Alan: Bitki hücre biyolojisi | IBO becerisi: Mutant ve enfeksiyon verisini yorumlama
Savunmada iki karşılıklı etkileşim katmanı
Bitkiler, bazı mikroorganizma kökenli korunmuş moleküler örüntüleri yüzey reseptörleri üzerinden algılayabilir. Örüntü tanıma reseptörleri (PRR), bazı reseptör benzeri kinaz ve protein ailelerini içerir; flajellin türevli peptitlerin algılanması iyi incelenmiş örneklerdendir. Algılamayı ROS üretimi, Ca²⁺ dalgaları, MAP kinaz sinyallemesi, hücre duvarı güçlendirilmesi ve savunma genlerinin ifade edilmesi izleyebilir. Ancak reaktif oksijen türlerinin yükselmesi her zaman başarılı savunma demek değildir; aşırı ROS bitki hücresine de zarar verebilir.
Patojenlerin bazıları konak savunmasını bastıran efektörler taşır. Bitki hücresi içindeki nükleotit bağlayan ve lösince zengin tekrar bölgeleri içeren bağışıklık reseptörleri (NLR'ler) bazı efektörlerin varlığı veya etkilerini algılayarak daha güçlü bir yanıtı tetikleyebilir. Bu algılamanın doğrudan protein bağlanmasıyla gerçekleşmesi zorunlu değildir; bir konak proteininin değişimini izleyen dolaylı algılama da mümkündür. Lokal hücre ölümüyle ilişkili aşırı duyarlılık tepkisi bazı etkileşimlerde patojen yayılmasını sınırlar, fakat her patojen–konak sistemi için zorunlu veya yeterli değildir.
Hormon ağı ve patojen tipi
Salisilik asit bazı biyotrof patojen yanıtlarında; jasmonat ve etilen bazı nekrotrof ve otçul yanıtlarında öne çıkabilir. Bununla birlikte sinyal ağları çapraz konuşur: SA yalnız bir patojen grubuna, JA yalnız diğerine çalışır şeklindeki kesin ayrım bilimsel değildir. Patojenin yaşam biçimi, enfeksiyon evresi ve konak genotipi tabloyu etkiler.
Deneysel nedensellik
Bir PRR genini kaybeden mutant, belirli bakteri örüntüsüne daha az ROS yanıtı gösteriyor olsun. Sonuç bu reseptörün algılama veya sinyal iletimine katkısıyla uyumludur. Ancak genel savunma kapasitesinin bittiğini göstermez; başka örüntülere yanıt, bitki gelişimi, kontrollü patojen yükü ve genetik kurtarma deneyi gerekir. Bağışıklık ölçümü için ROS, savunma geni ifadesi ve gerçek patojen büyümesi birbirinden ayrı sonlanım ölçütleridir.
Sentetik IBO problemi ve çözüm
Bir mutant, flajellin türevli peptit uygulamasına yanıt vermiyor fakat kitin uygulamasına normal yanıt veriyor. En uygun ilk hipotez nedir?
A) Bütün MAP kinazlar eksiktir. B) Flajellin algılama kolunda özgül kusur vardır. C) Mutant canlı değildir. D) Kitin flajellinle aynıdır. E) Hiçbir immün yanıt kalmamıştır.
Doğru yanıt: B. Farklı örüntülere seçici yanıt kaybı özgül algılama bileşenini düşündürür; nedensellik gen tamamlaması ve reseptör düzeyi testiyle güçlendirilir.
Derinleştirme: enfeksiyon verisinde yük ve belirteç ayrımı
Patojen yükünün gerçekten azaldığını göstermek için bir dizi savunma geninin ifade artışı tek başına yeterli değildir. Örneğin ROS tepkisi yüksek olup patojen yükü yine de artabilir; zarar görmüş doku kontrolsüz bir enflamasyon benzeri yanıt veriyor olabilir. Yüzey örüntü algılaması ile hücre içi efektör algılaması birbirini dışlayan iki tamamen ayrı sistem değildir; ortak aşağı sinyal bileşenleri vardır. Özellikle nekrotrof patojenlerde belirli hücre ölümü yanıtlarının patojenin yararına çalışabileceği bağlamlar da bulunur.
İkinci analiz: Kontrol yaprakta log10(CFU)=6, dirençli genotipte log10(CFU)=4 olsun. Aynı örnekleme ve ekim koşulları altında dirençli genotipte canlı bakteri yükü yaklaşık 100 kat düşüktür; çünkü 10⁶/10⁴=100. Ancak düşük CFU, hangi immün yolun gerekli olduğunu göstermez. Sinyal bileşeni mutantı ve genetik kurtarma karşılaştırılmalıdır.
Kaynak yönlendirmesi: Jones & Dangl, bitki bağışıklığı üzerine temel derleme (Nature, 2006); bitki biyolojisi kaynakları.