Khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi ở thực vật Phần 1

Trừu tượng:

Nhiều khả năng miễn dịch chống vi-rút đã được phát triển để bảo vệ chống lại sự lây nhiễm vi-rút ở vật chủ. Khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên can thiệp RNA (RNAi) được bảo tồn về mặt tiến hóa ở sinh vật nhân chuẩn và đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các loại vi-rút. Trong cuộc chạy đua vũ trang giữa vật chủ và vi-rút, nhiều vi-rút phát triển các chất ức chế vi-rút làm im lặng RNA (VSR) để ức chế khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút. Ở đây, chúng tôi đã xem xét cơ chế ở các giai đoạn khác nhau trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi ở thực vật và sự phản tác dụng của các VSR khác nhau, chủ yếu khi lây nhiễm vi-rút RNA trong cây Arabidopsis của cây mẫu. Một số thách thức quan trọng trong lĩnh vực này cũng đã được đề xuất và chúng tôi nghĩ rằng việc làm sáng tỏ thêm khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút được bảo tồn có thể truyền đạt một loạt các chiến lược chống vi-rút để ngăn ngừa các bệnh do vi-rút trong tương lai.

Giữa miễn dịch kháng virus và miễn dịch có mối quan hệ mật thiết với nhau.

1. Miễn dịch là chìa khóa chống lại virus: Hệ thống miễn dịch là một trong những cơ chế bảo vệ quan trọng nhất trong cơ thể. Hệ thống miễn dịch bảo vệ cơ thể khỏi bệnh tật bằng cách tiêu diệt, kiểm soát và ngăn chặn virus xâm nhập cơ thể. Nếu bạn có một hệ thống miễn dịch khỏe mạnh, bạn sẽ có phản ứng miễn dịch chống vi-rút tốt hơn và khả năng chống lại nhiễm vi-rút tốt hơn.

2. Miễn dịch kháng vi-rút là chìa khóa của miễn dịch: đáp ứng miễn dịch kháng vi-rút đề cập đến phản ứng miễn dịch của hệ thống miễn dịch đối với sự xâm nhập của vi-rút vào cơ thể. Trong quá trình này, cơ thể tạo ra các kháng thể và tế bào miễn dịch nhận biết và loại bỏ vi-rút. Các kháng thể và tế bào miễn dịch này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau tạo nên khả năng miễn dịch, giúp tăng cường chức năng của hệ thống miễn dịch và nâng cao khả năng chống lại virus của cơ thể.

3. Miễn dịch và miễn dịch kháng virus phụ thuộc lẫn nhau: Miễn dịch kháng virus và miễn dịch phụ thuộc lẫn nhau. Những người có khả năng miễn dịch yếu đã giảm sức đề kháng với vi rút và dễ bị nhiễm trùng và hậu quả nghiêm trọng, trong khi những người có phản ứng miễn dịch kháng vi rút yếu dễ bị nhiễm vi rút, do đó ảnh hưởng đến chức năng của hệ thống miễn dịch.

Do đó, duy trì khả năng miễn dịch tốt có thể cải thiện phản ứng miễn dịch kháng vi-rút và ngăn ngừa nhiễm vi-rút. Trong khi đó, đối với một số loại vi-rút cụ thể, chẳng hạn như coronavirus, vắc-xin cũng có thể được sử dụng để kích hoạt và tăng cường phản ứng miễn dịch chống vi-rút của hệ thống miễn dịch. Do đó, chúng ta nên chú ý đến việc thúc đẩy khả năng miễn dịch. Cistanche có thể cải thiện khả năng miễn dịch, và hỗn hợp thịt rất giàu nhiều loại chất chống oxy hóa, chẳng hạn như vitamin C, caroten, v.v., có thể loại bỏ các gốc tự do, giảm stress oxy hóa và nâng cao sức đề kháng của hệ thống miễn dịch.

Nhấp vào bột chiết xuất cistanche tubulosa

từ khóa:

vi-rút; miễn dịch bẩm sinh kháng virus; RNAi; ARN nhỏ; VSR.

1. Giới thiệu

Hiện tượng làm im lặng RNA lần đầu tiên được quan sát thấy ở thực vật vào năm 1990 khi việc đưa gen chuyển tổng hợp chalcone vào cây dã yên thảo đã dẫn đến việc ngăn chặn các gen tương đồng nội sinh [1,2]. Năm 1998, Andrew Fire và Craig Mello đã phát hiện ra rằng RNA sợi đôi (dsRNA) gây ra sự can thiệp mạnh mẽ và cụ thể trong Caenorhabditis Elegant [3] và gọi là hiện tượng can thiệp RNA (RNAi), đã giành giải Nobel về Sinh lý học và Y học năm 2006 và mở ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sinh học [3,4]. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng RNAi được bảo tồn về mặt tiến hóa ở sinh vật nhân chuẩn và nó điều chỉnh tất cả các khía cạnh của các sự kiện sinh học [5,6]. Tín hiệu RNAi được thiết lập với việc xác định một số thành phần chính trong lộ trình.

Người ta đã phát hiện ra rằng RNA nhỏ không mã hóa được kích hoạt bởi RNA tự bổ sung hoặc RNA chuỗi kép (dsRNA) và hoạt động như tín hiệu thực sự và yếu tố quyết định tính đặc hiệu của quá trình làm im lặng gen. Tương ứng, RNA nhỏ song công sơ cấp được tạo ra bằng cách xử lý RNA kẹp tóc hoặc DSRNA thành microRNA hoặc siRNA bằng cách sử dụng một Dicer cụ thể [7]. Ngoài ra, RNA nhỏ thứ cấp thường cần được tạo ra thông qua quá trình khuếch đại bởi RNA polymerase phụ thuộc RNA (RdRP) để làm im lặng gen hiệu quả. RNA nhỏ song công sau đó có thể được methyl hóa bởi HEN1 để tăng tính ổn định và được nạp vào các protein Argonaute (AGO) hiệu ứng [8]. Chuỗi chuyển tiếp của RNA nhỏ song công bị phân hủy bởi AGO và chuỗi được hướng dẫn sẽ duy trì để tạo thành phức hợp im lặng do RNA gây ra (RISC) [9]. RISC sau đó nhắm mục tiêu RNA bổ sung bằng cách bắt cặp cơ sở để làm trung gian cho sự suy giảm hoặc ức chế dịch mã trong quá trình làm im lặng gen sau phiên mã (PTGS) hoặc gây ra sự im lặng gen phiên mã (TGS).

Có hai loại RNA nhỏ nội sinh chính trong thực vật: microRNA (miRNA) và siRNA [10]. miRNA và siRNA tương ứng được tạo ra từ quá trình xử lý RNA hoặc dsRNA của kẹp tóc bởi một Dicer cụ thể. miRNA, thường có chiều dài 21 nt, được sản xuất bởi Dicer-like 1 (DCL1) trong cây Arabidopsis. Các miRNA nội sinh thường làm trung gian cho PTGS và đóng vai trò thiết yếu trong tất cả các khía cạnh của quá trình phát triển thực vật.

Hơn nữa, siRNA 21, 22 và 24 nt tương ứng được sản xuất bởi DCL4, DCL2 hoặc DCL3 trong cây Arabidopsis và cũng điều chỉnh các quá trình sinh học khác nhau. Trong khi các siRNA nội sinh 21 và 22 nt thường làm trung gian cho PTGS, chẳng hạn như tasiRNA 21 nt liên quan đến quá trình hình thành lá, thì các siRNA nội sinh 24 nt chủ yếu làm trung gian cho TGS thông qua quá trình methyl hóa DNA.

Khi nhiễm mầm bệnh, các kích thước khác nhau của siRNA có nguồn gốc từ RNA của mầm bệnh cũng được tạo ra để tạo ra khả năng miễn dịch chống vi trùng dựa trên RNAi để tạo ra sức đề kháng cho vật chủ [10,11]. Khả năng phòng chống vi-rút dựa trên RNAi lần đầu tiên được phát hiện ở thực vật [12,13]. Sau đó, nó được phát hiện đóng một vai trò quan trọng trong khả năng miễn dịch chống vi-rút ở động vật không xương sống [14] và động vật có vú [15,16]. Dựa trên những phát hiện trong quá trình làm im lặng gen chuyển và làm im lặng gen nội sinh, chức năng của DCL, AGO và RDR (RNA Polymerase phụ thuộc RNA) trong khả năng miễn dịch chống vi-rút đã được mô tả.

Giờ đây, người ta đã nhận ra rằng khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi sẽ được tạo ra để ngăn chặn sự xâm nhập của tất cả các loại vi-rút RNA hoặc DNA ở hầu hết tất cả các sinh vật nhân chuẩn (Hình 1). Mặt khác, nhiều loại virus, đặc biệt là virus gây bệnh, tiến hóa để mã hóa VSR nhằm tấn công các bước khác nhau của con đường kháng virus dựa trên RNAi (Hình 1). Sự phổ biến của VSR góp phần gây ra dịch bệnh do virus; nó cũng làm mù quáng sự đánh giá của chúng ta về khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi. Ngoài ra, VSR cũng cản trở chúng tôi sử dụng sàng lọc di truyền cổ điển để xác định các cơ quan quản lý mới trong con đường kháng vi-rút trong nhiều thập kỷ cho đến khi gần đây một phương pháp di truyền hiệu quả được phát triển để vượt qua rào cản [17,18].

Ở đây, chúng tôi sẽ xem xét nhận thức về RNA của vi-rút và sự khởi đầu của quá trình bảo vệ, sản xuất và khuếch đại siRNA của vi-rút dựa trên RNAi (siRNA) và các chức năng của tác nhân RNAi chống vi-rút Argonautes, với sự nhấn mạnh vào tiến bộ gần đây trong lĩnh vực này, thách thức các câu hỏi hiện có về cây mô hình Arabidopsis. Một số VSR của virus thực vật và chức năng của chúng cũng được tóm tắt để hiểu rõ hơn về cuộc chạy đua vũ trang giữa ký chủ thực vật và virus. Chúng tôi xin lỗi vì một số tiến bộ nghiên cứu trong lĩnh vực này có thể không được đưa vào.

2. Nhận thức về RNA của vi-rút và Bắt đầu phòng thủ chống vi-rút dựa trên RNAi

Virus gần như là sinh vật nhỏ nhất trên Trái đất, với cấu trúc cổ điển trong đó vật liệu di truyền, RNA hoặc DNA, được đóng gói trong lớp vỏ protein. Virus cần được làm tê liệt trong vật chủ và nhân lên bằng cách sử dụng vật chất và năng lượng của vật chủ. Không giống như các mầm bệnh vi khuẩn khác, các thụ thể nhận dạng mẫu (PRR) không được tìm thấy để nhận biết virus trên màng tế bào của vật chủ. Sau khi vi-rút xâm nhập vào tế bào chủ, các RNA vi-rút sợi đôi sẽ được tạo ra trong quá trình sao chép vi-rút thông qua quá trình sao chép vi-rút, các protein Dicer của vật chủ sẽ nhận biết và cắt các RNA vi-rút sợi kép để tạo ra siRNA có độ dài 21–24 nt. Do đó, protein Dicer có thể được coi là PRR của vi-rút được sử dụng để bắt đầu con đường kháng vi-rút dựa trên RNAi.

Dicer thuộc họ giống RNaseIII và có endonuclease được bảo tồn cao ở sinh vật nhân chuẩn [19]. Ở cây Arabidopsis, có bốn loại protein giống Dicer (DCL): DCL1, DCL2, DCL3 và DCL4. Tất cả chúng đều chứa năm miền là DExD-helicase, helicase-C, miền chức năng không xác định 283 (DUF283), miền Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ), hai miền RNase III song song và một hoặc hai miền liên kết DSRNA ( dsRBDs) từ đầu N đến đầu C [20] (Hình 2). DCL3 không có miền helicase-C. Nói chung, miền helicase sử dụng quá trình thủy phân ATP để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo gỡ DSRNA [19,21].

Miền DUF283 gần đây đã được mô tả để tạo điều kiện thuận lợi cho việc ghép cặp cơ sở RNA-RNA và liên kết RNA [22,23]. Miền PAZ và RNase III rất quan trọng đối với quá trình phân tách dsRNA, miền PAZ nhận ra đầu cuối của miền DSRNA và RNase III và cắt một trong các chuỗi của DSRNA, đồng thời khoảng cách giữa miền PAZ và miền RNase III được xác định theo độ dài của sản phẩm [22,24]. Miền dsRBD tạo điều kiện thuận lợi cho liên kết dsRNA và cũng đóng vai trò là tín hiệu định vị hạt nhân phi cổ điển [23].

DCL1 chủ yếu tham gia vào quá trình sinh học của 21 nt micro-RNA (miRNA), đóng vai trò thiết yếu trong tất cả các khía cạnh của sự phát triển thực vật và phản ứng của thực vật đối với các kích thích môi trường [25]. DCL1, protein liên kết DsRNA 1(DRB1) (còn được gọi là HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1) và SERRATE (SE) tạo thành các thể phân cắt hạt nhân để nhận ra cấu trúc kẹp tóc của tiền-miRNA và tuần tự cắt tiền-miRNA thành tiền chất miRNA (tiền -miRNA) và pre-miRNA thành miRNA trưởng thành [21,26]. Gần đây, có báo cáo rằng sự phân tách pha của SE thúc đẩy quá trình lắp ráp cơ thể dạng hạt lựu và thúc đẩy quá trình xử lý miRNA của DCL1 trong cây Arabidopsis [27]; SE-Associated Protein 1 cũng thúc đẩy quá trình sinh học miRNA bằng cách điều chỉnh quá trình nối, xử lý và ổn định của miRNA sơ khai [28].

Do đó, các đột biến DCL1 mất chức năng, gây chết phôi và thậm chí cả đột biến dị hình DCL1 cũng cho thấy các khiếm khuyết phát triển đa hướng do quá trình sinh học miRNA bị gián đoạn [29]. DCL1 có thể gián tiếp hoạt động trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi bằng cách kiểm soát quá trình sinh học của một số miRNA. Có báo cáo rằng miR168 điều chỉnh tiêu cực sự tích lũy AGO1 trong thực vật [30], và miR482 hoặc miR6019/miR6020 tương ứng làm giảm khả năng kháng vi-rút của gen R trong cà chua hoặc thuốc lá [31,32]. DCL1 cũng có thể thúc đẩy quá trình sinh học siRNA qua trung gian DCL khác [33,34].

DCL2 chịu trách nhiệm xử lý các phân tử RNA sợi đôi (dsRNA) ngoại sinh hoặc siRNA đối nghĩa tự nhiên thành 22-nt siRNA trong cây Arabidopsis [35,36]. Tuy nhiên, DCL2 chỉ thay thế để bắt đầu khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi ở cây Arabidopsis khi chức năng của DCL4 bị hủy bỏ [37,38]. Thật thú vị, các nghiên cứu gần đây cho thấy siRNA 22 nt nội sinh khổng lồ có thể được tích lũy khi con đường phân rã RNA tế bào chất và chức năng của DCL4 bị lỗi; những siRNA này có thể kích hoạt sự ức chế tịnh tiến toàn cầu và cụ thể của gen và dẫn đến rối loạn tăng trưởng đa hướng [39]. Tuy nhiên, nhiều chỉnh hình của DCL2 tồn tại trong các cây khác và có thể tiến hóa để sở hữu các chức năng. Ví dụ, một nghiên cứu đã chứng minh rằng DCL2b, một trong số bốn chất tương đồng DCL2 ở cà chua, đóng một vai trò quan trọng trong việc chống lại sự lây nhiễm vi rút khảm cà chua (ToMV) bằng cách tạo ra siRNA 22 nt trong cà chua [40].

DCL3 tạo ra siRNA 24nt để điều chỉnh quá trình methyl hóa DNA phụ thuộc RNA (RdDM) trong quá trình làm im lặng gen phiên mã (TGS) ở cây Arabidopsis [41]. Gần đây, cấu trúc tiền siRNA của DCL3-đã tiết lộ rằng DCL3 đã sử dụng một túi tích điện dương và một nắp thơm để lần lượt nhận ra 50 -adenosine được phosphoryl hóa của chuỗi dẫn hướng và 30 phần nhô ra của chuỗi bổ sung . Các miền RNase III được ghép nối của DCL3 cắt cả hai chuỗi RNA, xác định độ dài chính xác của RNA nhỏ sản phẩm [42]. Các siRNA 24 nt nội sinh chủ yếu được sản xuất từ ​​dị nhiễm sắc hoặc vùng giàu trình tự lặp lại bởi DCL3 để duy trì sự im lặng của transposon hoặc sự ổn định của bộ gen; Các siRNA 24 nt cũng ức chế quá trình phiên mã của gen chuyển hoặc DNA ngoại sinh khác, chẳng hạn như virus DNA [43–45]. Có báo cáo rằng sau khi virus DNA lây nhiễm, 24 nt vsiRNA được sản xuất để điều chỉnh quá trình methyl hóa DNA và biến đổi histone của DNA virus và để ngăn ngừa nhiễm virus [46,47].

DCL4 tách dsRNA nội sinh dài để tạo ra siRNA 21 nt, chẳng hạn như siRNA chuyển hóa (ta-siRNA), rất quan trọng cho sự phát triển của thực vật [48–51]. Arabidopsis dcl4 đột biến cho thấy kiểu hình của các lá hình hoa thị dài, cong xuống [51,52] và tăng cường tích lũy anthocyanin [53,54]. Trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi, DCL4 nhận biết và cắt dsRNA dài của vi-rút để tạo ra siRNA 21 nt để ngăn ngừa nhiễm vi-rút, đặc biệt là sau khi nhiễm vi-rút RNA ở cây Arabidopsis và các cây khác [49].

Mặc dù mỗi DCL chịu trách nhiệm sản xuất RNA nhỏ riêng biệt, nhưng chúng có thể hoạt động dư thừa hoặc theo thứ bậc trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi. Ví dụ, DCL4 được coi là chất ức chế nội sinh để kìm hãm quá trình sản xuất qua trung gian DCL2-của siRNA 22 nt [39,55]; tuy nhiên, DCL2 hoạt động dư thừa trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi, đặc biệt là khi chức năng của DCL4 bị tổn hại [56]. Do đó, trong trường hợp không có cả DCL2 và DCL4, hiệu giá virus sẽ tăng lên đáng kể [18,57,58]. Hơn nữa, siRNA 21 nt do DCL4 sản xuất cũng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho con đường RdDM để bảo vệ chống lại sự lây nhiễm của virus DNA [41]. DCL2 và DCL3 cần hoạt động cùng nhau để bảo vệ chống lại viroid củ khoai tây [59]. Ngoài ra, DCL1 có khả năng tạo ra siRNA 21 nt khi không có DCL2, DCL3 và DCL4 [55,57].

Các protein liên kết với DsRNA (DRB) cũng được yêu cầu để DCL nhận thức và phân chia chính xác các RNA của virus [60]. Bộ gen của cây Arabidopsis mã hóa năm protein DRB: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 và DRB5 [61]. Chúng chứa một đến ba họa tiết liên kết dsRNA được bảo tồn (DSRBM), bao gồm khoảng 70 axit amin, tạo thành các nếp gấp - - - - và hai chuỗi xoắn để tương tác với dsRNA [62,63]. DRB tương tác với các DCL cụ thể để thực hiện chức năng đặc biệt của chúng trong quá trình sinh học RNA nhỏ và phòng chống vi-rút [60]. Ví dụ, sự tương tác giữa DRB1 (HYL1) và DCL1 là cần thiết cho quá trình sinh học miRNA và có liên quan đến việc chọn tải chuỗi dẫn hướng vào RISC [64–66].

DRB4 tương tác với DCL4 để tạo thành một loại cơ thể hạt lựu khác để xử lý siRNA hiệu quả. Đã có báo cáo rằng đột biến DRB4 dẫn đến khiếm khuyết trong khả năng phòng chống vi-rút chống lại sự lây nhiễm của vi-rút khảm vàng củ cải (TYMV) [67]. Đột biến drb3 siêu mẫn cảm với virus xoăn lá bắp cải (CaLCuV) và virus xoăn đầu củ cải đường (BCTV), và quá trình methyl hóa bộ gen của virus đã giảm đáng kể ở drb3 [47]. DRB2 gần đây được đặc trưng là một tác nhân chống vi-rút phổ rộng; sự biểu hiện quá mức của DRB2 làm giảm sự tích tụ của một số loại vi-rút RNA khác nhau, bao gồm vi-rút rattle thuốc lá (TRV), vi-rút gây bệnh lùn sọc lá cà chua (TBSV), vi-rút khoai tây X (PVX) và vi-rút lá quạt nho (GFLV) [68].

3. Sản xuất và khuếch đại siRNA

Sau khi nhận biết và phân chia dsRNA của virus thông qua DCL, vsiRNA sơ cấp sẽ được tạo ra. Tuy nhiên, vsiRNA thứ cấp đầy đủ phải được tạo ra thông qua quá trình khuếch đại để phòng chống vi-rút hiệu quả. Các protein RNA polymerase phụ thuộc RNA (RdRP) của vật chủ là các yếu tố cốt lõi để khuếch đại vsiRNA thứ cấp ở thực vật và Caenorhabd viêm thanh lịch. Chúng tạo ra dsRNA của virus theo cấp số nhân, đóng vai trò là chất nền DCL cho quá trình sinh học vsiRNA, có thể sử dụng RNA virus bị cắt ngắn làm mẫu [18,69,70].

Có sáu protein RdRP trong cây Arabidopsis (RDR1 đến RDR6). RDR1, RDR2 và RDR6 đều có chung mô-đun DLDGD xúc tác chính tắc ở đầu C của RDR sinh vật nhân thực và có các ortholog ở nhiều loài thực vật, trong khi RDR3, RDR4 và RDR5 chia sẻ mô-đun axit amin DFDGD không điển hình trong miền xúc tác [71]. RDR1, RDR2 và RDR6 đã được chứng minh rõ ràng để kiểm soát khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi ở cây Arabidopsis, mặc dù chức năng của RDR3, RDR4 và RDR5 lặp lại song song trong bộ gen của cây Arabidopsis không được xác định.

RDR1 có thể được gây ra do nhiễm vi-rút [72], viroid [73] hoặc điều trị bằng axit salicylic [74]. Nó đã được tìm thấy để khuếch đại siRNA 21 nt hoặc 22 nt trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi, đặc biệt là khi nhiễm vi-rút RNA. RDR1 không điều chỉnh sinh học siRNA nội sinh hoặc phát triển thực vật. Tuy nhiên, người ta thấy rằng RDR1 làm trung gian cho việc sản xuất siRNA nội sinh do virus kích hoạt (siRNA), một loại siRNA chủ mới có thể góp phần bảo vệ chống lại virus ở thực vật [72].

RDR6 được biểu hiện cấu thành trong các mô khác nhau ở cây Arabidopsis. RDR6 không chỉ thúc đẩy khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi bằng cách làm trung gian cho quá trình sinh học vsiRNA, đặc biệt là sau khi lây nhiễm vi-rút RNA, mà nó còn kiểm soát sự phát triển của thực vật bằng cách làm trung gian cho quá trình sinh học của siRNA nội sinh, chẳng hạn như siRNA [75,76]. RDR6 thường hình thành các thể siRNA với bộ ức chế gen im lặng 3 (SGS3) để hoạt động hợp tác trong các quy trình [77–80]. Do đó, thể đột biến rdr6 và thể đột biến sgs3 thể hiện những khiếm khuyết giống nhau trong quá trình phát triển và bảo vệ chống vi-rút [78,81–83]. Điều thú vị là RDR6 và miR472 cũng có thể điều chỉnh tiêu cực khả năng miễn dịch kích hoạt PAMP (PTI) và miễn dịch kích hoạt hiệu ứng (ETI) thông qua kiểm soát sau phiên mã các gen kháng bệnh [84] và góp phần hình thành đứt gãy sợi kép trong giảm phân ở các cây khác [75]. Bên cạnh đó, lúa (Oryza sativa) RDR6 đóng vai trò kháng vi-rút trong việc chống lại vi-rút sọc lúa (RSV) [85].

RDR2 chủ yếu liên kết với Pol IV để tạo thành một phức hợp phiên mã các tiền chất dsRNA ngắn, được DCL3 phân cắt để tạo ra siRNA 24 nt để điều khiển quá trình methyl hóa DNA [86–89], mặc dù RDR2 cũng có thể tạo ra 23 để RNA nhỏ 27 nt từ gen MIR để làm trung gian cho quá trình methyl hóa DNA [90]. Đã có báo cáo rằng RDR2, Pol IV và DCL3, các thành phần cốt lõi trong con đường RdDM, làm trung gian sản xuất 24 nt vsiRNA và đóng vai trò chính chống lại sự lây nhiễm của virus DNA, chẳng hạn như geminiviruses [44,45]. Thật thú vị, siRNA 21 nt được khuếch đại thông qua RDR1 và RDR6 cũng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho con đường RdDM và góp phần bảo vệ thực vật chống lại virus DNA [91,92].

Một số yếu tố mới liên quan đến sự khuếch đại của vsiRNA thứ cấp cũng đã được phát hiện gần đây. RNAi-khiếm khuyết 1(AVI1)/aminophospholipid vận chuyển ATPase 2 (ALA2), ALA1 và AVI2 của kháng vi-rút đã được xác định thông qua sàng lọc di truyền chuyển tiếp mạnh mẽ bằng cách sử dụng đột biến vi-rút khảm dưa chuột (CMV) trong đó mã khởi động của VSR-2b đã bị đột biến [17,93–95].

Ở thể đột biến ala1/ala2 hoặc avi2, việc sản xuất các vsiRNA thứ cấp đã giảm đáng kể. ALA1/ALA2 chứa cấu trúc ATPase loại P4-điển hình (Hình 2) và có thể vận chuyển các phospholipid cụ thể qua màng tế bào ở thực vật. ALA1 và ALA2 có thể hợp tác với RDR1 và RDR6 để thúc đẩy quá trình sinh học vsiRNA thứ cấp, có thể bằng cách xác định vị trí tế bào của phospholipid cơ chất của nó [17,94]. AVI2 cũng được đặt tên là yếu tố tăng cường mới của rdr6 3 (ENOR3) vì nó cũng được xác định thông qua sàng lọc di truyền từ nền tảng rdr6 bằng cách sử dụng một đột biến CMV khác trong đó gen 2b đã bị xóa [96]. AVI2, một chất vận chuyển magiê giả định trong cây Arabidopsis, cũng thúc đẩy RDR1 và RDR6 phụ thuộc vào quá trình sinh học siRNA thứ cấp [93]. Thật thú vị, trình kích hoạt phiên mã liên kết với balmodulin-3 (CAMTA3) gần đây đã được tìm thấy để kích hoạt nuclease nhị phân-2 (BN2) để ổn định AGO1/2 và DICER-LIKE1 và kích hoạt RDR6 để khuếch đại các vsiRNA [97 ].

RDR và ​​các yếu tố mới như ALA1/2 và AVI2 được bảo tồn rộng rãi ở thực vật và giun để đảm bảo đủ quá trình sinh học của vsiRNA để có khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi hiệu quả. Tuy nhiên, RDR không có ở Drosophila, chuột và người, trong đó một cơ chế khác gần đây đã được phát hiện để khuếch đại siRNA thông qua DNA vòng ngoại bào [21]. Liệu cơ chế mới có tồn tại ở thực vật hay giun hay không vẫn còn đang được nghiên cứu.

4. Chức năng kháng virus của RNAi Effector Argonautes

siRNA phải được tải vào bộ lọc AGO để tạo thành RISC, sau đó nhắm mục tiêu bộ gen virus bổ sung cho PTGS hoặc TGS trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi. Effector AGOs được bảo tồn tiến hóa và phổ biến rộng rãi ở sinh vật nhân chuẩn, mặc dù không có ở sinh vật nhân sơ [98]. Chúng đã được chứng minh là có thể điều chỉnh nhiều tiến trình sinh học trong quá trình phát triển của thực vật và phản ứng của thực vật đối với các kích thích môi trường [98–103], bên cạnh chức năng phòng chống vi rút của chúng. Các nghiên cứu về tinh thể cho thấy các AGO của sinh vật nhân chuẩn chính tắc chứa năm miền được gọi là miền đầu cuối N (N), miền PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ), miền giữa (MID), miền PIWI và miền chức năng không xác định 1785 (DUF1785) [ 104,105] (Hình 2).

Miền N có thể chặn ghép nối hướng dẫn-đích ngoài vị trí 16, miền PAZ nhận ra 30 đầu của sRNA, miền MID neo giữ 50 phốt phát của sRNA, miền PIWI sở hữu hoạt động ribonuclease để cắt RNA đích [106–108] và chức năng của các miền DUF1785 gần đây đã được chứng minh là làm suy yếu các song công siRNA và miRNA phù hợp hoàn hảo [109]. Cùng nhau, tất cả các miền tạo điều kiện cho sự kết hợp chính xác giữa sRNA và RNA đích để đảm bảo im lặng thích hợp.

Mười AGO được mã hóa trong Arabidopsis [110–113]. AGO1 và AGO2 là thành phần chính của khả năng miễn dịch kháng vi-rút qua trung gian RNAi chống lại vi-rút RNA [100]. AGO1 cũng hoạt động như một tác nhân của miRNA để điều chỉnh tất cả các khía cạnh phát triển của cây bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện của các gen nội sinh [114–122]. Do đó, các đột biến loại trực tiếp ago1 gây chết người. Do đó, chức năng của AGO1 trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi chỉ được kiểm tra bằng cách sử dụng các đột biến AGO1 dị hình, chẳng hạn như trước đây1-27, vẫn hiển thị các khiếm khuyết phát triển nghiêm trọng [123]. Không giống như AGO1, AGO2 không tham gia điều hòa sự phát triển của thực vật và đột biến ago2 không biểu hiện các khiếm khuyết về sinh trưởng và phát triển; AGO2 chỉ có thể điều chỉnh khả năng bảo vệ thực vật ở Arabidopsis. Có báo cáo rằng AGO2 thích liên kết vsiRNA với 50 đầu cuối A và AGO1 thích U hơn [124]. AGO2 là cần thiết để chống lại nhiều loại virus thực vật [56,125–128].

Cũng có báo cáo rằng hoạt động xúc tác của AGO2 là cần thiết cho hoạt động kháng vi-rút tại chỗ và toàn thân [125,127], trong khi đột biến ago1 có hoạt tính xúc tác nguyên vẹn dễ bị nhiễm vi-rút [123]. AGO2 cũng tham gia vào quá trình kháng lại vi khuẩn gây bệnh thực vật Pseudomonas syringae [129], và AGO2 liên kết với miR393b* và làm im lặng MEMB12 để điều chỉnh quá trình xuất bào của protein PR kháng vi-rút và tăng hoạt tính kháng vi-rút [129]. Do đó, AGO1 và AGO2 có thể đóng những vai trò riêng biệt trong việc phòng chống vi-rút ở thực vật.

AGO4, AGO6 và ​​AGO9 là những tác nhân chính hoạt động trong con đường RdDM ở cây Arabidopsis. AGO4, AGO6 và ​​AGO9 đã được chứng minh là liên kết với các RNA can thiệp nhỏ dị sắc 24 nt (het-siRNA) và góp phần vào con đường RdDM [130,131]. Có báo cáo rằng AGO4 chủ yếu chống lại sự xâm lấn của virus DNA thông qua điều chỉnh RdDM, như đã báo cáo rằng các đột biến ago4 dễ bị lây nhiễm BCTV do quá trình hypermethylation giảm dần trên bộ gen BCTV [47]. Đáng ngạc nhiên, các đột biến ago4 nhạy cảm với một số loại vi-rút RNA, chẳng hạn như vi-rút củ cải giòn (TCV), vi-rút khảm tre (BaMV) và vi-rút khảm Plantago asiatica (PlAMV) [132–135] thông qua một cơ chế độc lập với con đường RdDM [135 ].

Đối với các tác nhân AGO khác, AGO5 cùng với AGO2 tham gia giảm lây nhiễm toàn thân vi rút X (PVX) ở khoai tây, trong khi AGO5 chỉ đóng vai trò thứ yếu khi AGO2 bị khắc phục ở những lá bị nhiễm ban đầu [136]. AGO7 (còn được gọi là ZIP) được phát hiện là một yếu tố quan trọng trong quá trình lây nhiễm TCV bằng phương pháp phân tích bệnh dựa trên hình ảnh [132]. AGO7 cũng có thể liên kết với miR390 và làm trung gian cho quá trình sinh học của siRNA nội sinh [137]. AGO10 hợp tác với AGO1 và có vai trò dự phòng trong việc bảo vệ các mô phát hoa khỏi sự lây nhiễm của vi rút khảm củ cải (TuMV) [125], bên cạnh chức năng điều chỉnh sự phát triển mô phân sinh ngọn chồi bằng cách liên kếtmiR165/166 [138].

Thật thú vị, hơn 10 ortholog AGO đã được tìm thấy trong một số loại cây trồng quan trọng như lúa và cà chua, với 19 ortholog ở lúa và 15 ở cà chua. Chúng có thể tiến hóa để có các chức năng khác biệt trong việc phát triển và phòng thủ chống vi-rút. Ví dụ, khi bị nhiễm virut sọc lúa (RSV), protein vỏ RSV (CP) kích hoạt sự tích lũy JA và điều chỉnh tăng yếu tố phiên mã đáp ứng JA JAMYB để liên kết trực tiếp với trình khởi động AGO18 để kích hoạt phiên mã AGO18 [139]. AGO18 sẽ liên kết và cô lập miR168, làm tăng tích lũy AGO1 cho quá trình kháng vi-rút [140]. Mặt khác, AGO18 ưu tiên liên kết miR528 để điều chỉnh tăng sự tích lũy ROS và chống lại sự lây nhiễm vi rút [141]. Dữ liệu chưa được công bố của chúng tôi cũng cho thấy rằng một số chỉnh hình AGO trong cà chua có các chức năng khác biệt so với Arabidopsis.

5. Thuốc ức chế virus RNAi

Trong cuộc chạy đua vũ trang phòng thủ và phản công giữa cây ký chủ và vi rút, vi rút tiến hóa protein VSR để ức chế khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi rút dựa trên RNAi. VSR nhắm vào các bước khác nhau của con đường kháng vi-rút dựa trên RNAi để chống lại khả năng miễn dịch chống vi-rút được bảo tồn (Bảng 1) [142,143].

Một phản ứng rất phổ biến của VSR là cản trở quá trình khuếch đại siRNA. Ví dụ: 2b của CMV, C1 của vi rút xoăn vàng lá cà chua Trung Quốc (TYLCCNV) và P6 của vi rút vàng lùn lúa (RYSV) can thiệp vào quá trình sinh học phụ thuộc RDR1/6-của siRNA thứ cấp [155,180,185]. V2 của geminivirus vàng lá cà chua (TYLCV), P2 của RSV và P4 của virus khảm sọc lúa (RMSV) tương tác với SGS3 để ức chế quá trình sinh học của siRNA thứ cấp [181,182,189]. Protein Geminivirus V2 cũng được phát hiện là phá vỡ tương tác calmodulin–CAMTA3, làm giảm biểu hiện của RDR6 để giảm quá trình sinh học vsiRNA [97].

Một số VSR đã được phát hiện là cản trở nhận thức hoặc phân chia DSRNA của virus. Ví dụ: CP của TCV có thể ức chế hoạt động cắt hạt lựu của DCL4 [55] và P6 của vi rút khảm súp lơ (CaMV) tương tác với DRB4 để chặn liên kết DSRNA [154]. Một số VSR, chẳng hạn như NS của vi rút héo đốm cà chua (TSWV) và Hc-Pro của vi rút khoai tây Y (PVY), cũng liên kết với dsRNA dài của vi rút, có thể ngăn chặn việc DCL cảm nhận hoặc xử lý các RNA vi rút. Một số VSR khác có thể nhắm mục tiêu trực tiếp vsiRNA để ức chế khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi. Ví dụ, P19, VSR nổi tiếng của các vi rút Tombus, liên kết và cô lập vsiRNA, trong khi RNase III của crinivirus chlorotic stunt crinivirus (SPCSV) của khoai lang liên kết và làm trung gian phân hủy siRNA, và HC-Pro của vi rút khảm vàng zucchini (ZYMV) làm giảm siRNA ổn định bằng cách làm xáo trộn quá trình methyl hóa siRNA bởi HEN1. Làm xáo trộn chức năng kháng vi-rút của AGO hiệu ứng là một chiến lược khác được một số VSR sử dụng. Ví dụ: P0 của vi rút cuốn lá khoai tây (PLRV) có thể làm trung gian cho sự thoái hóa của AGO1 và 2b của CMV có thể can thiệp vào AGO1 và AGO4 và làm rối loạn chức năng của chúng.

Đáng ngạc nhiên, không giống như các VSR ở trên chống lại khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút dựa trên RNAi, các cơ chế khác đã được tìm thấy để đối kháng với các phản ứng chống vi-rút của một số VSR. Gần đây, một nghiên cứu đã chỉ ra rằng VSR p19 có thể tương tác với kinase giống như thụ thể (RLK) BẤT KỲ MERISTEM 1 (BAM1) và BAM2 nào để ức chế sự di chuyển giữa các tế bào của quá trình làm im lặng RNA [193,194]. VSR C4 của virus Quảng Đông gây xoăn lá cà chua (ToLCGdV) cũng có thể tương tác với BAM1 để ngăn chặn PTGS và đảo ngược TGS qua trung gian methyl hóa [195]. Ngoài ra, bằng chứng tích lũy cho thấy các tương tác giữa virus và thực vật được điều biến theo kiểu autophagy [196,197]. Đã có báo cáo rằng thụ thể hàng hóa NEIGHBOR OF BRCA1 (NBR1) có thể nhắm mục tiêu HC-Pro để ngăn chặn sự tích tụ TuMV của virus [198]. Tuy nhiên, B, VSR của vi rút khảm sọc lúa mạch (BSMV), nhắm mục tiêu AUTOPHAGY PROTEIN7 (ATG7) để phá vỡ tương tác ATG7–ATG8 và thúc đẩy lây nhiễm vi rút [199].

Bây giờ chúng ta biết rằng hầu hết tất cả virus thực vật, đặc biệt là virus gây bệnh thực vật, đều có một hoặc nhiều VSR. Sự tồn tại của VSR góp phần vào sự xâm lược thành công của virus và dịch bệnh do virus; chúng cũng cản trở nghiêm trọng sự đánh giá của chúng ta về khả năng miễn dịch bẩm sinh chống vi-rút không thể thiếu ở thực vật và các sinh vật nhân chuẩn khác.

For more information:1950477648nn@gmail.com