FLS2

FLS遺伝子は、細菌のフラジェリン受容に関与していることが発見されている。FLS1 は、シロイヌナズナ内の特定の生態型に対応することが発見された最初の遺伝子である。それでも、さらなる研究により、フラジェリン受容に関連する 2 番目の FLS 遺伝子 FLS2 が明らかになった。FLS2とFLS1は異なる役割を持つ異なる遺伝子であるが、遺伝的に関連している。FLS2は植物防御に特に重点を置き、MAP キナーゼ カスケードの促進に関与している。FLS2 遺伝子の変異は、flg22 への応答の欠如によって細菌感染を引き起こす可能性がある。したがって、FLS2の主な焦点はflg22との関連であり、副次的な焦点は植物防御における MAP キナーゼ カスケードの促進への関与である。^[2]

FLS2は受容体様キナーゼ (RLK) と考えられています。RLK は本質的にチロシンキナーゼであり、その機能を制御しているN 末端ロイシンリッチリピートドメインに融合されています。チロシンキナーゼは広く存在し、哺乳類に存在しますが、このタイプの融合は植物にのみ見られます。RLK は、内膜、外膜、中央膜領域からなる膜貫通タンパク質です。 ^{[説明が必要] RLK は、植物の受容において重要な役割を果たしており、これは}FLS2を通じて示されます。^[3] BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1) は、FLS2 と多くの類似点を持つもう 1 つの重要な RLK です。同じシグナル伝達コンポーネントを多く共有しているにもかかわらず、FLS2 と BRI1 は細胞に対して非常に異なる影響を及ぼします。^[4]

FLS2 は、細胞外ドメイン、膜貫通ドメイン、細胞内ドメインの 3 つのドメインから構成されています。細胞外ドメインは、ロイシンリッチリピート(LRR) ドメインとして知られています。この領域 (アミノ末端) は、フラジェリンと直接相互作用し、FLS2のflg22 への応答を開始すると言われています。膜貫通ドメインは、タンパク質が細胞外から細胞内に移行する場所です。この領域は通常、熱力学的に非常に安定しており、細胞間のリン脂質膜にのみ存在します。細胞内ドメインは、セリン/スレオニンキナーゼドメインです。このドメインでは、リン酸化がタンパク質キナーゼカスケードを触媒し、応答を引き起こします。^[5] FLS2では、この応答により成長と植物防御に変化が引き起こされます。^[6]

FLS2がフラジェリン知覚に関与していることを示すために行われた実験の 1 つは、CaMV 35S 遺伝子プロモーターを使用して、 1 つの野生型Arabidopsis thaliana植物と 2 つの想定される突然変異体Arabidopsis thaliana植物で FLS2 を異所的に発現させることでした。野生型Arabidopsis植物は Col-0 で示され、2 つの突然変異体は 35S:: FLS2 - col2と 35S:: FLS2 - col4で示されました。この実験では、以前の研究 (Gomez-Gomez ら、1999 年) で示されているように、カロース沈着と活性酸素種の生成が、flg22 処理後のフラジェリン知覚を示す変数であると考えられました。この研究の結果は、いくつかのことを示しました。最初に示されたのは、突然変異体 35S:: FLS2 - col2である 1 つの植物タイプのみで、処理後 12 時間でカロース沈着の反応が見られたことです。野生型および変異体 35S:: FLS2 - col4では、 FLS2レベルの低下を示した植物でカロース沈着は検出されませんでした。カロース沈着反応と直接相関して、2 番目に観察されたのは、3 種類の植物の葉組織における酸化バーストを示すルミノールベースのアッセイでした。ルミノールベースのアッセイでは、10nM flg22 処理による変異体 35S:: FLS2 - col2での迅速かつ強力な酸化反応が示されましたが、変異体 35S:: FLS2 - col4での 10nM flg22 処理では、野生型のArabidopsis植物で自然に発生する酸化反応を誘発できませんでした。それでも、より高いレベルの flg22 処理は酸化反応を引き起こしますが、野生型と比較して有意ではありません。この実験で最後に観察されたのは、T2 苗に対する成長阻害に関する flg22 処理でした。 35S:: FLS2 - col2ではflg22処理下での生育阻害が野生型よりも大きかったが、35S:: FLS2 - col4ではflg22処理下で野生型植物と比較して生育阻害が減少した。これは、野生型と比較したこれら2つの変異体の酸化応答とは逆の結果である。^[2]

哺乳類や昆虫が病原体に対して自然免疫反応を示すのと同じように、植物にも類似しているが改変された防御システムがある。植物、哺乳類、昆虫の最大の違いは、哺乳類や昆虫は植物のように静止していないため、植物の防御システムはより複雑で、潜在的に攻撃してくる可能性のあるものを植物に知らせるためのシグナル伝達経路に大きく依存していることである。そのことを念頭に置くと、すべてのグラム陽性菌とグラム陰性菌がフラジェリンを共有していることが重要だ。植物は静止しているため、植物はフラジェリンの特定の分子パターンを認識し、植物防御における植物病原菌を特定することができる。FLS2の異所性発現研究で発見されたように、 [ ^2] FLS2はフラジェリン知覚に関連していることが判明しており、そのため、発見により、そして植物の自然な方法により、FLS2は植物防御反応のシグナルとなるフラジェリンの知覚を担う遺伝子である。ここですべてが解決するわけではありません。なぜなら、前述のように、グラム陽性菌とグラム陰性菌はフラジェリンを共有しているため、植物は非病原性菌と毒性菌を区別できないからです。これは、病原性菌が豊富に存在する場合に非常に役立ちますが、非病原性菌に対するフラジェリンの認識により植物の防御反応が起こっている場合には非効率的であると考えられます。実際には、複数の特異的エリシターが存在するため、非病原性細菌の防御反応は毒性細菌の防御反応よりも高くなります。Hutcheson (1997) ^{[7] は、タンパク質エリシターの三次構造と四次構造はエリシターの活性に依存することを発見しました。それでも、耐性遺伝子産物は、} FLS2の細胞外ドメインであるロイシンリッチリピートドメインによく見られ、hrp遺伝子は、病気の誘発と耐性植物に対する過敏反応に直接関係しています。つまり、フラジェリンの知覚内に存在するエリシターが多ければ多いほど、毒性に関係なく植物の防御反応がより多く起こるということです。毒性の弱い病原体がより多くのエリシターを生成することはより一般的です。^[2]

この実験の設計は、^[2]および^[8]の以前の文献と似ていますが、これら 2 つの出版物とは異なり、この出版物^[3]で使用されたプロモーターは、トリプル c-myc タグに融合されたFLS2コード配列を発現するために使用される35Sカリフラワーモザイクウイルスプロモーターでした。シロイヌナズナでFLS2遺伝子に何が起こるかはわかっていますが、この研究では、シロイヌナズナのFLS2遺伝子が、シロイヌナズナと同様には反応しないFLS2遺伝子を含む植物にどのように影響するかを調べています。 ^[3]の図 1 は、シロイヌナズナ FLS2遺伝子が導入されていないトマト細胞が、flg15 または flg22 のいずれの知覚にも反応を示さないことを示しています。ただし、シロイヌナズナFLS2遺伝子と、シロイヌナズナ FLS2遺伝子が追加されたトマト細胞を見ると、シロイヌナズナFLS2遺伝子の存在により、反応が類似していることは明らかです。^[3]

これまでの文献では、膜を介したイオンの流れを示すためにアルカリ化が使用されてきた。^{[9] [10] [11]この研究では、}アラビドプシスFLS2遺伝子を発現するトマト植物において、フラジェリン誘導体flg22-ΔA ^16/17によってアルカリ化が誘導された。細胞外アルカリ化は、これらのタイプの植物で反応を引き起こすために使用された。アルカリ化は未処理のトマト植物には影響を及ぼさなかったが、アラビドプシスFLS2遺伝子を発現するトマト植物では、flg22に対する感受性の増加なしに、FLS2への結合活性の増加が示された。この感受性の増加の欠如は、まだ不明であるが仮説が立てられているいくつかの要因に起因する可能性がある。それでも、アラビドプシスFLS2遺伝子を発現するトマト植物の結合は、通常のトマト植物と同様のflg15の感受性を示した。これは、アラビドプシス FLS2遺伝子とトマト植物FLS2遺伝子の両方が、アラビドプシスFLS2遺伝子を発現するトマト植物で機能していることを示しています。アラビドプシス FLS2遺伝子は flg22 に反応し、天然のトマトFLS2遺伝子は flg15 に反応します。さらに、トマトFLS2遺伝子は、遺伝子発現の原因となる可能性のある誘導体について分析されました。flg22 ほど活性は高くありませんが、その誘導体 flg22-ΔA ^{16/17 は、}アラビドプシス FLS2遺伝子を発現するアラビドプシスとトマト植物の両方で、アラビドプシスFLS2 遺伝子に中程度のアルカリ化反応を引き起こすことがわかりました。基本的に、アラビドプシスFLS2遺伝子を発現するトマト植物で発生するフラジェリン知覚の大部分は、アラビドプシスFLS2遺伝子が原因で発生していますが、フラジェリン知覚のわずかな部分は、トマトFLS2遺伝子に起因する可能性があります。^[3]