FLS2

Se ha descubierto que los genes FLS participan en la recepción de flagelina por parte de las bacterias. FLS1 fue el gen original descubierto y se demostró que se corresponde con un ecotipo específico dentro de Arabidopsis thaliana . Sin embargo, estudios posteriores han revelado un segundo gen FLS, conocido como FLS2 , que también está asociado con la recepción de flagelina. FLS2 y FLS1 son genes diferentes con funciones distintas, pero están relacionados genéticamente. FLS2 se centra específicamente en la defensa de las plantas y participa en la promoción de la cascada de la MAP quinasa . Las mutaciones en el gen FLS2 pueden causar infección bacteriana por falta de respuesta al péptido flg22 de 22 aminoácidos. Por lo tanto, la función principal de FLS2 es su asociación con flg22, mientras que su función secundaria es la promoción de la cascada de la MAP quinasa en la defensa de las plantas. ^{[ 2 ]}

FLS2 se considera una quinasa similar a un receptor (RLK). Las RLK son esencialmente tirosina quinasas fusionadas a un dominio de repetición rico en leucina N-terminal, que controla su función. Aunque las tirosina quinasas están ampliamente distribuidas y presentes en mamíferos, este tipo de fusión solo se encuentra en plantas. Las RLK son proteínas transmembrana que constan de regiones de membrana interna, externa y central. Las RLK desempeñan un papel importante en la recepción vegetal, lo que se demostrará a través de FLS2. ^{[ 3 ]} Brassinosteroid insensitive-1 (BRI1) es otra RLK importante con similitudes a FLS2. A pesar de compartir muchos de los mismos componentes de señalización, FLS2 y BRI1 tienen efectos muy diferentes en la célula. ^{[ 4 ]}

FLS2 se conserva en todas las plantas terrestres, pero los epítopos flg22 bacterianos son polimórficos, y algunos patógenos portan variantes que evaden el reconocimiento canónico de FLS2 ^{[ 5 ]} . Algunos homólogos de FLS2 que ocurren naturalmente tienen rangos de percepción "expandidos" que les permiten detectar estas variantes de flagelina bacteriana que de otro modo serían evasivas ^{[ 6 ]} . Los investigadores han identificado los bolsillos estructurales específicos y los residuos de aminoácidos responsables del reconocimiento flg22 expandido y los han transferido con éxito entre receptores FLS2 relacionados, diseñando un receptor de rango estrecho en uno que puede detectar patógenos adicionales ^{[ 6 ] [ 7 ]} . Los análisis evolutivos encontraron que estas regiones están bajo una selección positiva similar en múltiples órdenes de plantas, lo que sugiere que la percepción expandida puede ser común en la naturaleza y que la ingeniería racional podría ayudar a ampliar la detección de patógenos en los cultivos ^{[ 6 ]} .

FLS2 consta de tres dominios: uno extracelular, uno transmembrana y uno intracelular. El dominio extracelular se conoce como dominio de repetición rica en leucina (LRR). En esta región, que es el extremo amino, se dice que interactúa directamente con la flagelina en la superficie cóncava interna de la hélice LRR, iniciando la respuesta de FLS2 a flg22. El dominio transmembrana es donde las proteínas transitan de extracelular a intracelular. Esta región suele ser termodinámicamente muy estable y se encuentra únicamente en la membrana fosfolipídica entre las células. El dominio intracelular es el dominio de serina/treonina quinasa. En este dominio, la fosforilación cataliza una cascada de quinasas de proteínas que conduce a una respuesta. ^{[ 8 ]} En FLS2 , esta respuesta provoca cambios en el crecimiento y las defensas de la planta. ^{[ 9 ]}

Un experimento realizado para demostrar la participación de FLS2 en la percepción de la flagelina fue una expresión ectópica de FLS2 utilizando el promotor del gen CaMV 35S en una planta de Arabidopsis thaliana de tipo silvestre y dos plantas de Arabidopsis thaliana supuestamente mutantes . La planta de Arabidopsis de tipo silvestre se indicó como Col-0 y las dos mutantes se indicaron como 35S:: FLS2 - col2 y 35S:: FLS2 - col4 . En este experimento, la deposición de calosa y la producción de especies reactivas de oxígeno fueron las variables consideradas para demostrar la percepción de la flagelina después del tratamiento con flg22, como lo indicaron investigaciones previas (Gomez-Gomez, et al. 1999). Los resultados de este estudio mostraron: primero, una respuesta en la deposición de calosa 12 horas después del tratamiento en solo un tipo de planta, que fue la mutante 35S:: FLS2 - col2 ; En segundo lugar, en el tipo silvestre y el mutante 35S:: FLS2 - col4 , no se detectó deposición de calosa en plantas que exhibieron niveles reducidos de FLS2 . En correlación directa con la respuesta de deposición de calosa, un ensayo basado en luminol mostró un estallido oxidativo en los tejidos foliares de los tres tipos de plantas. El ensayo basado en luminol también mostró una respuesta oxidativa rápida y fuerte en el mutante 35S:: FLS2 - col2 con tratamiento de 10 nM de flg22, mientras que un tratamiento de 10 nM de flg22 en el mutante 35S:: FLS2 - col4 no pudo inducir ninguna respuesta oxidativa que ocurriría naturalmente en la planta Arabidopsis de tipo silvestre . Aun así, niveles de tratamiento más altos de flg22 provocarían una respuesta oxidativa, pero no significativamente en comparación con el tipo silvestre. Lo último que se observó en este experimento fue el tratamiento de flg22 con respecto a la inhibición del crecimiento en plántulas T2. La inhibición del crecimiento en 35S:: FLS2 - col2 fue mayor que en el tipo silvestre bajo el tratamiento con flg22, mientras que 35S:: FLS2 - col4 mostró una inhibición del crecimiento reducida en comparación con las plantas de tipo silvestre bajo el tratamiento con flg22, lo cual es el inverso de la respuesta oxidativa en estos dos mutantes en relación con el tipo silvestre. ^{[ 2 ]}

De la misma manera que los mamíferos y los insectos poseen una respuesta inmunitaria innata a los patógenos, las plantas tienen un sistema de defensa similar, aunque modificado. La principal diferencia entre plantas, mamíferos e insectos radica en que estos últimos no son inmóviles como las plantas; por lo tanto, el sistema de defensa de las plantas es más complejo y depende en mayor medida de vías de señalización para detectar posibles ataques. En este sentido, es importante destacar que todas las bacterias grampositivas y gramnegativas comparten la flagelina. Al ser inmóviles, las plantas pueden reconocer un patrón molecular específico de flagelina para identificar bacterias fitopatógenas en su defensa. Como se descubrió en el estudio de expresión ectópica de FLS2, ^{[ 2 ]} FLS2 está directamente relacionado con la percepción de la flagelina; por lo tanto, tanto por descubrimiento como por la naturaleza de la planta, FLS2 es el gen responsable de la percepción de la flagelina, que activa la respuesta de defensa vegetal. Aquí las cosas no están del todo claras porque, como se mencionó anteriormente, las bacterias grampositivas y gramnegativas comparten flagelina, lo que significa que las plantas no pueden distinguir entre bacterias avirulentas y virulentas. Esto podría ser extremadamente útil cuando hay abundancia de bacterias patógenas; sin embargo, también puede resultar ineficiente cuando la respuesta de defensa de la planta se produce debido a la percepción de la flagelina de bacterias avirulentas, o al menos eso se podría pensar. En realidad, las respuestas de defensa de las bacterias avirulentas son mayores que las de las bacterias virulentas debido a la presencia de múltiples elicitores específicos. Hutcheson (1997) ^{[ 10 ]} descubrió que las estructuras terciaria y cuaternaria de los elicitores proteicos dependen de la actividad del elicitor. Aun así, los productos de genes de resistencia se encuentran comúnmente en dominios de repetición ricos en leucina, que es el dominio extracelular de FLS2; y los genes hrp están directamente relacionados con la inducción de enfermedades y la respuesta hipersensible a las plantas resistentes. En resumen, cuantos más elicitores estén presentes en la percepción de la flagelina, mayor será la respuesta de defensa de la planta, independientemente de la virulencia. Es más común que un patógeno avirulento produzca más elicitores. ^{[ 2 ]}

El diseño de este experimento es similar a la literatura previa de ^{[ 2 ]} y ^{[ 11 ],} pero a diferencia de esos dos estudios, en este estudio, ^{[ 3 ]} el promotor utilizado fue el promotor 35S del virus del mosaico de la coliflor, utilizado para expresar secuencias codificantes de FLS2 fusionadas a una etiqueta triple c- myc . Se sabe qué sucede con un gen FLS2 en Arabidopsis , pero este estudio analiza cómo el gen FLS2 en Arabidopsis puede afectar a una planta que contiene un gen FLS2 que no responde de manera similar a Arabidopsis . La Figura 1 en ^{[ 3 ]} muestra cómo las células de tomate sin introducción de un gen FLS2 de Arabidopsis no muestran respuesta a la percepción de flg15 o flg22. Sin embargo, al observar el gen FLS2 de Arabidopsis y las células de tomate con el gen FLS2 de Arabidopsis añadido, es claro que las respuestas son similares debido a la presencia del gen FLS2 de Arabidopsis . ^{[ 3 ]}

En la literatura previa, la alcalinización se ha utilizado para mostrar flujos iónicos a través de membranas. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} En este estudio, se muestra que la alcalinización es inducida por el derivado de flagelina flg22-ΔA ^16/17 en plantas de tomate que expresan el gen FLS2 de Arabidopsis . Se utilizó alcalinización extracelular para provocar una respuesta en estos tipos de plantas. La alcalinización no tuvo efecto en las plantas de tomate no tratadas, pero se mostró una mayor actividad de unión a FLS2 sin un aumento en la sensibilidad hacia flg22 en las plantas de tomate que expresan el gen FLS2 de Arabidopsis . Esta falta de aumento en la sensibilidad podría atribuirse a una serie de factores desconocidos, pero hipotéticos. Aun así, la unión de las plantas de tomate que expresan el gen FLS2 de Arabidopsis mostró una sensibilidad similar a flg15 que la de las plantas de tomate normales. Esto indica que tanto el gen FLS2 de Arabidopsis como el gen FLS2 de la planta de tomate funcionan en las plantas de tomate que expresan el gen FLS2 de Arabidopsis . El gen FLS2 de Arabidopsis responde a flg22 y el gen FLS2 natural del tomate responde a flg15. Además, se analizó el gen FLS2 del tomate para detectar cualquier derivado que pudiera ser responsable de la expresión génica. Aunque menos activo que flg22, se encontró que su derivado flg22-ΔA ^16/17 induce una respuesta de alcalinización media en el gen FLS2 de Arabidopsis tanto en plantas de Arabidopsis como de tomate que expresan dicho gen . En esencia, la mayor parte de la percepción de flagelina que ocurre en las plantas de tomate que expresan el gen FLS2 de Arabidopsis se debe a este gen, mientras que una pequeña parte de la percepción de flagelina puede atribuirse al gen FLS2 del tomate. ^{[ 3 ]}