Биологическое разнообразие генов гомологов дефензинов пшеницы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Антимикробные пептиды (АМП) являются основными компонентами врожденного иммунитета растений и животных. Гены АМП обладают значительным внутри- и межвидовым полиморфизмом, роль которого практически не изучена. Ранее нами методом глубокого секвенирования транскриптомов растений пшеницы были выявлены гены дефензинов, экспрессия которых усиливалась при заражении патогенным грибом Fusarium oxysporum и/или обработке индукторами устойчивости. В настоящей работе был проведен биоинформатический поиск в базах данных NCBI пептидов-гомологов этих дефензинов пшеницы по последовательностям их γ-коров − участков молекул, ответственных за антимикробную активность. Гомологи дефензина DEFL1-16 были выявлены у 95 видов покрытосеменных растений, относящихся к 48 семействам и принадлежащих к 30 порядкам одно- и двудольных растений. Повсеместное распространение этого дефензина у покрытосеменных растений позволяет высказать предположение о его участии не только в защите, но и в других процессах в цветковых растениях. Гомологи других дефензинов, индуцированных заражением, обнаружены только у растений семейства Poaceae, что предполагает наличие у мятликовых специфичного для этого семейства механизма защиты от патогенов, связанного с экспрессией этих дефензинов. Среди выявленных в ходе исследования вариантов γ-коров дефензинов дикорастущих растений могут быть пептиды с лучшей по сравнению с пшеницей антимикробной активностью, которые представляют несомненный интерес для разработки новых антибиотиков для медицины и сельского хозяйства.

Об авторах

М. П. Слезина

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Email: odintsova2005@rambler.ru
Россия, 119991, Москва

Е. А. Истомина

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Email: odintsova2005@rambler.ru
Россия, 119991, Москва

Т. И. Одинцова

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: odintsova2005@rambler.ru
Россия, 119991, Москва

Список литературы

  1. Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms // Nature. 2002. № 415. P. 389–395. https://doi.org/10.1038/415389a
  2. Tam J.P., Wang S., Wong K.H., Tan W.L. Antimicrobial peptides from plants // Pharmaceuticals. 2015. V. 8. № 4. P. 711–757. https://doi.org/10.3390/ph8040711
  3. Li J., Hu S., Jian W. et al. Plant antimicrobial peptides: structures, functions, and applications // Bot. Stud. 2021. V. 62. № 1. https://doi.org/10.1186/s40529-021-00312-x
  4. Lima A.M., Azevedo M.I.G., Sousa L.M. et al. Plant antimicrobial peptides: An overview about classification, toxicity and clinical applications // Int. J. Biol. Macromol. 2022. V. 214. P. 10−21. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.06.043
  5. Zou F., Tan C., Shinali T.S. et al. Plant antimicrobial peptides: A comprehensive review of their classification, production, mode of action, functions, applications, and challenges // Food Funct. 2023. V. 14. № 12. P. 5492−5515. https://doi.org/10.1039/d3fo01119d
  6. Lazzaro B.P., Zasloff M., Rolff J. Antimicrobial peptides: Application informed by evolution // Science. 2020. V. 368. № 6490. https://doi.org/10.1126/science.aau5480
  7. Zhu Y., Hao W., Wang X. et al. Antimicrobial peptides, conventional antibiotics, and their synergistic utility for the treatment of drug-resistant infections // Med. Res. Rev. 2022. V. 42. № 4. P. 1377–1422. https://doi.org/10.1002/med.21879
  8. Yount N.Y., Yeaman M.R. Multidimensional signatures in antimicrobial peptides // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. № 19. P. 7363–7368. https://doi.org/10.1073/pnas.0401567101
  9. Odintsova T.I., Slezina M.P., Istomina E.A. et al. Defensin-like peptides in wheat analyzed by whole-transcriptome sequencing: A focus on structural diversity and role in induced resistance // PeerJ. 2019. V. 7. https://doi.org/10.7717/peerj.6125
  10. Slezina M.P., Istomina E.A., Kulakovskaya E.V. et al. The γ-core motif peptides of AMPs from grasses display inhibitory activity against human and plant pathogens // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 15. https://doi.org/10.3390/ijms23158383
  11. https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi
  12. Bendtsen J.D., Nielsen H., von Heijne G., Brunak S. Improved prediction of signal peptides: SignalP 3.0 // J. Mol. Biol. 2004. V. 340. № 4. P. 783–795. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2004.05.028
  13. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets // Mol. Biol. Evol. 2016. V. 33. № 7. P. 1870−1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054
  14. The Angiosperm Phylogeny Group, Chase M.W., Christenhusz M.J.M. et al. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants: APG IV // Bot. J. Linn. Soc. 2016. V. 181. № 1. P. 1−20. https://doi.org/10.1111/boj.12385
  15. Вехов В.Н. Зостера морская Белого моря. М.: МГУ, 1992. 144 с.
  16. Жизнь растений. Т. 5. Ч. 2. Цветковые растения / Под ред. Тахтаджяна А.Л. М.: Просвещение, 1981. 511 с.
  17. Попов А.П. Лекарственные растения в народной медицине. Киев: Здоров'я, 1967. 316 с.
  18. Усенко Н.В. Деревья, кустарники и лианы Дальнего Востока. Хабаровск: Хабаровское кн. изд-во, 1984. С. 110−111.
  19. Li P.-H., Shih Y.-J., Lu W.-C. et al. Antioxidant, antibacterial, anti-inflammatory, and anticancer properties of Cinnamomum kanehirae Hayata leaves extracts // Arab. J. Chem. 2023. V. 16. № 7. 104873. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2023.104873
  20. Endress P.K. Trochodendraceae // Flowering Plants Dicotyledons. The Families and Genera of Vascular Plants. V. 2. Berlin; Heidelberg: Springer, 1993. P. 599−602. https://doi.org/10.1007/978-3-662-02899-5_74
  21. Sun Y., Deng T., Zhang A. et al. Genome sequencing of the endangered Kingdonia uniflora (Circaeasteraceae, Ranunculales) reveals potential mechanisms of evolutionary specialization // iScience. 2020. V. 23. № 5. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101124
  22. Li C., Duan C., Zhang H. et al. Adaptative mechanisms of halophytic Eutrema salsugineum encountering saline environment // Front. Plant Sci. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.909527
  23. Dupin S.E., Geurts R., Kiers E.T. The non-legume Parasponia andersonii mediates the fitness of nitrogen-fixing rhizobial symbionts under high nitrogen conditions // Front. Plant Sci. 2020. V. 10. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01779
  24. Clarke C.R., Timko M.P., Yoder J.I. et al. Molecular dialog between parasitic plants and their hosts // Annu. Rev. Phytopathol. 2019. V. 57. P. 279–299. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-082718-100043
  25. Conran J.G. Cephalotaceae // Flowering Plants Dicotyledons. The Families and Genera of Vascular Plants. Berlin; Heidelberg: Springer, 2004. V. 6. P. 65–68. https://doi.org/10.1007/978-3-662-07257-8_7
  26. Жизнь растений. Т. 6. Цветковые растения / Под ред. Тахтаджяна А.Л. М.: Просвещение, 1982. 543 с.
  27. Li C.J., Tsang S.F., Tsai C.H. et al. Momordica charantia extract induces apoptosis in human cancer cells through caspase- and mitochondria-dependent pathways // Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2012. V. 2012. https://doi.org/10.1155/2012/261971
  28. Zhang J., Hunto S.T., Yang Y. et al. Tabebuia impetiginosa: A comprehensive review on traditional uses, phytochemistry, and immunopharmacological properties // Molecules. 2020. V. 25. № 18. https://doi.org/10.3390/molecules25184294
  29. Huang W., Zhang L., Columbus J.T. et al. A well-supported nuclear phylogeny of Poaceae and implications for the evolution of C4 photosynthesis // Mol. Plant. 2022. V. 15. № 4. P. 755–777. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.01.015
  30. Slezina M.P., Istomina E.A., Kulakovskaya E.V. et al. Synthetic oligopeptides mimicking γ-core regions of cysteine-rich peptides of Solanum lycopersicum possess antimicrobial activity against human and plant pathogens // Curr. Issues Mol. Biol. 2021. V. 43. № 3. P. 1226−1242. https://doi.org/10.3390/cimb43030087
  31. Slezina M.P., Istomina E.A., Korostyleva T.V. et al. Molecular insights into the role of cysteine-rich peptides in induced resistance to Fusarium oxysporum infection in tomato based on transcriptome profiling // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 11. https://doi.org/10.3390/ijms22115741
  32. Stotz H.U., Spence B., Wang Y. A defensin from tomato with dual function in defense and development // Plant Mol. Biol. 2009. V. 71. № 1−2. P. 131–143. https://doi.org/10.1007/s11103-009-9512-z
  33. Allen A., Snyder A.K., Preuss M. et al. Plant defensins and virally encoded fungal toxin KP4 inhibit plant root growth // Planta. 2008. V. 227. № 2. P. 331‒339. https://doi.org/10.1007/s00425-007-0620-1
  34. Mith O., Benhamdi A., Castillo T. et al. The antifungal plant defensin AhPDF1.1b is a beneficial factor involved in adaptive response to zinc overload when it is expressed in yeast cells // Microbiologyopen. 2015. V. 4. № 3. P. 409−422. https://doi.org/10.1002/mbo3.248

Дополнительные файлы


© М.П. Слезина, Е.А. Истомина, Т.И. Одинцова, 2023