Oxyprolinban gazdag glikoproteinek
A primer növényi sejtfalhoz kötött fehérjék általában glikoproteinek. Ezek vagy kovalensen kötődnek a sejtfalhoz, vagy oldott állapotban a sejtfalban maradnak. Némelyikük enzim, mások szerkezeti funkciókat látnak el.
A legtöbb sejtfalglikoprotein oxiprolinban gazdag. Az oxiprolinban gazdag glikoproteinek (ORG) bázikus aminosavakban gazdag lineáris molekulák. Ezen aminosavak magas szintje a sejtfalat a baktériumsejtekhez hasonló, negatív töltésű részecskéket vagy sejteket megkötő polikationos gátakká alakítja át.
Az összes oxiprolinban gazdag glikoprotein közös szerkezeti jellemzőkkel rendelkezik.
(1)
Magas oxiprolin, β-oxiamin sav szerin, treonin és vagy glicin vagy alanin tartalma.
(2)
Arabinóz és galaktóz tartalma egyenlő arányban.
(3)
Az arabinóz és a galaktóz mellett más cukrok és aminosavak is jelen lehetnek.
A növényi sejtek a glikoproteinek legalább három osztályát választják ki, amelyek nagy mennyiségű oxiprolint tartalmaznak: az extenzinek, az arabinogalaktán fehérjék és a lektinek.
Az extenzin oldható fehérjeként választódik ki, gyengén kötődik a sejtfalakhoz izodityrozin hidakon keresztül; végül egy oldhatatlan sejtkomponens keletkezik. Az extenzin oldható formájának kétharmada szénhidrát, egyharmada pedig fehérje. A sárgarépa-extenzin molekulatömege 86 kDa, és körülbelül 36 kDa szabadul fel a deglikoziláció során. Úgy tűnik, hogy az extenzin keresztkötése a sejtfal komponenseivel egy specifikus peroxidáz bevonásával épül fel.
Az extenzin szokatlan aminosav-összetétellel rendelkezik: 41 mol.% oxiprolin, 12 mol.% szerin, 10 mol.% lizin, 8 mol.% tirozin és 0-11 mol.% hisztidin. A savas aminosavak hiánya és a nagy lizin- és hisztidintartalom határozza meg a bázikus izoelektromos pontot 10-12-en belül. A sejtfal-extenzin prolil-hidroxiláz és oxiprol-arabinozil-transzferáz segítségével oldható glikoproteinné alakítható. Mindkét enzim a Golgi-apparátusban lokalizálódik. A tri- és tetrarabinozid oldalláncok többnyire oxiprolin maradékokhoz kapcsolódnak.
Az extenzinnel ellentétben az arabinogalaktán fehérjék oldható oxiprolin tartalmú glikoproteinek, amelyek mind a citoplazmában, mind extracellulárisan lokalizálódnak. Az arabinogalaktán fehérjék aminosavai többnyire oxiprolin, szerin, alanin és glicin. A magas polimerizációs fokú arabinóz és arabinogalaktán láncok, valamint az α-D-galak-topiranozil maradék elágazó szénhidrátmagja oxiprolinhoz kapcsolódik. A maghoz ezen kívül arabinosid és glikuronsavak kapcsolódnak. Úgy tűnik, hogy a prolin hidroxilálása és az arabinosid oxyprolinná történő transzportja ugyanúgy zajlik, mint az extenzinnél.
A harmadik ORG-osztályba végül a Solanaceae családba tartozó növények lektinjei tartoznak, amelyek intracellulárisan és extracellulárisan is lokalizálódnak. Ezek a fehérjék 50-60%-ban oxiprolint, szerint, glicint és ciszteint tartalmaznak, amelyek a domináns aminosavak. Az arabinózmaradványok az oxiprolinhoz, a galaktozilmaradványok pedig a szerinhez kötődnek. A burgonyából származó ORG-k a Ralstonia solanacearum baktériumos hervadás kórokozójának avirulens, de nem virulens törzseit agglutinálják. Agglutinineknek neveztük el őket, hogy megkülönböztessük őket a szerkezetileg hasonló lektinektől, amelyek csak alacsony hemagglutináló aktivitással rendelkeznek. Az agglutininek a sejtfalak oldható vegyületei, amelyek akár 61%-ban szénhidrátokat tartalmaznak. A szénhidrátrész arabinózból és kis mennyiségű galaktózból, glükózból és glükózaminból áll. A molekulatömeg 91 kDa, és deglikoziláció esetén 56 kDa-ra csökken. Egyelőre nehéz megítélni, hogy az agglutininek játszanak-e bármilyen szerepet a növény-parazita kapcsolatban.
Megállapítható néhány tény, amely az ORG-k védő szerepét mutatja a növények ellenálló képességében.
(1)
Egyértelmű összefüggés van a dinnye sejtfalában felhalmozódó ORG-k és a dinnye Gloeosporium lagenáriummal szembeni ellenálló képessége között. Több növény-patogén rendszer elemzése kimutatta, hogy a sejtfalak ORG-vel való gazdagodása számos növényfajban gombákkal, baktériumokkal és vírusokkal történő beoltáskor következik be.
(2)
A sejtfalakban lévő oxiprolin (ORG marker) szintje sokkal gyorsabban növekszik rezisztens, mint fogékony fajták beoltásakor.
(3)
Az ORG-szint mesterséges növelése, vagy éppen ellenkezőleg, elnyomása a rezisztencia megfelelő indukciójához vagy gátlásához vezet.
(4)
A növényi szövetek mikrobiális endogén elicitorokkal való kezelése ORG képződést indukál a szövetekben.
Az ORG bioszintézis mechanizmusai még nem teljesen tisztázottak. Feltételezhető, hogy az etilén részt vesz ebben a folyamatban, mivel az elicitorok indukálják a képződését. Emellett az etilén önmagában is indukálhatja az ORG képződést. A dinnye sejtfalában az ORG-tartalom többszörösére nő a Gloeosporium lagenáriummal történő beoltás hatására, amit a növény etiléntermelésének ugrásszerű növekedése kísér. Az ebből a gombából vagy a dinnye sejtfalából származó elicitorok hasonló választ váltottak ki. A dinnye palántáinak etilénnel való kezelése az oltás előtt növelte mind az ORG-tartalmat, mind a rezisztenciát, míg az ORG-k gátlása elősegítette a kórokozó általi kolonizációt.
A beoltott vagy az elicitorral kezelt növényi szövetekben az etilén bioszintézisének specifikus gátlása elnyomta az oxiprolin lerakódását a falakban. Az etilén prekurzora, az aminociklopropán-karbonsav ORG-t indukált a kezeletlen növények szöveteiben, és az inhibitorral kezelt szövetekben is helyreállította az ORG képződést.
A Phytophthora megasperma elicitorja etilén és ORG szintézist indukált a szójabab hipokotiljaiban. Az uborka Cladosporium cucumerinummal való inkompatibilis, de nem kompatibilis kölcsönhatásakor is megnövekedett az oxiprolin tartalom. Ezzel szemben a búza sejtfalának oxiprolin-koncentrációja növekedett az Erysiphe graminis kompatibilis vonalával történő beoltáskor.
A Colletotrichum lindemutianum által érintett babban az ORG-k és mRNS-ük felhalmozódása a fertőzött szövetekben és sejtkultúrában a prolil-hidroxiláz és az arabinosiltranszferáz átmeneti aktiválódásával együtt történt. Az arabinozil-transzferáz a Golgi-apparátushoz kapcsolódik, míg a proil-hidroxiláz az endoplazmatikus retikulumban koncentrálódik.
A fertőzött szövetek sejtfalában az ORG-szint növekedése erősen megváltoztatja azok tulajdonságait. Polimerekként az ORG-k erősítik a sejtfelszínt, polikationokként pedig megváltoztatják a felületi töltést.
Répa, paradicsom és bab ORG génjeit klónozták és szekvenálták. Mindhárom esetben a gének jelentős homológiával rendelkeztek egymással, és egy jellegzetes ismétlődő szekvenciát tartalmaztak, amely szerin-négy prolin-pentapeptidet kódol. Az ORG képződését egy géncsalád kódolja, amely géneket különböző módon szabályozzák a sérült vagy fertőzött növényekben.
A C. lindemuthianum inkompatibilis fajjal beoltott bab hipokotiljaiban az ORG-k mRNS-felhalmozódásának mennyisége és sebessége lényegesen nagyobbnak bizonyult, mint a kompatibilis kölcsönhatásban. Azt is kimutatták, hogy az ORG-k mRNS-e az inokuláció helyén kívül a nem fertőzött szövetekben is felhalmozódott, ami képződésük szisztémás jellegére utal.
A növényi sejtfal tehát glikoproteineket tartalmaz, amelyek közül sok fermentációs aktivitással rendelkezik. Néhányuk, különösen a peroxidázok és a glikozilhidrolázok, fontos szerepet játszhatnak a növény fitopatogénekkel szembeni védekezési válaszokban. Például a specifikus peroxidáz részt vesz a lignin bioszintézisében és az extenzin izodityrozin-hídjainak kialakításában, valamint azokban a hidakban, ahol a sejtfalakat ferulasav köti. A glikozilhidrolázok, mint a növényi sejtfalak gyakori összetevői, felelősek lehetnek az oligoszacharinok felszabadulásáért a növények vagy gombák sejtfalából.