پروتئين هاي مرتبط با بيماريزايي

مقدمه و خلاصة موضوع
در گونه هاي گياهي هزاران ژن مقاومت (R) در برابر عوامل بيماري ويروسي ، باكتريايي ، قارچي و نماتدي وجود دارد . ظهور مقاومت در بر هم كنش ميزبان و عامل بيماري مستلزم بيان ژن مقاومت (R) در ميزبان و ژن غيربيماريزا (Avr) در عامل بيماري مي باشد . باور بر اينست كه ژنهاي مقاومت گياه را قادر مي سازند كه ژنهاي غير بيماريزا را شناسايي كرده ، فرآيند انتقال پيام را آغاز نموده و واكنش دفاعي را فعال سازند . رويدادهاي انتقال پيام كه منجر به ظهور

مقاومت مي شوند عبارتند از جريانهاي يوني در عرض غشاء سلولي ، توليد گونه هاي اكسيژن واكنشي ، تغيير حالت فسفوريلاسيون ، فعاليت رونويسي از سيستم هاي دفاعي گياه و مرگ سريع سلولي در موضع آلودگي ( واكنش فوق حساسيت ) . هرچند كه پاسخهاي دفاعي از سوي گياه در تقابل با عوامل

بيماري ، متفاوت مي باشند ، اما خصوصيات مشتركي نيز بين آنها وجود دارد . مهمترين ويژگي ژن هاي R اين است كه اين ژنها در گونه هاي مختلف گياهي كه سبب مقاومت اختصاصي در برابر طيف وسيعي از عوامل بيماري مي شوند ، اغلب پروتئين هايي با ساختمان مشابه را رمز مي نمايند . ژنهاي R همسانه

شده به چهار گروه اصلي تقسيم مي شوند . يكي از آسان ترين ، به صرفه ترين و از لحاظ زيست محيطي ايمن ترين راهاي كنترل بيماريهاي گياهي استفاده از ارقام مقاوم است و به نژاد گران بطور گسترده اي به طريقة كلاسيك از ژنهاي مقاومت در اين زمينه استفاده نموده اند . اكنون با دسترسي به ژنهاي R همسانه

شده ، فرصتي براي انتقال ژنهاي R جديد به گياهان از طريق تراريختي ژنتيكي فراهم آمده است . تا زماني كه اين روشها از لحاظ قابليت اعتماد ، انعطاف پذيري و هزينه با روشهاي اصلاح نباتات كلاسيك قابل مقايسه نباشند و يا برتري نداشته باشند ، نمي توان انتظار داشت كه بطور گسترده مورد استفاده قرار گيرند . با توجه به ظرفيت قوي اين روشها در عبور از موانعي همچون تفاوت گونه اي و صف آرايي ژنهاي R به فرم دلخواه به نظر مي رسد كه تراريختي در آينده اي نزديك در برنامه هاي اصلاحي وارد شود .

گياه ، عامل بيماري و اساس ژنتيكي دفاع گياهي
عوامل بيماري در تهاجم به گياهان يكي از سه راهبرد ذيل را بر مي گزينند ، نكروتروفي ، بيوتروفي و يا همي بيوتروفي . نكروتروفها ابتدا سلول ميزبان را مي كشند و سپس محتواي آن را متابوليزه مي كنند ، برخي از اين عوامل بيماري دامنة ميزباني گسترده اي را در بر مي گيرند و مرگ سلولي اغلب توسط سموم و يا آنزيمهايي رخ مي دهد كه سوبستراي بخصوصي را مورد هدف قرار مي دهند. Pythium و Botrytis نمونه هايي از نكروتروفهاي قارچي هستند . ساير نكروتروفها سمومي توليد مي كنند كه ميزبان گزينشي دارند ، بطوريكه اين سموم فقط روي دامنة محدودي از ميزبانهاي گياهي مؤثر مي باشند . در مورد اين گروه از

عوامل بيماري ، مقاومت گياهي از طريق حذف و يا تغيير تركيب مورد هدف سم و يا از طريق سم زدايي قابل حصول است . به عنوان مثال ژن Hml در ذرت سبب مقاومت به قارچ لكة برگي Cochiobolus carbonum مي شود . Hml يك آنزيم ردوكتاز را كد مي كند كه سم HC حاصل از C.carbonum را خنثي مي سازد .

اوامل بيماري بيوتروف و همي بيوتروف به سلولهاي زنده حمله مي كنند و سوخت و ساز سلولي را در جهت رشد و تكثير خود تغيير مي دهند . تشكيل اشكالي به صورت جزاير سبز رنگ روي برگهاي پير در پيرامون آلودگي بيوتروفي مربوط به قارچهاي زنگ و سفيدك پودري نشان دهندة اهميت زنده نگه داشتن سلولهاي ميزبان در طي ارتباط نزديك بين عامل بيماري و گياه است . بيوتروفها تنها روي يك و يا تعداد محدودي از گونه هاي مربوط بيماري ايجاد مي نمايند . در مقابل قارچهاي همي بيوتروف از قبيل جنسهاي Phytophtora و Cilletotrichum در مراحل بعدي آلودگي ، سلولهاي پيرامون را در ميزبان مي كشند . به علت طبيعت

اختصاصي عمل كردن عوامل بيماري بيوتروف و همي بيوتروف تعجب آور نيست كه تغيير كوچك در هر يك از طرفين ( ميزبان يا عامل بيماري ) سبب بر هم خوردن تعادل گردد . ناسازگاري بين عامل بيماري و ميزبان اغلب منجر به فعال شدن پاسخهاي دفاعي گياه از قبيل مرگ موضعي سلول ميزبان يا واكنش فوق حساسيت ( HR ) مي شود .

فرضية ژن در برابر ژن
در گونه هاي گياهي هزاران ژن مقاومت (R) در برابر عوامل بيماري ويروسي ، باكتريايي ، قارچي و نماتدي وجود دارد . هرچند كه پاسخهاي دفاعي از سوي گياه در تقابل با عوامل بيماري ، متفاوت مي باشند ، اما خصوصيات مشتركي نيز بين آنها وجود دارد كه مهمترين آنها اين است كه عمل ژنهاي R به ژنوتيپ عامل بيماري بستگي دارد . عوامل بيماري بطور بالقوه داراي توانايي ايجاد پيامهاي گوناگون مي باشند كه به نحوي مشابه توليد آنتي ژنها توسط عوامل بيماري

پستانداران مي باشد . برخي از اين پيامها توسط بعضي از گياهان شناسايي مي شوند . اگر ژن مربوط به بيماري در عامل بيماري پيامي را ايجاد كند كه منجر به القاء يك پاسخ دفاعي قوي از سوي ژن R در گياه گردد در آن صورت به آن ژن غير بيماريزا (Avr) گويند . اما بايد توجه داشت كه در صورت عدم وجود ژن R در ميزبان ، ژن Avr سبب ايجاد بيماري خواهد شد . عمل اختصاصي ژنهاي R در ميزبان در برابر ژنهاي Avr در عامل بيماري نخستين بار توسط فلور كشف شد و متعاقب آن واژه مقاومت ژن در برابر ژن مطرح گرديد . فلور پيشنهاد كرد در گياه ژني وجود دارد كه در هنگام مواجه با عامل بيماري ، پاسخ دفاعي را القاء مي

نمايد . اگر اين ژن غايب و يا غير فعال باشد ، گياه نسبت به تهاجم عامل بيماري حساس خواهد بود . اما ، ژنهاي مقاومت فقط در برابر انواع مشخصي از نژادهاي عامل بيماري مؤثر مي باشند . بنابراين عامل بيماري بايستي داراي ژني باشند كه محصول آن به طور مستقيم و يا غير مستقيم با فرآوردة ژن مقاومت گياهي بر هم كنش نشان دهد كه اين ژنها در عامل بيماري به عنوان ژنهاي غير بيماريزا (Avr) ناميده شدند ، زيرا وجود آنها مانع توسعة عامل بيماري در حضور ژن مقاومت مي شود . از اين رو گياهي كه داراي يك ژن مقاومت مخصوص باشد فقط در برابر نژادي از عامل بيماري مقاومت نشان مي دهد كه واجد ژن معيني

باشد كه فرآوردة آن باعث بر هم كنش پاسخ دفاعي شود . اگر عامل بيماري فاقد ژن غير بيماريزايي مناسب باشد ، آنگاه هيچ گونه پاسخ دفاعي در گياه رخ نخواهد داد و حتي علي رغم حضور ژنهاي مقاومت بالقوه ، عامل بيماري گسترش خواهد يافت . مفاهيم ژن مقاومت در گياه و ژن غير بيماريزايي در عامل بيماري و در نتيجة پاسخ مقاومت ، اساس فرضية ژن در برابر ژن را تشكيل مي دهد . فرضية ژن در برابر ژن مكانيسمي را پيشنهاد مي نمايد كه فرآوردة ژن مقاومت در گياه از طريق بر هم كنش با فرآوردة ژن غير بيماريزا به حضور آن پي مي برد . به علاوه ژن مقاومت بايد داراي توانايي انتقال پيام ناشي از مكانيسم

شناسايي به سيستم دفاعي گياه باشد كه اين امر احتمالاً از طريق يك مكانيسم پيام رساني صورت گرفته و منجر به بيان ژنهايي مي شود كه مانع رشد و گسترش عامل بيماري در بافتهاي آلوده مي شود .
مدل ژن در برابر ژن براي اكثر عوامل بيماري بيوتروف از جمله قارچها ، ويروسها ، باكتريها و نماتد ها صدق مي كند . اعتقاد بر اين است كه خاستگاه هر گونه گياهي جايي است كه در آن بيشترين تنوع ژنتيكي موجود بوده و از اين رو گياهان همراه با عوامل بيماري تكامل پيدا كرده اند . بر اين اساس برنامه هاي اصلاحي مي تواند به سمت شناسايي ژرم پلاسم مقاوم در خويشاوندان وحشي گونه هاي زراعي سوق پيدا نمايد . به غير از مدل فلور ، چندين مدل ژن در برابر ژن ارائه گرديده است و با ايجاد لاين هاي ايزوژن مقاوم و حساس مي توان تفاوت هاي آزمايشي ناشي از تغيير زمينة ژنتيكي را به حداقل رساند . با استفاده از اين گونه بر هم كنشها اولين ژنهاي R و Avr و Arabidopsis thaliana جداسازي شد . اين گياه در طي سالهاي گذشته به عنوان يك سيستم مدل به نحو گسترده اي براي مطالعه بر هم كنش گياه – عامل بيماري مورد استفاده قرار گرفته است .
هنگامي كه يك ژن Avr و يك ژن R مختص به آن تظاهر مي يابند پاسخ دفاعي قوي در گياه القاء مي شود . وجه مشخصه اكثر بر هم كنش هاي ژن در برابر ژن، ظهور پاسخ فوق حساسيت (HR) است كه در آن سلولهاي واقع در مجاورت عامل بيماري دچار مرگ برنامه ريزي شده مي شوند . اين واكنش به عنوان بخشي از پاسخ دفاعي كلي محسوب مي شود . ويژگي هاي ديگر پاسخ مقاومت عبارتند از توليد متابوليك هاي ضد ميكروبي ( تحت عنوان فيتوآلكسين ها ) ، توليد آنزيم هايي كه مي توانند براي عامل بيماري مضر ( باشد مانند كيتينازها و گلوكانازها ) و تقويت ديواره سلولي گياهي در ناحية آلوده شده . علاوه بر اين

پاسخهايي نيز بروز مي يابند كه گمان مي رود در انتقال پيام دفاعي نقش دارند كه از آن جمله مي توان به جريان Ca2+ و ساير جريان هاي يوني ، تغيير فسفوريلاسيون پروتئينها ، توليد گونه هاي اكسيژن واكنشي از قبيل سوپراكسيداز و توليد و يا آزاد سازي اسيد ساليسيليك اشاره نمود .

بايد توجه داشت كه بسياري از پاسخ هاي بيوشيميايي فوق الذكر در غياب بر هم كنش ژن در برابر ژن و در بر هم كنشي كه طي آن بيماري توسعه مي يابد ، نيز القاء ‌مي شوند . پاسخ هايي از قبيل بيان كيتيناز و بيوسنتز فيتو آلكسين ، نرخ رشد عامل بيماري را كاهش مي دهند ولي آن را متوقف نمي سازند . بر عكس ، ژنهاي R سبب فعال شدن دامنه وسيعي از پاسخ هاي دفاعي شده و در نتيجه موجب مقاومت مؤثر در برابر عامل بيماري مي شوند . اليسيتورهاي نژاد – اختصاصي در اثر بيان ژنهاي Avr توليد مي شوند كه بايد بين اينها و اليسيتورهاي نژاد – غير اختصاصي تمايز قائل شد . اليسيتورهاي نژاد – غير

اختصاصي ، پاسخ هايي از قبيل سنتز فيتوآلكسين ها را القاء مي كنند كه بيماري را به حداقل مي رسانند ، اما اينگونه اليسيتورها در گروه متمايز و متفاوتي از اليسيتورهاي ناشي از ژنهاي Avr قرار مي گيرند كه سبب القاء‌ پاسخ دفاعي از سوي ژنهاي R مي شوند .

جداسازي و مطالعة ژنهاي مقاومت
سؤال اين است كه ژنهاي R چه چيزي را رمز مي كنند ؟ بيش از بيست سال پيش يك مدل اليسيتور – گيرنده براي توجيه بر هم كنش ژن مقاومت در مقابل ژن Avr مطح شد كه در آن ژنهاي Avr اليسيتورهايي را رمز مي كنند كه به عنوان ليگاند براي گيرنده هايي كه توسط ژنهاي R رمز مي شوند عمل مي نمايند . اين مدل در برخي حالات مي تواند معتبر باشد ولي نتوانست سبب تسهيل در امر جداسازي ژنهاي مقاومت و يا فرآورده هاي آنها شود . موفقيت در جداسازي ژنهاي مقاومت موكول شد به زماني كه تكنولوژي همسانه سازي گياهي توسعه يافت . شناسايي عناصر متحرك در ذرت در اين زمينه بسيار نويد بخش مي

نمود، اما نرخ بالاي جهش خود به خودي در ژنهاي R مورد نظر مانند Rpl در ذرت باعث شد كه اين اميد عقيم گذارده شود . اما تلاش در اين زمينه مقدمات آشنايي با جهش پذيري ژنهاي R و اهميت بيولوژيكي آن در ايجاد مقاومت هاي اختصاصي جديد را بنيان نهاد .

اولين ژن R كه همسانه گرديد ، Hml در ذرت بود كه از لحاظ عمل متفاوت از گروه ژنهاي R مربوط به Avr مي باشد . Hml سبب ايجاد مقاومت در برابر نژاد شمارة ۱ عامل بيماري قارچي Cochliobolus carbonum مي شود . Hml يك ردوكتاز وابسته به NADPH را كد مي كند كه قادر است سم قدرتمند توليد شده توسط قارچ مزبور را خنثي نمايد . ساختمان و عمل Hml به نحوي است كه نمي توان آن را در زمره ژنهاي R قلمداد نمود زيرا نقش سم زدايي Hml ، در مواردي همچون ژنهاي Avr القاء مرگ سلولي فوق حساسيت و ساير ويژگي هاي مربوط به بر هم كنش ژن در برابر ژن نمي گنجد .

با پيشرفت تكنولوزي هاي همسانه سازي موضعي ( گام زني كروموزمي ) و نشانمند كردن ترانسپوزون هترولوگ ، جداسازي ژنهاي مقاومت امكان پذير شد و موفقيت هايي در اين زمينه بدست آمد . فهرستي از ژنهاي جدا شده در جدول ۱ ارائه گرديده است . اولين ژن اختصاصي در گياه ( براي Avr ) كه جدا سازي شد ژن Pto بود كه سبب مقاومت گوجه فرنگي بهPseudomonas syringae pv . tomato مي شود . اين ژن پروتئيني را رمز مي نمايد كه شبيه پروتئينهاي كينازي سرين – ترئونين مي باشد .

نكته جالب اين كه پنج ژن R كه پس از Pto جداسازي شدند ، شباهت زيادي به يكديگر داشتند ولي شبيه Pto نبودند . اين ژنها عبارتند از : RPS2 در آرابيدوپسيس ، N در تنباكو ، L6 در كتان ، و Cf-9 و prf در گوجه فرنگي كه گروه جديدي را تشكيل دادند . پروتئين هاي رمز شده توسط اين گروه جديد داراي حوزة تكرارهاي غني از لوسين (LRR) هستند . سپس ژنهاي RPM1 در آرابيدوپسيس ، Cf-2 در گوجه فرنگي و xa21 در برنج نيز جداسازي شده و مشخص گرديد كه پروتئينهاي با حوزة LRR را رمز مي كند ( جدول ۱ ) . با استفاده از تجزيه توالي ها برخي ويژگي هاي ساختماني ( علاوه بر LRR ) مشخص گرديده ، اما با

جداسازي و تعيين خصوصيات هر ژن R جديد بر پيچيدگي اين ويژگي هاي ساختماني افزوده شده است . اولين و مهمترين ويژگي اين است كه ژنهاي R در انواع متنوع گونه هاي گياهي كه در برابر دامنة وسيعي از عوامل بيماري ويروسي ، باكتريايي و قارچي بطور اختصاصي عمل مي كنند ، پروتئين هايي را رمز مي كنند كه شباهت ساختماني دارند . اين شباهت نشان دهندَة اين است كه مسيرهاي بيوشيميايي مورد استفاده در گياهان براي ايجاد پاسخهاي دفاعي از نقطه نظر تكاملي از درجة بالايي حفاظت بالايي برخوردار مي باشند ( بسيار حفاظت شده هستند ) .

حوزه هاي ساختماني فرآورده هاي ژنهاي مقاومت
الف) كينازهاي سرين – ترئوتين
با همسانه سازي و تعيين خصوصيت ژن Pto ، نقش كينازها در انتقال پيام طي مقاومت ژن در برابر ژن مشخص گرديد . يكي از مكانيسم هايي كه در موجودات زنده براي كنترل فعاليت پروتئينها بسيار معمول است تغيير حالت فسفوريلاسيون مي باشد كه بطور وسيعي مورد مطالعه قرار گرفته است . تاكنون ۱۱ حوزه فرعي و ۱۵ واحد اسيد آمينه غير متغير ( ثابت ) مربوط به پروتئين هاي كينازي مشخص شده و نواحي محفوظ كينازها كه واحدهاي سرين-ترئونين فسفوريله مي نمايد تعيين گرديده است . توالي اسيد آمينة بدست آمده از ژن pto داراي نواحي حفاظت شدة مذكور است و مشخص شده است كه Pto در شرايط درون شيشه اي ، فعاليت كاتاليتيكي مربوط به پروتئين هاي كينازي را ظاهر مي سازد .

توالي اسيد آمينه اي Pto در انتهاي N داراي يك جايگاه بالقوه براي مريستولاسيون است كه يك لنگر غشائي را براي اين پروتئين آب دوست ايجاد مي نمايد .

تكرارهاي غني از لوسيون
LRR ها تكرارهاي متوالي و چند گانه اي با طول حدود ۲۴ اسيد آمينه مي باشند. LRR ها شامل لوسيون و يا ساير اسيد هاي آمينة آب گريز هستند كه به فواصل منظم واقع شده اند و همچنين داراي اسيد آمينه پرولين و آسپاراژنين به فواصل منظم مي باشند . ساختمان كريستالي يكي از پروتئين هاي داراي LRR ، به نام مهار كننده Porcin Rnase ، تعيين گرديده است . ساختمان سوم اين پروتئين شبيه مشت دست يا فنر پيچ خورده است كه هر يك از انگشتان جمع

شده در حكم يك LRR منفرد مي باشد . اين تكرارها در پروتئين مهار كننده Porcin Rnase بطور غير طبيعي طويل مي باشند ( هر يك ۲۸ تا ۲۹ اسيد آمينه ) اما چنين تصور مي شود كه حوزه هاي LRR كوتاهتر ، ساختماني شبيه زنجيره مارپيچي بتا داشته باشند . در هر دو حالت بنظر مي رسد كه عمل اختصاصي LRR بيشتر به اسيد آمينه هاي بيروني و كمتر به واحدهايي كه آب گريز بوده متكي باشد . در بسياري از توالي هاي LRR كه تاكنون شناسايي شده اند ، نحوه قرار گرفتن تكرارها با هم همخواني ندارد ، يعني نمي توان به يك LRR مورد توافق دست يافت و در برخي حالات ، اين افتراق به حدي است كه نمي توان LRR

مربوطه را واجد ساختمان منظم دانست . علاوه بر اين نواحي LRR مفروض در برخي از ژنهاي R توسط توالي كوتاهي از اسيدهاي آمينه به دو نيم تقسيم شده است و تشكيل ساختمان LRR را غير ممكن مي سازد .

مشخص شده است كه حوزه هاي LRR در پروتئين هاي مخمر ، مگس سركه ، انسان و ساير گونه ها در بر هم كنش پروتئين – پروتئين نقش دارند . بطور مثال مي توان به بر هم كنش بين اجزاء‌ درون سلولي آبشار انتقال پيام ( مانند بر هم كنش بين ras و adenylade cyclase در مخمر ) و پيوند بين هورمونهاي پيتيدي و گيرنده هاي غشائي ( مانند گيرنده هاي gonadotropin و هورمونهاي تحريك كننده فوليكول ) اشاره نمود .

گيرنده هاي هورموني مثال جالبي در رابطه با مدل اليسيتور – گيرنده در مقاومت ژن در برابر ژن مي باشند و اين فرض كه LRR به عنوان حوزه اتصال فرآورده ژنهاي R با ليگاند عمل مي كند را تقويت مي كند . LRR ها همچنين در كنش فرآورده هاي ژنهاي R با ساير پروتئين هايي كه در انتقال پيام دفاعي شركت مي كنند نقش دارند . از آنجا كه فرآورده هاي ژنهاي از نوع LRR را مي توان به چند گروه مجزا تفكيك نمود تعجب آور نخواهد بود كه در اين گروه ها پروتئين هايي را بيابيم كه از لحاظ عمل كاملاً از يكديگر متمايز باشند .

اهميت حوزه هاي LRR در مقاومت از اينجا نشأت مي گيرد كه ديده مي شود اين حوزه ها در برخي از ژنهاي R ، حفاظت شده مي باشند و بعنوان مثال آللهاي موتانت RPS2 و RPM1 فقط به علت تغيير در يك اسيد آمينه در ناحيه LRR غير فعال مي گردند .
مكانهاي اتصال نوكلئوتيدها

توالي هاي اسيد آمينه اي رمز شده توسط بسياري از ژنهاي LRR ، با مكانهاي اتصال نوكلئوتيدها (NBS) نيز شباهت نشان مي دهند ( NBS ها به نام حلقه هاي P نيز ناميده مي شوند ) . حوزه هاي NBS در بسياري از پروتئين ها با قابليت اتصال به ATP و GTP مانند زير واحدهاي β مربوطه به ATP Synthase ، پروتئين هاي ras ، عوامل بسط ريبوزومي و كينازهاي adenylate ديده مي شوند . ساختمان و عمل حوزه هاي NBS در ساير پروتئين حتي بيش از LRR ها مورد مطالعه قرار گرفته است . اين مطالعات شامل تعيين ساختمان كريستالي ، تعيين خصوصيات فيزيكي و شيميايي ، كنش پروتئين – ليگاند و تجزيه كينتيكي پروتئين هايي كه در يك اسيد آمينه از حوزه NBS آنها جايگزيني رخ داده است ، مي باشد . NBS مورد توافق ( مشترك ) برخي از پروتئين ها بقدري جامع است كه نه تنها حلقه P را در بر مي گيرد ( توالي مورد توافق [T/S]GXXXXGK ) بلكه حوزه هاي كيناز ۲ و كيناز ۳ كه دورتر واقع هستند را نيز در بر مي گيرد .

وجود حوزه هاي بسيار حفاظت شده NBS در فرآورده برخي از ژنهاي R نشان مي دهد كه اتصال نوكلئوتيد تري فسفات براي عمل اين پروتئين ها الزامي است . مشخص شده است كه جهش هاي اختصاصي كه واحدهاي كليدي در NBS را تغيير مي دهند ، سبب عدم رويداد واكنش HR توسط ژن RPS2 در آرابيدوپسيس مي شوند .
اما نقش حوزه هاي NBS در فعال سازي مكانيسم دفاع گياهي هنوز نامشخص است . بنابراين چالش اصلي در آينده عبارتست از مستند ساختن فرآيند اتصال نوكلئوتيد تري فسفات و هيدروليز احتمالي و مشخص نمودن نقش اين فرآيندها در فعاليت فرآورده هاي ژنهاي R . به عنوان مثال اتصال نوكلئوتيد تري فسفات ممكن است باعث تغيير در بر هم كنش بين فرآورده ژن R و ساير اعضاي دخيل در آبشار انتقال پيام دفاعي شود . با توجه به انبوه اطلاعات موجود پيرامون حوزه هاي NBS در ساير پروتئين ها مي توان پيشرفت قابل ملاحظه اي را در اين زمينه انتظار داشت .

لوسين زيپرها
در درون گروه LRR از ژنهاي R گروه فرعي ديگري قرار داد كه لوسين زيپر (LZ) ناميده مي شوند . سه ژن RPS2 ، RPM1 ، prf كه مسئول مقاومت در برابر P.syringae مي باشند همگي توالي هايي را رمز مي كنند كه داراي ناحيه لوسين زيپرها داراي توالي هاي تكراري ۷ واحدي ( با توالي مورد توافق XXXYXXL ، كه Y نشان دهنده واحدهاي آب گريز ) مي باشند . اين توالي ها در ساير پروتئين ها ساختمان چنبره اي تشكيل مي دهند و بر هم كنش پروتئين – پروتئين را ميسر مي سازند . LZ ها بنا به نقشي كه در همو – و هترودايمريزاسيون عوامل رونويسي در يوكاريوتها دارند ، مشهور مي باشند مه از آن جمله مي توان

ميوزين ها و زير واحدهاي β و γ از پروتئين G را نام برد . در مورد اين گروه نيز مطالعات زيادي روي ساير پروتئين ها به منظور تعيين خصوصيات ساختماني و عملكردي از قبيل تعيين ساختمان كريستالي صورت گرفته است ، با اين حال ، در اينجا نيز اطلاعات ما پيرامون نقش اين نواحي در عمل ژنهاي R محدود است . تحقيقات در حال انجام است تا معلوم شود كه آيا فرآورده هاي ژنهاي R قابل دايمريزاسيون هستند و يا خير تا پس از آن ساير پروتئين هايي كه ممكن است با فرآورده هاي ژنهاي R از طريق نواحي LZ كنش نشان دهند ، رديابي شوند .

جدول ۱ – ژنهاي همسانه شده مقاومت به بيماري در گياهان
گروه ژن R گياه عامل بيماري ژن aver تيپ آلودگي اندام مورد تهاجم ويژگي پيش بيني شده براي پروتئين مقاومت
۱ Hm 1 ذرت Helminothospprium maydis – نكروتروف قارچي/ برگ آنزيم سم زدا (HC-toxin reductase)

۲ Pto گوجه فرنگي Pseudomonas syringae pv tomato Av Pro باكتري خارج سلولي / برگ پروتئين كينازي سرين – ترئونين داخل سلولي
a3 PRS2 آرابيدوپسين Psedomonas syringae pv tomato avrRpt2 باكتري خارج سلولي / برگ LZNBS/LRR
PRM1 آرابيدوپسين Psedomonas syringae pv maculicola avrRpml , avrB باكتري خارج سلولي / برگ LZNBS/LRR

L2 گوجه فرنگي Fuzarium oxysporium f.sp. lycopersicon ___ قارچ نكروتروف/ ريشه و بافت آوندي LZNBS/LRR
3b N توتون ويروس موزائيك توتون – برگ و آوند آبكش Toll/NBS/LPR
L6 كتان Melampsora lini AL6 قارج بيوتروف زنگ با هيف/ برگ قارچ زنگ Toll/NBS/LPR
M كتان Melampsora lini AM بيوتروف با هيف/ برگ Toll/NBS/LPR
PRP5 آرابيدوپسين Peronospora parasitica – قارچ بيوتروف سفيدك دروغي با هيف/برگ Toll/NBS/LPR

۴ Cf-9 گوجه فرنگي Cladosprorium fulvum Ovr9 قارچ بيوتروف خارج سلولي بدون هيف/ برگ LRR
Cf-2 گوجه فرنگي Cladosprorium fulvum Ovr2 قارچ بيوتروف خارج سلولي بدون هيف/ برگ LRR
Cf-4 گوجه فرنگي Cladosprorium fulvum Ovr4 قارچ بيوتروف خارج سلولي بدون هيف/ برگ LRR
Cf-5 گوجه فرنگي Cladosprorium fulvum Ovr5 قارچ بيوتروف خارج سلولي بدون هيف/ برگ LRR
5 Xo2 l برنج Xanthomonas compestris pv oryzae – باكتري خارج سلولي/ برگ LRR/ پروتئين كينازي

شكل ۱- حوزه هاي ساختماني پروتئين هاي رمز شده توسط ژنهاي مقاومت به بيماريها در گياهان و پيش بيني محل استقرار آنها
ه) حوزه مشابه گيرنده هاي Toll/Interleukin-l

گروه فرعي ديگري در درون گروه NBS-LRR از ژنهاي R قرار دارد و ژنهاي اين گروه حوزه بزرگي را در انتهاي N رمز مي كنند كه شبيه حوزه پيام رساني سيتوپلاسمي پروتئين Toll در مگس سركه و گيرنده هاي Interleukin-l در پستانداران مي باشد . ژنهاي N ، L6 و RPP5 در اين زير گروه قرار مي گيرند . علاوه بر شباهت بين توالي هاي N ، L6 ، Toll و IL ، مسيرهاي بيو شيميايي كه توسط آنها كنترل مي شود ، نيز مشابه مي باشند . به عنوان مثال lR – IL نسبت به سيتوكين IL-l واكنش نشان مي دهد و باعث مي شود كه عامل رونويسي خانواده Rel به نام NF-kB فعال شود و NF-kB نيز به نوبه خود در توليد گونه هاي

اكسيژن واكنشي نقش دارد . در پاسخ دفاعي ژن در برابر ژن نيز انفجار اكسيداتيو بطور وسيعي مشاهده مي شود . بعلاوه فعاليت NF-kb تحت تأثير تركيبات اسيد ساليسيليك مانند آسپرين مي باشد و اسيد ساليسيليك مولكول پيام رساني پائين دست مهمي در پاسخ دفاعي گياه مي باشد . Dif ( يكي ديگر از

عوامل رونويسي مربوط به Rel ) و NF-kB هر دو در پاسخ ضد ميكروبي ميزبان نقش دارند . و در پايان اينكه قابليت Toll در آزادسازي عامل رونويسي Dorsal وابسته به پروتئين Pelle است و Pelle يك پروتئين كينازي مشابه فرآورده ژني Pto در گوجه فرنگي مي باشد .
و) پروتئين هاي LRR خارج سلولي و غير NBS

ژنهاي Cf-9 و Cf-2 گوجه فرنگي فاقد حوزه NBS مي باشند و گروه سومي را درون گروه LRR از ژنهاي R تشكيل مي دهند ( جدول ۱ ) . ژن Cf-9 ، ۲۸ نوع LRR را رمز مي كند . پيش بيني مي شود اين LRR‌ ها از نوع خارج سلولي باشند . ( شكل ۱ ) . توالي انتهاي N پروتئين ‍Cf-9 در انتقال پيام در عرض غشاء سلولي

نقش دارد . بعلاوه اين پروتئين در انتهاي C داراي حوزه اي در عرض غشاء و يك دنباله كوتاه متشكل از ۲۸ اسيد آمينه در سيتوپلاسم مي باشد . LRR هايي كه توسط Cf-9 ( و همچنين Cf-2 ) رمز مي شوند ، بيش از آنكه با گروه NBS-LRR از ژنهاي R شباهت داشته باشند ، با توالي مورد توافق LRR تطابق دارند و يك واحد حفاظت شده گليسين نيز در اين LRR ها موجود است. اين واحد گليسين همچنين در ساير پروتئين هايي كه داراي حوزه LRR خارج سلولي مي باشند ، يافت مي شود . فرآورده ژن Cf-2 بسيار شبيه Cf-9 است كه بديهي به نظر مي رسد چراكه هر دو ژن مذكور سبب مقاومت اختصاصي در برابر Cladisporium

fulvum مي شوند . ۹ نوع از LRR هايي كه توسط CF-2 رمز مي شوند بسيار شبيه LRR هاي Cf-9 هستند كه نشاندهنده ارتباط نزديك دو ژن مذكور است . جالب توجه اينكه معلوم شده است كه Cf-2 شامل دو ژن متمايز مي باشد كه فرآورده هاي آنها فقط در ۳ واحد اسيد آمينه با هم متفاوت مي باشند .

ز) گيرنده هاي كينازي در عرض غشاء
آخرين گروه از ژنهاي R كه در اينجا مد نظر قرار مي گيرد در حكم پل رابط گروه ژنهاي R كه پروتئين هاي LRR را رمز مي كنند و آنهايي كه پروتئين رمز مي كنند و آنهايي كه پروتئين هاي كينازي را رمز مي كنند مي باشد ، چراكه در اين گروه هر دو حوزه مذكور در يك پروتئين رمز مي شوند . تنها عضو موجود در اين گروه ، Xa21 است . Xa21 تنها ژن شناخته شده گياهان تك لپه اي است كه توالي آن گزارش شده است . Xa21 يك گيرنده كينازي را رمز مي كند كه ناحيه LRR آن در

انتهاي N ( با توجه به شباهت آن با پروتئين هاي شناخته شده ) احتمالاً در خارج سلول قرار مي گيرد . به نظر مي رسد كه حوزه LRR خارجي از طريق ناحيه اي كه در عرض غشاء‌ قرار مي گيرد به حوزه كينازي كه در داخل سيتوپلاسم قرار دارد متصل مي شود . مقايسه پروتئين رمز شده توسط Xa21 و پروتئين رمز

شده توسط Pto و orf در گوجه فرنگي جالب است ( جدول ۱ ) . Pto ( كه يك كيناز را رمز مي كند ) و prf ( كه يك پروتئين NBS-LRR را رمز مي كند ) ، هر دو براي مقاومت در برابر عامل بيماريزاي P.s.tomato كه ژن avrPto را بيان مي كند ، لازم مي باشند . شباهت بين اين دو پروتئين و Xa21 نشان مي دهد كه پروتئين

هاي Pto و Prf در دريافت و انتقال پيام عامل بيماري بصورت تنگاتنگي با يكديگر كنش نشان مي دهند . اين روند در قالب يك مدل فرضي ارائه شده است (شكل ۲) . نمونه هاي Pto وPrf و Xa21 نشان مي دهند كه براي فرآورده هاي ژني RPS2 ، Cf-9 و ساير ژنهاي R واجد ناحيه LRR ، احتمالاً پروتئين هاي كينازي متناظر كه از لحاظ عمل نيز با اهميت باشند ، وجود دارد .
شباهت بين فرآورده ژنهاي R با ساير پروتئين هاي گياهي

شباهت بين فرآورده ژنهاي R و ساير پروتئين هاي گياهي مي تواند به عنوان سرنخي براي پي بردن به نقش اين پروتئين ها در انتقال پيام دفاعي باشد . براي مثال ، حوزه كينازي در Pto و Xa21 بسيار شبيه گيرنده كينازي S در جنس Brassica مي باشند . پروتئين SRK در خودناسازگازي كرده – كلاله نقش دارد كه سيستمي كاملاً شبيه فرآيند شناسايي – پاسخ توسط فرآورده ژنهاي R است. حوزه خارج سلولي پروتئين SRK به نوبه خود بسيار شبيه گليكوپروتئين متصل

به S (SLG) است و بنابراين به نظر مي رسد كه اين دو پروتئين بطور فيزيكي با يكديگر و با پيام مختص گرده كنش نشان مي دهند . Cf-9 و Cf-2 از اين لحاظ كه فاقد حوزه پيام رساني هستند بسيار شبيه SLG مي باشند و پيشنهاد شده است كه Cf-9 و Cf-2 به منظور ايجاد پاسخ دفاعي احتمالاً با يك گيرنده كينازي LRR يا ساير پروتئين ها بر هم كنش نشان مي دهند . اين پروتئين ها در آينده شناسايي خواهند شد زيرا ژنهاي اضافي كه براي عمل Cf-9 در گوجه فرنگي ضروري مي باشند از طريق تجزيه جهش مشخص شده اند .

شباهت جالبي نيز بين فرآورده هاي ژنهاي R و ساير پروتئين هايي كه با مولكولهاي حاصل از عامل بيماري بر هم كنش نشان مي دهند ، وجود دارد . ژن PR5K در آرابيدوپسيس يك پروتئين كينازي را كد مي كند كه در عرض غشاء‌ قرار مي گيرد و حوزه كينازي در آن مشابه Pto ، Xa21 و حوزه خارج سلولي آن مشابه يك پروتئين ضد قارچي با بيماريزايي (پروتئين PR ) به نام PR5 مي باشد . PR5 و PR5K نيز مانند SLG و SRK احتمالاً با پروتئين هاي هدف مشترك و يا مربوط به هم بر هم كنش نشان مي دهند . سيستم مشابه ديگر ، شباهت زياد بين LRR هاي Cf-9 و Cf-2 و پروتئين هاي مهار كننده پلي گالاكتوروناز (PGIPs) است . پلي

گالاكنورونازهاي قارچي عوامل بيماريزايي هستند كه هموگلاكتورونان ها را در ديواره سلول گياهي هيدروليزه مي كنند . به همين ترتيب در گياهان نيز پروتئين هايي وجود دارند كه عمل پلي گالاكتورونازها را متوقف مي كنند كه به آنها PGIP گويند . در حقيقت PGIP ها گيرنده هاي با ميل تركيبي بالا هستند كه پلي گالاكتورونازهاي قارچي را مهار مي كنند . پيشنهاد شده است كه PGIP ها در پيام دفاعي نقش دارند . زيرا فرآورده هاي خرد شده حدواسط اليگو گالاكتورنايد ( با زنجيره اي به طول ۱۰ تا ۱۴ واحد ) كه در نتيجه مهار ناقص پلي گالاكتوروناز قارچي تجمع مي يابند مي تواند به عنوان تركيبات القاء كننده دفاع عمل نمايند .