Published November 16, 2012
| Version v1
Publication
Open
Stress inducible proteinase inhibitor diversity in Capsicum annuum
Creators
- 1. National Chemical Laboratory
- 2. Max Planck Institute for Chemical Ecology
Description
Abstract Background Wound-inducible Pin-II Proteinase inhibitors (PIs) are one of the important plant serine PIs which have been studied extensively for their structural and functional diversity and relevance in plant defense against insect pests. To explore the functional specialization of an array of Capsicum annuum (L.) proteinase inhibitor ( CanPIs ) genes, we studied their expression, processing and tissue-specific distribution under steady-state and induced conditions. Inductions were performed by subjecting C. annuum leaves to various treatments, namely aphid infestation or mechanical wounding followed by treatment with either oral secretion (OS) of Helicoverpa armigera or water. Results The elicitation treatments regulated the accumulation of CanPIs corresponding to 4-, 3-, and 2-inhibitory repeat domains (IRDs). Fourty seven different CanPI genes composed of 28 unique IRDs were identified in total along with those reported earlier. The CanPI gene pool either from uninduced or induced leaves was dominated by 3-IRD PIs and trypsin inhibitory domains. Also a major contribution by 4-IRD CanPI genes possessing trypsin and chymotrypsin inhibitor domains was specifically revealed in wounded leaves treated with OS. Wounding displayed the highest number of unique CanPIs while wounding with OS treatment resulted in the high accumulation of specifically CanPI-4 , -7 and − 10 . Characterization of the PI protein activity through two dimensional gel electrophoresis revealed tissue and induction specific patterns. Consistent with transcript abundance, wound plus OS or water treated C. annuum leaves exhibited significantly higher PI activity and isoform diversity contributed by 3- and 4-IRD CanPIs . CanPI accumulation and activity was weakly elicited by aphid infestation yet resulted in the higher expression of CanPI -26, -41 and − 43 . Conclusions Plants can differentially perceive various kinds of insect attacks and respond appropriately through activating plant defenses including regulation of PIs at transcriptional and post-translational levels. Based on the differentially elicited CanPI accumulation patterns, it is intriguing to speculate that generating sequence diversity in the form of multi-IRD PIs is a part of elaborative plant defense strategy to obtain a diverse pool of functional units to confine insect attack.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعتبر مثبطات بروتينات الدبوس الثاني (PIS) التي يحفزها الجرح واحدة من مثبطات سيرين النبات الهامة التي تمت دراستها على نطاق واسع لتنوعها الهيكلي والوظيفي وأهميتها في الدفاع النباتي ضد الآفات الحشرية. لاستكشاف التخصص الوظيفي لمجموعة من جينات مثبطات إنزيم بروتيناز الفلفل الحلقي (L. )، درسنا تعبيرها ومعالجتها وتوزيعها الخاص بالأنسجة في ظل ظروف مستقرة ومستحثة. تم إجراء الحث عن طريق إخضاع أوراق C. annuum لمعالجات مختلفة، وهي الإصابة بالمن أو الجرح الميكانيكي متبوعًا بالعلاج إما بإفراز فموي (OS) من Helicoverpa armigera أو الماء. النتائج نظمت علاجات الاستنباط تراكم CanPIs المقابلة لنطاقات التكرار 4 و 3 و 2 المثبطة (IRDs). تم تحديد سبعة وأربعين جينًا مختلفًا من CanPI تتكون من 28 IRDs فريدة من نوعها إلى جانب تلك التي تم الإبلاغ عنها سابقًا. كانت المجموعة الجينية CanPI إما من الأوراق غير المستحثة أو المستحثة تهيمن عليها 3 - IRD PIs والمجالات المثبطة للتربسين. كما تم الكشف عن مساهمة كبيرة من قبل جينات 4 - IRD CanPI التي تمتلك مجالات مثبطات التربسين والكيموتريبسين على وجه التحديد في الأوراق المصابة المعالجة بـ OS. أظهر الجرح أكبر عدد من CanPIs الفريدة أثناء الجرح باستخدام علاج OS مما أدى إلى تراكم مرتفع لـ CanPI -4 و -7 و -10 على وجه التحديد. كشف توصيف نشاط بروتين PI من خلال الرحلان الكهربائي الهلامي ثنائي الأبعاد عن أنماط محددة للأنسجة والتحريض. تماشيًا مع وفرة النصوص، أظهر الجرح بالإضافة إلى OS أو الأوراق الحلقية المعالجة بالماء نشاطًا أعلى بكثير في PI وتنوعًا متساويًا ساهم به 3 و 4 - IRD CanPIs . تم الحصول على تراكم CanPI ونشاطه بشكل ضعيف بسبب الإصابة بالمن ومع ذلك أدى إلى التعبير العالي عن CanPI -26 و -41 و -43 . الاستنتاجات يمكن للنباتات أن تدرك بشكل مختلف أنواع هجمات الحشرات وتستجيب بشكل مناسب من خلال تنشيط دفاعات النبات بما في ذلك تنظيم PIs على مستويات النسخ وما بعد الترجمة. استنادًا إلى أنماط تراكم CanPI المستثارة بشكل مختلف، من المثير للاهتمام التكهن بأن توليد تنوع التسلسل في شكل PIs متعددة IRD هو جزء من استراتيجية دفاع النبات التفصيلية للحصول على مجموعة متنوعة من الوحدات الوظيفية لحصر هجوم الحشرات.Translated Description (French)
Résumé Contexte Les inhibiteurs de la protéinase Pin-II (IP) inductibles par les plaies sont l'un des principaux IP de la sérine végétale qui ont été largement étudiés pour leur diversité structurelle et fonctionnelle et leur pertinence dans la défense des plantes contre les insectes ravageurs. Pour explorer la spécialisation fonctionnelle d'un ensemble de gènes inhibiteurs de la protéinase (CanPI) de Capsicum annuum (L.), nous avons étudié leur expression, leur traitement et leur distribution spécifique aux tissus dans des conditions d'équilibre et induites. Les inductions ont été effectuées en soumettant les feuilles de C. annuum à divers traitements, à savoir une infestation par un puceron ou une blessure mécanique suivie d'un traitement par sécrétion orale (SG) d'Helicoverpa armigera ou d'eau. Résultats Les traitements d'élicitation ont régulé l'accumulation des CanPI correspondant aux domaines répétitifs inhibiteurs 4-, 3- et 2 (IRD). Quarante-sept gènes CanPI différents composés de 28 IRD uniques ont été identifiés au total avec ceux rapportés précédemment. Le pool de gènes CanPI provenant de feuilles non induites ou induites était dominé par les IP 3-IRD et les domaines inhibiteurs de la trypsine. De plus, une contribution majeure des gènes CanPI 4-IRD possédant des domaines inhibiteurs de la trypsine et de la chymotrypsine a été spécifiquement révélée dans les feuilles blessées traitées avec la SG. La plaie présentait le plus grand nombre de CanPI uniques tandis que la plaie avec un traitement de la SG entraînait une accumulation élevée de CanPI-4 , -7 et − 10 en particulier. La caractérisation de l'activité de la protéine PI par électrophorèse bidimensionnelle sur gel a révélé des modèles spécifiques aux tissus et à l'induction. Conformément à l'abondance des transcrits, les feuilles de C. annuum traitées par plaie plus SG ou eau présentaient une activité PI et une diversité d'isoformes significativement plus élevées apportées par les CanPI 3- et 4-IRD . L'accumulation et l'activité de CanPI ont été faiblement provoquées par l'infestation de pucerons, mais ont entraîné une expression plus élevée de CanPI -26, -41 et − 43 . Conclusions Les plantes peuvent percevoir différemment divers types d'attaques d'insectes et réagir de manière appropriée en activant les défenses des plantes, y compris la régulation des IP aux niveaux transcriptionnel et post-traductionnel. Sur la base des modèles d'accumulation de CanPI suscités de manière différentielle, il est intrigant de spéculer que la génération d'une diversité de séquences sous la forme de PI multi-IRD fait partie d'une stratégie élaborée de défense des plantes visant à obtenir un pool diversifié d'unités fonctionnelles pour confiner l'attaque des insectes.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes Los inhibidores de la proteinasa Pin-II (PI) inducibles por heridas son uno de los PI de serina de plantas importantes que se han estudiado ampliamente por su diversidad estructural y funcional y su relevancia en la defensa de las plantas contra las plagas de insectos. Para explorar la especialización funcional de una serie de genes inhibidores de la proteinasa (CanPI) de Capsicum annuum (L.), estudiamos su expresión, procesamiento y distribución específica de tejido en condiciones de estado estacionario e inducidas. Las inducciones se realizaron sometiendo las hojas de C. annuum a varios tratamientos, a saber, infestación de áfidos o heridas mecánicas seguidas de tratamiento con secreción oral (OS) de Helicoverpa armigera o agua. Resultados Los tratamientos de provocación regularon la acumulación de CanPI correspondientes a los dominios de repetición inhibidores (IRD) 4, 3 y 2. Se identificaron cuarenta y siete genes CanPI diferentes compuestos por 28 IRD únicos en total junto con los informados anteriormente. El grupo de genes CanPI de hojas no inducidas o inducidas estuvo dominado por 3-IRD PI y dominios inhibidores de tripsina. También se reveló específicamente una contribución importante de los genes CanPI de 4-IRD que poseen dominios inhibidores de tripsina y quimotripsina en hojas heridas tratadas con OS. Las heridas mostraron el mayor número de CanPI únicas mientras que las heridas con tratamiento de SG dieron como resultado la alta acumulación de específicamente CanPI-4, -7 y -10 . La caracterización de la actividad de la proteína PI a través de electroforesis en gel bidimensional reveló patrones específicos de tejido e inducción. De acuerdo con la abundancia de transcritos, las hojas de C. annuum tratadas con herida más OS o agua exhibieron una actividad de PI y una diversidad de isoformas significativamente mayores aportadas por los CanPI de 3 y 4 IRD . La acumulación y la actividad de CanPI fueron provocadas débilmente por la infestación de áfidos, pero dieron como resultado una mayor expresión de CanPI -26, -41 y -43 . Conclusiones Las plantas pueden percibir diferencialmente varios tipos de ataques de insectos y responder adecuadamente a través de la activación de las defensas de las plantas, incluida la regulación de los IP a nivel transcripcional y postraduccional. Con base en los patrones de acumulación de CanPI provocados diferencialmente, es intrigante especular que la generación de diversidad de secuencias en forma de PI multi-IRD es una parte de la estrategia elaborativa de defensa de la planta para obtener un conjunto diverso de unidades funcionales para confinar el ataque de insectos.Files
1471-2229-12-217.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8934b9ef614720d863ceb4a7be24b293
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تنوع مثبطات البروتيناز المستحث بالإجهاد في الفلفل الحلقي
- Translated title (French)
- Diversité des inhibiteurs de protéinase inductibles par le stress dans Capsicum annuum
- Translated title (Spanish)
- Diversidad de inhibidores de proteinasas inducibles por estrés en Capsicum annuum
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2107309258
- DOI
- 10.1186/1471-2229-12-217
References
- https://openalex.org/W1504972855
- https://openalex.org/W1514520499
- https://openalex.org/W1535246349
- https://openalex.org/W1561454246
- https://openalex.org/W1595520263
- https://openalex.org/W1598929256
- https://openalex.org/W1836892731
- https://openalex.org/W1966284790
- https://openalex.org/W1985886278
- https://openalex.org/W1988542675
- https://openalex.org/W1990918880
- https://openalex.org/W1991096632
- https://openalex.org/W1995816049
- https://openalex.org/W1998988364
- https://openalex.org/W2007886128
- https://openalex.org/W2013841192
- https://openalex.org/W2016564909
- https://openalex.org/W2022880431
- https://openalex.org/W2033084748
- https://openalex.org/W2037518061
- https://openalex.org/W2040146226
- https://openalex.org/W2041583087
- https://openalex.org/W2044941247
- https://openalex.org/W2054129579
- https://openalex.org/W2055155126
- https://openalex.org/W2056320241
- https://openalex.org/W2060253633
- https://openalex.org/W2074657478
- https://openalex.org/W2076544728
- https://openalex.org/W2077195973
- https://openalex.org/W2078777613
- https://openalex.org/W2085271232
- https://openalex.org/W2087731913
- https://openalex.org/W2089199521
- https://openalex.org/W2092314167
- https://openalex.org/W2101613736
- https://openalex.org/W2102073250
- https://openalex.org/W2103196178
- https://openalex.org/W2106013220
- https://openalex.org/W2112976509
- https://openalex.org/W2116986092
- https://openalex.org/W2118278450
- https://openalex.org/W2128559484
- https://openalex.org/W2130517034
- https://openalex.org/W2135257044
- https://openalex.org/W2135848475
- https://openalex.org/W2137069161
- https://openalex.org/W2148941896
- https://openalex.org/W2156141156
- https://openalex.org/W2162507371
- https://openalex.org/W4206544543