tomato Yellow Leaf Curl Geminivirus (TYLCV), P2 van RSV en P4 van Rice Stripe Mosaic Virus (RMSV) interageren met SGS3 om de biogenese van secundair siRNA te remmen [181,182,189]. Geminivirus V2-eiwit bleek ook de calmoduline-CAMTA3-interactie te verstoren, wat de expressie van RDR6 vermindert om vsiRNA-biogenese te verminderen [97].

Van sommige VSR's werd gevonden dat ze de perceptie of het snijden van viraal dsRNA belemmeren. CP van TCV zou bijvoorbeeld de blokkeeractiviteit van DCL4 [55] kunnen remmen, en P6 van bloemkoolmozaïekvirus (CaMV) interageert met DRB4 om dsRNA-binding te blokkeren [154]. Sommige VSR's, zoals NS's van Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV) en Hc-Pro van Potato Virus Y (PVY), binden ook aan lang viraal dsRNA, wat de detectie of verwerking van de virale RNA's door DCL's zou kunnen blokkeren. Sommige andere VSR's zouden zich rechtstreeks kunnen richten op vsiRNA om op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit te remmen. Bijvoorbeeld, P19, de bekende VSR van tombusvirussen, bindt en sequestreert vsiRNA, terwijl RNase III van zoete aardappel chlorotic stunt crinivirus (SPCSV) siRNA-afbraak bindt en bemiddelt, en HC-Pro van zucchini yellow mosaic virus (ZYMV) vermindert siRNA stabiliteit door siRNA-methylering door HEN1 te verstoren. Het verstoren van de antivirale functie van effector-AGO's is een andere strategie die door sommige VSR's wordt gebruikt. P0 van Potato Leafroll Virus (PLRV) kan bijvoorbeeld de afbraak van AGO1 mediëren, en 2b van CMV kan AGO1 en AGO4 verstoren en hun functies verstoren.

Verrassend genoeg werden, in tegenstelling tot de bovenstaande VSR's die op RNAi gebaseerde antivirale aangeboren immuniteit tegengaan, andere mechanismen gevonden die antivirale reacties van sommige VSR's tegenwerken. Onlangs heeft een studie aangetoond dat VSR p19 kan interageren met de receptorachtige kinase (RLK) BARELY ELK MERISTEM 1 (BAM1) en BAM2 om de cel-naar-cel beweging van RNA-silencing te remmen [193,194]. VSR C4 van tomatenbladkrulling Guangdong-virus (ToLCGdV) kan ook een interactie aangaan met BAM1 om PTGS en omgekeerde methylatie-gemedieerde TGS te onderdrukken [195]. Bovendien wijst verzameld bewijs op door autofagie gemoduleerde interacties tussen planten en virussen [196,197]. Er werd gemeld dat de ladingreceptor BUURT VAN BRCA1 (NBR1) zich op HC-Pro zou kunnen richten om de virale accumulatie van TuMV te onderdrukken [198]. B, de VSR van het gerststreepmozaïekvirus (BSMV), richtte zich echter op AUTOPHAGY PROTEIN7 (ATG7) om de ATG7-ATG8-interactie te verstoren en virale infectie te bevorderen [199].

Nu weten we dat bijna alle plantenvirussen, vooral pathogene plantenvirussen, één of meer VSR bezitten. Het bestaan ​​van VSR's draagt ​​bij aan de succesvolle agressie van virussen en virale epidemieën; ze vormen ook een ernstige belemmering voor onze waardering van de onmisbare antivirale aangeboren immuniteit in planten en andere eukaryoten.

For more information:1950477648nn@gmail.com