دانلود مقاله پروتئین های مرتبط با بیماریزایی

مقدمه و خلاصه موضوع در گونه های گیاهی هزاران ژن مقاومت (R) در برابر عوامل بیماری ویروسی ، باکتریایی ، قارچی و نماتدی وجود دارد .

ظهور مقاومت در بر هم کنش میزبان و عامل بیماری مستلزم بیان ژن مقاومت (R) در میزبان و ژن غیربیماریزا (Avr) در عامل بیماری می باشد .

باور بر اینست که ژنهای مقاومت گیاه را قادر می سازند که ژنهای غیر بیماریزا را شناسایی کرده ، فرآیند انتقال پیام را آغاز نموده و واکنش دفاعی را فعال سازند .

رویدادهای انتقال پیام که منجر به ظهور مقاومت می شوند عبارتند از جریانهای یونی در عرض غشاء سلولی ، تولید گونه های اکسیژن واکنشی ، تغییر حالت فسفوریلاسیون ، فعالیت رونویسی از سیستم های دفاعی گیاه و مرگ سریع سلولی در موضع آلودگی ( واکنش فوق حساسیت ) .

هرچند که پاسخهای دفاعی از سوی گیاه در تقابل با عوامل بیماری ، متفاوت می باشند ، اما خصوصیات مشترکی نیز بین آنها وجود دارد .

مهمترین ویژگی ژن های R این است که این ژنها در گونه های مختلف گیاهی که سبب مقاومت اختصاصی در برابر طیف وسیعی از عوامل بیماری می شوند ، اغلب پروتئین هایی با ساختمان مشابه را رمز می نمایند .

ژنهای R همسانه شده به چهار گروه اصلی تقسیم می شوند .

یکی از آسان ترین ، به صرفه ترین و از لحاظ زیست محیطی ایمن ترین راهای کنترل بیماریهای گیاهی استفاده از ارقام مقاوم است و به نژاد گران بطور گسترده ای به طریقه کلاسیک از ژنهای مقاومت در این زمینه استفاده نموده اند .

اکنون با دسترسی به ژنهای R همسانه شده ، فرصتی برای انتقال ژنهای R جدید به گیاهان از طریق تراریختی ژنتیکی فراهم آمده است .

تا زمانی که این روشها از لحاظ قابلیت اعتماد ، انعطاف پذیری و هزینه با روشهای اصلاح نباتات کلاسیک قابل مقایسه نباشند و یا برتری نداشته باشند ، نمی توان انتظار داشت که بطور گسترده مورد استفاده قرار گیرند .

با توجه به ظرفیت قوی این روشها در عبور از موانعی همچون تفاوت گونه ای و صف آرایی ژنهای R به فرم دلخواه به نظر می رسد که تراریختی در آینده ای نزدیک در برنامه های اصلاحی وارد شود .

گیاه ، عامل بیماری و اساس ژنتیکی دفاع گیاهی عوامل بیماری در تهاجم به گیاهان یکی از سه راهبرد ذیل را بر می گزینند ، نکروتروفی[1] ، بیوتروفی[2] و یا همی بیوتروفی[3] .

نکروتروفها ابتدا سلول میزبان را می کشند و سپس محتوای آن را متابولیزه می کنند ، برخی از این عوامل بیماری دامنه میزبانی گسترده ای را در بر می گیرند و مرگ سلولی اغلب توسط سموم و یا آنزیمهایی رخ می دهد که سوبسترای بخصوصی را مورد هدف قرار می دهند.

Pythium و Botrytis نمونه هایی از نکروتروفهای قارچی هستند .

سایر نکروتروفها سمومی تولید می کنند که میزبان گزینشی[4] دارند ، بطوریکه این سموم فقط روی دامنه محدودی از میزبانهای گیاهی مؤثر می باشند .

در مورد این گروه از عوامل بیماری ، مقاومت گیاهی از طریق حذف و یا تغییر ترکیب مورد هدف سم و یا از طریق سم زدایی قابل حصول است .

به عنوان مثال ژن Hml در ذرت سبب مقاومت به قارچ لکه برگی Cochiobolus carbonum می شود .

Hml یک آنزیم ردوکتاز را کد می کند که سم HC[5] حاصل از C.carbonum را خنثی می سازد .

اوامل بیماری بیوتروف و همی بیوتروف به سلولهای زنده حمله می کنند و سوخت و ساز سلولی را در جهت رشد و تکثیر خود تغییر می دهند .

تشکیل اشکالی به صورت جزایر سبز رنگ روی برگهای پیر در پیرامون آلودگی بیوتروفی مربوط به قارچهای زنگ و سفیدک پودری نشان دهنده اهمیت زنده نگه داشتن سلولهای میزبان در طی ارتباط نزدیک بین عامل بیماری و گیاه است .

بیوتروفها تنها روی یک و یا تعداد محدودی از گونه های مربوط بیماری ایجاد می نمایند .

در مقابل قارچهای همی بیوتروف از قبیل جنسهای Phytophtora و Cilletotrichum در مراحل بعدی آلودگی ، سلولهای پیرامون را در میزبان می کشند .

به علت طبیعت اختصاصی عمل کردن عوامل بیماری بیوتروف و همی بیوتروف تعجب آور نیست که تغییر کوچک در هر یک از طرفین ( میزبان یا عامل بیماری ) سبب بر هم خوردن تعادل گردد .

ناسازگاری بین عامل بیماری و میزبان اغلب منجر به فعال شدن پاسخهای دفاعی گیاه از قبیل مرگ موضعی سلول میزبان یا واکنش فوق حساسیت ( HR ) می شود .

فرضیه ژن در برابر ژن در گونه های گیاهی هزاران ژن مقاومت (R) در برابر عوامل بیماری ویروسی ، باکتریایی ، قارچی و نماتدی وجود دارد .

هرچند که پاسخهای دفاعی از سوی گیاه در تقابل با عوامل بیماری ، متفاوت می باشند ، اما خصوصیات مشترکی نیز بین آنها وجود دارد که مهمترین آنها این است که عمل ژنهای R به ژنوتیپ عامل بیماری بستگی دارد .

عوامل بیماری بطور بالقوه دارای توانایی ایجاد پیامهای گوناگون می باشند که به نحوی مشابه تولید آنتی ژنها توسط عوامل بیماری پستانداران می باشد .

برخی از این پیامها توسط بعضی از گیاهان شناسایی می شوند .

اگر ژن مربوط به بیماری در عامل بیماری پیامی را ایجاد کند که منجر به القاء یک پاسخ دفاعی قوی از سوی ژن R در گیاه گردد در آن صورت به آن ژن غیر بیماریزا[6] (Avr) گویند .

اما باید توجه داشت که در صورت عدم وجود ژن R در میزبان ، ژن Avr سبب ایجاد بیماری خواهد شد .

عمل اختصاصی ژنهای R در میزبان در برابر ژنهای Avr در عامل بیماری نخستین بار توسط فلور کشف شد و متعاقب آن واژه مقاومت ژن در برابر ژن[7] مطرح گردید .

فلور پیشنهاد کرد در گیاه ژنی وجود دارد که در هنگام مواجه با عامل بیماری ، پاسخ دفاعی را القاء می نماید .

اگر این ژن غایب و یا غیر فعال باشد ، گیاه نسبت به تهاجم عامل بیماری حساس خواهد بود .

اما ، ژنهای مقاومت فقط در برابر انواع مشخصی از نژادهای عامل بیماری مؤثر می باشند .

بنابراین عامل بیماری بایستی دارای ژنی باشند که محصول آن به طور مستقیم و یا غیر مستقیم با فرآورده ژن مقاومت گیاهی بر هم کنش نشان دهد که این ژنها در عامل بیماری به عنوان ژنهای غیر بیماریزا (Avr) نامیده شدند ، زیرا وجود آنها مانع توسعه عامل بیماری در حضور ژن مقاومت می شود .

از این رو گیاهی که دارای یک ژن مقاومت مخصوص باشد فقط در برابر نژادی از عامل بیماری مقاومت نشان می دهد که واجد ژن معینی باشد که فرآورده آن باعث بر هم کنش پاسخ دفاعی شود .

اگر عامل بیماری فاقد ژن غیر بیماریزایی مناسب باشد ، آنگاه هیچ گونه پاسخ دفاعی در گیاه رخ نخواهد داد و حتی علی رغم حضور ژنهای مقاومت بالقوه ، عامل بیماری گسترش خواهد یافت .

مفاهیم ژن مقاومت در گیاه و ژن غیر بیماریزایی در عامل بیماری و در نتیجه پاسخ مقاومت ، اساس فرضیه ژن در برابر ژن را تشکیل می دهد .

فرضیه ژن در برابر ژن مکانیسمی را پیشنهاد می نماید که فرآورده ژن مقاومت در گیاه از طریق بر هم کنش با فرآورده ژن غیر بیماریزا به حضور آن پی می برد .

به علاوه ژن مقاومت باید دارای توانایی انتقال پیام[8] ناشی از مکانیسم شناسایی به سیستم دفاعی گیاه باشد که این امر احتمالاً از طریق یک مکانیسم پیام رسانی صورت گرفته و منجر به بیان ژنهایی می شود که مانع رشد و گسترش عامل بیماری در بافتهای آلوده می شود .

مدل ژن در برابر ژن برای اکثر عوامل بیماری بیوتروف از جمله قارچها ، ویروسها ، باکتریها و نماتد ها صدق می کند .

اعتقاد بر این است که خاستگاه هر گونه گیاهی جایی است که در آن بیشترین تنوع ژنتیکی موجود بوده و از این رو گیاهان همراه با عوامل بیماری تکامل پیدا کرده اند .

بر این اساس برنامه های اصلاحی می تواند به سمت شناسایی ژرم پلاسم مقاوم در خویشاوندان وحشی گونه های زراعی سوق پیدا نماید .

به غیر از مدل فلور ، چندین مدل ژن در برابر ژن ارائه گردیده است و با ایجاد لاین های ایزوژن مقاوم و حساس می توان تفاوت های آزمایشی ناشی از تغییر زمینه ژنتیکی را به حداقل رساند .

با استفاده از این گونه بر هم کنشها اولین ژنهای R و Avr و Arabidopsis thaliana جداسازی شد .

این گیاه در طی سالهای گذشته به عنوان یک سیستم مدل به نحو گسترده ای برای مطالعه بر هم کنش گیاه – عامل بیماری مورد استفاده قرار گرفته است .

هنگامی که یک ژن Avr و یک ژن R مختص به آن تظاهر می یابند پاسخ دفاعی قوی در گیاه القاء می شود .

وجه مشخصه اکثر بر هم کنش های ژن در برابر ژن، ظهور پاسخ فوق حساسیت (HR) است که در آن سلولهای واقع در مجاورت عامل بیماری دچار مرگ برنامه ریزی شده[9] می شوند .

این واکنش به عنوان بخشی از پاسخ دفاعی کلی محسوب می شود .

ویژگی های دیگر پاسخ مقاومت عبارتند از تولید متابولیک های ضد میکروبی ( تحت عنوان فیتوآلکسین ها[10] ) ، تولید آنزیم هایی که می توانند برای عامل بیماری مضر ( باشد مانند کیتینازها[11] و گلوکانازها[12] ) و تقویت دیواره سلولی گیاهی در ناحیه آلوده شده .

علاوه بر این پاسخهایی نیز بروز می یابند که گمان می رود در انتقال پیام دفاعی نقش دارند که از آن جمله می توان به جریان Ca2+ و سایر جریان های یونی ، تغییر فسفوریلاسیون پروتئینها ، تولید گونه های اکسیژن واکنشی[13] از قبیل سوپراکسیداز و تولید و یا آزاد سازی اسید سالیسیلیک[14] اشاره نمود .

باید توجه داشت که بسیاری از پاسخ های بیوشیمیایی فوق الذکر در غیاب بر هم کنش ژن در برابر ژن و در بر هم کنشی که طی آن بیماری توسعه می یابد ، نیز القاء ‌می شوند .

پاسخ هایی از قبیل بیان کیتیناز و بیوسنتز فیتو آلکسین ، نرخ رشد عامل بیماری را کاهش می دهند ولی آن را متوقف نمی سازند .

بر عکس ، ژنهای R سبب فعال شدن دامنه وسیعی از پاسخ های دفاعی شده و در نتیجه موجب مقاومت مؤثر در برابر عامل بیماری می شوند .

الیسیتورهای نژاد – اختصاصی[15] در اثر بیان ژنهای Avr تولید می شوند که باید بین اینها و الیسیتورهای نژاد – غیر اختصاصی[16] تمایز قائل شد .

الیسیتورهای نژاد – غیر اختصاصی ، پاسخ هایی از قبیل سنتز فیتوآلکسین ها را القاء می کنند که بیماری را به حداقل می رسانند ، اما اینگونه الیسیتورها در گروه متمایز و متفاوتی از الیسیتورهای ناشی از ژنهای Avr قرار می گیرند که سبب القاء‌ پاسخ دفاعی از سوی ژنهای R می شوند .

الیسیتورهای نژاد – اختصاصی در اثر بیان ژنهای Avr تولید می شوند که باید بین اینها و الیسیتورهای نژاد – غیر اختصاصی تمایز قائل شد .

جداسازی و مطالعه ژنهای مقاومت سؤال این است که ژنهای R چه چیزی را رمز می کنند ؟

بیش از بیست سال پیش یک مدل الیسیتور – گیرنده برای توجیه بر هم کنش ژن مقاومت در مقابل ژن Avr مطح شد که در آن ژنهای Avr الیسیتورهایی را رمز می کنند که به عنوان لیگاند برای گیرنده هایی که توسط ژنهای R رمز می شوند عمل می نمایند .

این مدل در برخی حالات می تواند معتبر باشد ولی نتوانست سبب تسهیل در امر جداسازی ژنهای مقاومت و یا فرآورده های آنها شود .

موفقیت در جداسازی ژنهای مقاومت موکول شد به زمانی که تکنولوژی همسانه سازی گیاهی توسعه یافت .

شناسایی عناصر متحرک در ذرت در این زمینه بسیار نوید بخش می نمود، اما نرخ بالای جهش خود به خودی در ژنهای R مورد نظر مانند Rpl در ذرت باعث شد که این امید عقیم گذارده شود .

اما تلاش در این زمینه مقدمات آشنایی با جهش پذیری ژنهای R و اهمیت بیولوژیکی آن در ایجاد مقاومت های اختصاصی جدید را بنیان نهاد .

اولین ژن R که همسانه گردید ، Hml در ذرت بود که از لحاظ عمل متفاوت از گروه ژنهای R مربوط به Avr می باشد .

Hml سبب ایجاد مقاومت در برابر نژاد شماره 1 عامل بیماری قارچی Cochliobolus carbonum می شود .

Hml یک ردوکتاز وابسته به NADPH را کد می کند که قادر است سم قدرتمند تولید شده توسط قارچ مزبور را خنثی نماید .

ساختمان و عمل Hml به نحوی است که نمی توان آن را در زمره ژنهای R قلمداد نمود زیرا نقش سم زدایی Hml ، در مواردی همچون ژنهای Avr القاء مرگ سلولی فوق حساسیت و سایر ویژگی های مربوط به بر هم کنش ژن در برابر ژن نمی گنجد .

با پیشرفت تکنولوزی های همسانه سازی موضعی ( گام زنی کروموزمی ) و نشانمند کردن ترانسپوزون هترولوگ ، جداسازی ژنهای مقاومت امکان پذیر شد و موفقیت هایی در این زمینه بدست آمد .

فهرستی از ژنهای جدا شده در جدول 1 ارائه گردیده است .

اولین ژن اختصاصی در گیاه ( برای Avr ) که جدا سازی شد ژن Pto بود که سبب مقاومت گوجه فرنگی بهPseudomonas syringae pv .

tomato می شود .

این ژن پروتئینی را رمز می نماید که شبیه پروتئینهای کینازی سرین – ترئونین می باشد .

نکته جالب این که پنج ژن R که پس از Pto جداسازی شدند ، شباهت زیادی به یکدیگر داشتند ولی شبیه Pto نبودند .

این ژنها عبارتند از : RPS2 در آرابیدوپسیس ، N در تنباکو ، L6 در کتان ، و Cf-9 و prf در گوجه فرنگی که گروه جدیدی را تشکیل دادند .

پروتئین های رمز شده توسط این گروه جدید دارای حوزه تکرارهای غنی از لوسین (LRR) هستند .

سپس ژنهای RPM1 در آرابیدوپسیس ، Cf-2 در گوجه فرنگی و xa21 در برنج نیز جداسازی شده و مشخص گردید که پروتئینهای با حوزه LRR را رمز می کند ( جدول 1 ) .

با استفاده از تجزیه توالی ها برخی ویژگی های ساختمانی ( علاوه بر LRR ) مشخص گردیده ، اما با جداسازی و تعیین خصوصیات هر ژن R جدید بر پیچیدگی این ویژگی های ساختمانی افزوده شده است .

اولین و مهمترین ویژگی این است که ژنهای R در انواع متنوع گونه های گیاهی که در برابر دامنه وسیعی از عوامل بیماری ویروسی ، باکتریایی و قارچی بطور اختصاصی عمل می کنند ، پروتئین هایی را رمز می کنند که شباهت ساختمانی دارند .

این شباهت نشان دهندَه این است که مسیرهای بیوشیمیایی مورد استفاده در گیاهان برای ایجاد پاسخهای دفاعی از نقطه نظر تکاملی از درجه بالایی حفاظت بالایی برخوردار می باشند ( بسیار حفاظت شده هستند ) .

حوزه های ساختمانی فرآورده های ژنهای مقاومت الف) کینازهای سرین – ترئوتین با همسانه سازی و تعیین خصوصیت ژن Pto ، نقش کینازها در انتقال پیام طی مقاومت ژن در برابر ژن مشخص گردید .

یکی از مکانیسم هایی که در موجودات زنده برای کنترل فعالیت پروتئینها بسیار معمول است تغییر حالت فسفوریلاسیون می باشد که بطور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفته است .

تاکنون 11 حوزه فرعی و 15 واحد اسید آمینه غیر متغیر ( ثابت ) مربوط به پروتئین های کینازی مشخص شده و نواحی محفوظ کینازها که واحدهای سرین-ترئونین فسفوریله می نماید تعیین گردیده است .

توالی اسید آمینه بدست آمده از ژن pto دارای نواحی حفاظت شده مذکور است و مشخص شده است که Pto در شرایط درون شیشه ای ، فعالیت کاتالیتیکی مربوط به پروتئین های کینازی را ظاهر می سازد .

توالی اسید آمینه ای Pto در انتهای N دارای یک جایگاه بالقوه برای مریستولاسیون است که یک لنگر غشائی را برای این پروتئین آب دوست ایجاد می نماید .

تکرارهای غنی از لوسیون LRR ها تکرارهای متوالی و چند گانه ای با طول حدود 24 اسید آمینه می باشند.

LRR ها شامل لوسیون و یا سایر اسید های آمینه آب گریز هستند که به فواصل منظم واقع شده اند و همچنین دارای اسید آمینه پرولین و آسپاراژنین به فواصل منظم می باشند .

ساختمان کریستالی یکی از پروتئین های دارای LRR ، به نام مهار کننده Porcin Rnase ، تعیین گردیده است .

ساختمان سوم این پروتئین شبیه مشت دست یا فنر پیچ خورده است که هر یک از انگشتان جمع شده در حکم یک LRR منفرد می باشد .

این تکرارها در پروتئین مهار کننده Porcin Rnase بطور غیر طبیعی طویل می باشند ( هر یک 28 تا 29 اسید آمینه ) اما چنین تصور می شود که حوزه های LRR کوتاهتر ، ساختمانی شبیه زنجیره مارپیچی بتا داشته باشند .

در هر دو حالت بنظر می رسد که عمل اختصاصی LRR بیشتر به اسید آمینه های بیرونی و کمتر به واحدهایی که آب گریز بوده متکی باشد .

در بسیاری از توالی های LRR که تاکنون شناسایی شده اند ، نحوه قرار گرفتن تکرارها با هم همخوانی ندارد ، یعنی نمی توان به یک LRR مورد توافق دست یافت و در برخی حالات ، این افتراق به حدی است که نمی توان LRR مربوطه را واجد ساختمان منظم دانست .

علاوه بر این نواحی LRR مفروض در برخی از ژنهای R توسط توالی کوتاهی از اسیدهای آمینه به دو نیم تقسیم شده است و تشکیل ساختمان LRR را غیر ممکن می سازد .

مشخص شده است که حوزه های LRR در پروتئین های مخمر ، مگس سرکه ، انسان و سایر گونه ها در بر هم کنش پروتئین – پروتئین نقش دارند .

بطور مثال می توان به بر هم کنش بین اجزاء‌ درون سلولی آبشار انتقال پیام ( مانند بر هم کنش بین ras و adenylade cyclase در مخمر ) و پیوند بین هورمونهای پیتیدی و گیرنده های غشائی ( مانند گیرنده های gonadotropin و هورمونهای تحریک کننده فولیکول ) اشاره نمود .

گیرنده های هورمونی مثال جالبی در رابطه با مدل الیسیتور – گیرنده در مقاومت ژن در برابر ژن می باشند و این فرض که LRR به عنوان حوزه اتصال فرآورده ژنهای R با لیگاند عمل می کند را تقویت می کند .

LRR ها همچنین در کنش فرآورده های ژنهای R با سایر پروتئین هایی که در انتقال پیام دفاعی شرکت می کنند نقش دارند .

از آنجا که فرآورده های ژنهای از نوع LRR را می توان به چند گروه مجزا تفکیک نمود تعجب آور نخواهد بود که در این گروه ها پروتئین هایی را بیابیم که از لحاظ عمل کاملاً از یکدیگر متمایز باشند .

اهمیت حوزه های LRR در مقاومت از اینجا نشأت می گیرد که دیده می شود این حوزه ها در برخی از ژنهای R ، حفاظت شده می باشند و بعنوان مثال آللهای موتانت RPS2 و RPM1 فقط به علت تغییر در یک اسید آمینه در ناحیه LRR غیر فعال می گردند .

مکانهای اتصال نوکلئوتیدها توالی های اسید آمینه ای رمز شده توسط بسیاری از ژنهای LRR ، با مکانهای اتصال نوکلئوتیدها (NBS) نیز شباهت نشان می دهند ( NBS ها به نام حلقه های P نیز نامیده می شوند ) .

حوزه های NBS در بسیاری از پروتئین ها با قابلیت اتصال به ATP و GTP مانند زیر واحدهای β مربوطه به ATP Synthase ، پروتئین های ras ، عوامل بسط ریبوزومی و کینازهای adenylate دیده می شوند .

ساختمان و عمل حوزه های NBS در سایر پروتئین حتی بیش از LRR ها مورد مطالعه قرار گرفته است .

این مطالعات شامل تعیین ساختمان کریستالی ، تعیین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ، کنش پروتئین – لیگاند و تجزیه کینتیکی پروتئین هایی که در یک اسید آمینه از حوزه NBS آنها جایگزینی رخ داده است ، می باشد .

NBS مورد توافق ( مشترک ) برخی از پروتئین ها بقدری جامع است که نه تنها حلقه P را در بر می گیرد ( توالی مورد توافق [T/S]GXXXXGK ) بلکه حوزه های کیناز 2 و کیناز 3 که دورتر واقع هستند را نیز در بر می گیرد .

وجود حوزه های بسیار حفاظت شده NBS در فرآورده برخی از ژنهای R نشان می دهد که اتصال نوکلئوتید تری فسفات برای عمل این پروتئین ها الزامی است .

مشخص شده است که جهش های اختصاصی که واحدهای کلیدی در NBS را تغییر می دهند ، سبب عدم رویداد واکنش HR توسط ژن RPS2 در آرابیدوپسیس می شوند .

اما نقش حوزه های NBS در فعال سازی مکانیسم دفاع گیاهی هنوز نامشخص است .

بنابراین چالش اصلی در آینده عبارتست از مستند ساختن فرآیند اتصال نوکلئوتید تری فسفات و هیدرولیز احتمالی و مشخص نمودن نقش این فرآیندها در فعالیت فرآورده های ژنهای R .

به عنوان مثال اتصال نوکلئوتید تری فسفات ممکن است باعث تغییر در بر هم کنش بین فرآورده ژن R و سایر اعضای دخیل در آبشار انتقال پیام دفاعی شود .

با توجه به انبوه اطلاعات موجود پیرامون حوزه های NBS در سایر پروتئین ها می توان پیشرفت قابل ملاحظه ای را در این زمینه انتظار داشت .

لوسین زیپرها در درون گروه LRR از ژنهای R گروه فرعی دیگری قرار داد که لوسین زیپر (LZ) نامیده می شوند .

سه ژن RPS2 ، RPM1 ، prf که مسئول مقاومت در برابر P.syringae می باشند همگی توالی هایی را رمز می کنند که دارای ناحیه لوسین زیپرها دارای توالی های تکراری 7 واحدی ( با توالی مورد توافق XXXYXXL ، که Y نشان دهنده واحدهای آب گریز ) می باشند .

این توالی ها در سایر پروتئین ها ساختمان چنبره ای تشکیل می دهند و بر هم کنش پروتئین – پروتئین را میسر می سازند .

LZ ها بنا به نقشی که در همو – و هترودایمریزاسیون عوامل رونویسی در یوکاریوتها دارند ، مشهور می باشند مه از آن جمله می توان میوزین ها و زیر واحدهای β و γ از پروتئین G را نام برد .

در مورد این گروه نیز مطالعات زیادی روی سایر پروتئین ها به منظور تعیین خصوصیات ساختمانی و عملکردی از قبیل تعیین ساختمان کریستالی صورت گرفته است ، با این حال ، در اینجا نیز اطلاعات ما پیرامون نقش این نواحی در عمل ژنهای R محدود است .

تحقیقات در حال انجام است تا معلوم شود که آیا فرآورده های ژنهای R قابل دایمریزاسیون هستند و یا خیر تا پس از آن سایر پروتئین هایی که ممکن است با فرآورده های ژنهای R از طریق نواحی LZ کنش نشان دهند ، ردیابی شوند .

جدول 1 – ژنهای همسانه شده مقاومت به بیماری در گیاهان شکل 1- حوزه های ساختمانی پروتئین های رمز شده توسط ژنهای مقاومت به بیماریها در گیاهان و پیش بینی محل استقرار آنها ه) حوزه مشابه گیرنده های Toll/Interleukin-l گروه فرعی دیگری در درون گروه NBS-LRR از ژنهای R قرار دارد و ژنهای این گروه حوزه بزرگی را در انتهای N رمز می کنند که شبیه حوزه پیام رسانی سیتوپلاسمی پروتئین Toll در مگس سرکه و گیرنده های Interleukin-l در پستانداران می باشد .

ژنهای N ، L6 و RPP5 در این زیر گروه قرار می گیرند .

علاوه بر شباهت بین توالی های N ، L6 ، Toll و IL ، مسیرهای بیو شیمیایی که توسط آنها کنترل می شود ، نیز مشابه می باشند .

به عنوان مثال lR – IL نسبت به سیتوکین IL-l واکنش نشان می دهد و باعث می شود که عامل رونویسی خانواده Rel به نام NF-kB فعال شود و NF-kB نیز به نوبه خود در تولید گونه های اکسیژن واکنشی نقش دارد .

در پاسخ دفاعی ژن در برابر ژن نیز انفجار اکسیداتیو بطور وسیعی مشاهده می شود .

بعلاوه فعالیت NF-kb تحت تأثیر ترکیبات اسید سالیسیلیک مانند آسپرین می باشد و اسید سالیسیلیک مولکول پیام رسانی پائین دست مهمی در پاسخ دفاعی گیاه می باشد .

Dif ( یکی دیگر از عوامل رونویسی مربوط به Rel ) و NF-kB هر دو در پاسخ ضد میکروبی میزبان نقش دارند .

و در پایان اینکه قابلیت Toll در آزادسازی عامل رونویسی Dorsal وابسته به پروتئین Pelle است و Pelle یک پروتئین کینازی مشابه فرآورده ژنی Pto در گوجه فرنگی می باشد .

و) پروتئین های LRR خارج سلولی و غیر NBS ژنهای Cf-9 و Cf-2 گوجه فرنگی فاقد حوزه NBS می باشند و گروه سومی را درون گروه LRR از ژنهای R تشکیل می دهند ( جدول 1 ) .

ژن Cf-9 ، 28 نوع LRR را رمز می کند .

پیش بینی می شود این LRR‌ ها از نوع خارج سلولی باشند .

( شکل 1 ) .

توالی انتهای N پروتئین ‍Cf-9 در انتقال پیام در عرض غشاء سلولی نقش دارد .

بعلاوه این پروتئین در انتهای C دارای حوزه ای در عرض غشاء و یک دنباله کوتاه متشکل از 28 اسید آمینه در سیتوپلاسم می باشد .

LRR هایی که توسط Cf-9 ( و همچنین Cf-2 ) رمز می شوند ، بیش از آنکه با گروه NBS-LRR از ژنهای R شباهت داشته باشند ، با توالی مورد توافق LRR تطابق دارند و یک واحد حفاظت شده گلیسین نیز در این LRR ها موجود است.

این واحد گلیسین همچنین در سایر پروتئین هایی که دارای حوزه LRR خارج سلولی می باشند ، یافت می شود .

فرآورده ژن Cf-2 بسیار شبیه Cf-9 است که بدیهی به نظر می رسد چراکه هر دو ژن مذکور سبب مقاومت اختصاصی در برابر Cladisporium fulvum می شوند .

9 نوع از LRR هایی که توسط CF-2 رمز می شوند بسیار شبیه LRR های Cf-9 هستند که نشاندهنده ارتباط نزدیک دو ژن مذکور است .

جالب توجه اینکه معلوم شده است که Cf-2 شامل دو ژن متمایز می باشد که فرآورده های آنها فقط در 3 واحد اسید آمینه با هم متفاوت می باشند .

ز) گیرنده های کینازی در عرض غشاء آخرین گروه از ژنهای R که در اینجا مد نظر قرار می گیرد در حکم پل رابط گروه ژنهای R که پروتئین های LRR را رمز می کنند و آنهایی که پروتئین رمز می کنند و آنهایی که پروتئین های کینازی را رمز می کنند می باشد ، چراکه در این گروه هر دو حوزه مذکور در یک پروتئین رمز می شوند .

تنها عضو موجود در این گروه ، Xa21 است .

Xa21 تنها ژن شناخته شده گیاهان تک لپه ای است که توالی آن گزارش شده است .

Xa21 یک گیرنده کینازی را رمز می کند که ناحیه LRR آن در انتهای N ( با توجه به شباهت آن با پروتئین های شناخته شده ) احتمالاً در خارج سلول قرار می گیرد .

به نظر می رسد که حوزه LRR خارجی از طریق ناحیه ای که در عرض غشاء‌ قرار می گیرد به حوزه کینازی که در داخل سیتوپلاسم قرار دارد متصل می شود .

مقایسه پروتئین رمز شده توسط Xa21 و پروتئین رمز شده توسط Pto و orf در گوجه فرنگی جالب است ( جدول 1 ) .

Pto ( که یک کیناز را رمز می کند ) و prf ( که یک پروتئین NBS-LRR را رمز می کند ) ، هر دو برای مقاومت در برابر عامل بیماریزای P.s.tomato که ژن avrPto را بیان می کند ، لازم می باشند .

شباهت بین این دو پروتئین و Xa21 نشان می دهد که پروتئین های Pto و Prf در دریافت و انتقال پیام عامل بیماری بصورت تنگاتنگی با یکدیگر کنش نشان می دهند .

این روند در قالب یک مدل فرضی ارائه شده است (شکل 2) .

نمونه های Pto وPrf و Xa21 نشان می دهند که برای فرآورده های ژنی RPS2 ، Cf-9 و سایر ژنهای R واجد ناحیه LRR ، احتمالاً پروتئین های کینازی متناظر که از لحاظ عمل نیز با اهمیت باشند ، وجود دارد .

شباهت بین فرآورده ژنهای R با سایر پروتئین های گیاهی شباهت بین فرآورده ژنهای R و سایر پروتئین های گیاهی می تواند به عنوان سرنخی برای پی بردن به نقش این پروتئین ها در انتقال پیام دفاعی باشد .

برای مثال ، حوزه کینازی در Pto و Xa21 بسیار شبیه گیرنده کینازی S در جنس Brassica می باشند .

پروتئین SRK در خودناسازگازی کرده – کلاله نقش دارد که سیستمی کاملاً شبیه فرآیند شناسایی – پاسخ توسط فرآورده ژنهای R است.

حوزه خارج سلولی پروتئین SRK به نوبه خود بسیار شبیه گلیکوپروتئین متصل به S (SLG) است و بنابراین به نظر می رسد که این دو پروتئین بطور فیزیکی با یکدیگر و با پیام مختص گرده کنش نشان می دهند .

Cf-9 و Cf-2 از این لحاظ که فاقد حوزه پیام رسانی هستند بسیار شبیه SLG می باشند و پیشنهاد شده است که Cf-9 و Cf-2 به منظور ایجاد پاسخ دفاعی احتمالاً با یک گیرنده کینازی LRR یا سایر پروتئین ها بر هم کنش نشان می دهند .

این پروتئین ها در آینده شناسایی خواهند شد زیرا ژنهای اضافی که برای عمل Cf-9 در گوجه فرنگی ضروری می باشند از طریق تجزیه جهش مشخص شده اند .

شباهت جالبی نیز بین فرآورده های ژنهای R و سایر پروتئین هایی که با مولکولهای حاصل از عامل بیماری بر هم کنش نشان می دهند ، وجود دارد .

ژن PR5K در آرابیدوپسیس یک پروتئین کینازی را کد می کند که در عرض غشاء‌ قرار می گیرد و حوزه کینازی در آن مشابه Pto ، Xa21 و حوزه خارج سلولی آن مشابه یک پروتئین ضد قارچی با بیماریزایی (پروتئین PR ) به نام PR5 می باشد .

PR5 و PR5K نیز مانند SLG و SRK احتمالاً با پروتئین های هدف مشترک و یا مربوط به هم بر هم کنش نشان می دهند .

سیستم مشابه دیگر ، شباهت زیاد بین LRR های Cf-9 و Cf-2 و پروتئین های مهار کننده پلی گالاکتوروناز (PGIPs) است .

پلی گالاکنورونازهای قارچی عوامل بیماریزایی هستند که هموگلاکتورونان ها را در دیواره سلول گیاهی هیدرولیزه می کنند .

به همین ترتیب در گیاهان نیز پروتئین هایی وجود دارند که عمل پلی گالاکتورونازها را متوقف می کنند که به آنها PGIP گویند .

در حقیقت PGIP ها گیرنده های با میل ترکیبی بالا هستند که پلی گالاکتورونازهای قارچی را مهار می کنند .

پیشنهاد شده است که PGIP ها در پیام دفاعی نقش دارند .

زیرا فرآورده های خرد شده حدواسط الیگو گالاکتورناید ( با زنجیره ای به طول 10 تا 14 واحد ) که در نتیجه مهار ناقص پلی گالاکتوروناز قارچی تجمع می یابند می تواند به عنوان ترکیبات القاء کننده دفاع عمل نمایند .

شباهت بین بسیاری از فرآورده های ژنهای R و پروتئینهایی با عمل ناشناخته از قبیل شباهت بین گیرنده کینازی LRR یا TMKl و RLK5 نیز می تواند به عنوان راهنمایی ما را در جهت درک بهتر عمل ژنهای R رهنمون سازد .

به عنوان مثال کشف بر هم کنش بین RLK5 و پروتئین فسفاتازی به نام KAPP می تواند نشانه ای از این باشد که پروتئین فسفاتازها هم در انتقال پیام دفاعی نقش دارند .

شکل 2 – مدل فرضی انتقال پیام توسط ژنهای مقاومت در این مدل فرآورده ژنهای Pto و Prf در سمت داخلی غشاء پلاسمایی به یکدیگر متصل می شوند .

Pto پس از اتصال الیسیتور avrPto فسفریله می شود و سپس دومین کیناز در آبشار کینازی ، به نام Ptil ، را فسفریله می کند و سپس بطور مستقیم یا غیر مستقیم اجزاء حدواسط مسیر انتقال پیام ، مانند کمپلکس آنزیمی NADPH – اکسیداز ( ایجاد کننده انفجار اکسیداتیو ) و رها سازی اسید سالیسیلیک را فعال می نماید .

این عوامل واکنش های دفاعی از قبیل اتصال دیواره سلولی و بیان ژنهای دفاعی مانند بتا – 3،1- گلوکاناز و فنیل آلانین آمونیا – لیاز را القاء می کنند .

واکنش های دیگر عبارتند از فعال شدن کانالهای یونی و رویداد مرگ برنامه ریزی شده سلولی (HR) مسیر انتقال پیام دیگر مستقیماً از Pto به شروع شده و به سمت فعال سازی عامل رونویسی Pti5 و در نتیجه بیان ژنهای دفاعی منتهی می شود .

Fen به عنوان همولوگPto در دریافت لیگاند متفاوتی ( حشره کش فنتیون ) نقش دارد و آبشار انتقال پیام متفاوتی ( اما در عین حال دارای برخی موارد مشترک ) را فعال می نماید .

این مدل یکی از بسیار مدل مفروض پیشنهاد شده می باشد و مدلهای دیگری که برای فعالیت سایر فرآورده های ژنهای R پیشنهاد شده اند از بسیاری لحاظ متفاوت می باشند .