$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Białka oddziałują na siebie w skomplikowanej hierarchicznej sieci i tworzą kompleksy, które odgrywają kluczową rolę w prawie wszystkich procesach biologicznych zachodzących w nieprzewidywalnym środowisku komórkowym. Jednak od rozwoju roślin po reakcje wzrostowe brakuje wygodnych narzędzi, które mogą nie tylko szybko, ale także skutecznie identyfikować i monitorować te dynamiczne zdarzenia sygnalizacyjne na poziomie subkomórkowym.
System przejściowej ekspresji białek w naskórku liści tytoniu ma atrakcyjne zalety do wizualizacji białek fluorescencyjnych w żywych komórkach. System ten zapewnia warunki semi-in vivo, które umożliwiają potranslacyjną modyfikację białek i szybkie badanie lokalizacji białek. Badając uzupełniony sygnał YFP, test dwucząsteczkowej komplementacji fluorescencyjnej (BiFC) informuje o możliwości interakcji białko-białko w komórkach roślinnych. W porównaniu z innymi metodami, np. hybrydą drożdży-dwa (Y2H) i koimmunoprecypitacją (Co-IP), BiFC zapewnia również potężny sposób wizualizacji przedziałów, w których mogą zachodzić interakcje białko-białko na poziomie subkomórkowym.
Ponieważ asymetryczny podział komórek (ACD) utrzymuje populację komórek macierzystych, jednocześnie generując nowe typy komórek do tworzenia tkanek/narządów, jest to niezbędny mechanizm do promowania wielokomórkowości eukariotycznej. Rozwój aparatów szparkowych rzodkiewnika został wykorzystany jako system modelowy do badania ACD u roślin. Komórka prekursorowa, merystemoidalna komórka macierzysta, dzieli się asymetrycznie, tworząc dwie różne komórki potomne, merystremoid (ulega podziałom podobnym do komórek macierzystych przed zakończeniem w parę komórek ochronnych) i komórka naziemna linii szparkowej (SLGC) (może dzielić się i różnicować w komórkę chodnika) odpowiednio (ryc. 1). W aparatach szparkowych ACD nowe białko Breaking of Asymmetry in the Stomatal Lineage (BASL) jest spolaryzowane pretotycznie, aby napędzać asymetrie podziału, które obejmują asymetrię fizyczną i asymetrię losu komórki1. Kaskada MAPK złożona z MAPKKK YODA i MAPK, MPK3 i 6 ma kluczowe znaczenie dla wzorca podziału aparatów szparkowych i przyjęcia losu2,3, 4,5.
Niedawno, Zhang et al. powiązali białko polaryzacji BASL ze szlakiem sygnałowym YDA-MAPK w aparacie szparkowym Arabidopsis ACD 6. Kanoniczny szlak YODA-MAPK, poprzez MPK3/6, fosforyluje BASL i aktywuje jego polaryzację. Fosforylowany BASL działa jak rusztowanie i rekrutuje YODA (YDA) i MPK3/6 do tworzenia kompleksu białkowego i koncentracji sygnalizacji w korze komórkowej6. Polaryzacja składników MAPK i pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego między BASL a szlakiem YDA-MAPK stanowi nowy mechanizm polaryzacji białek w komórkach roślinnych. Przypuszcza się, że lokalnie wzbogacona sygnalizacja MAPK jest ściśle związana z różnicowaniem losu komórki w aparatach szparkowych ACD6 (Figura 1). Jedne z kluczowych danych eksperymentalnych, które wspierały ten model, pochodziły z testów tytoniowych, które wykazały przestrzenną redystrybucję MAPK indukowaną przez ekspresję BASL6.
Ogólnie rzecz biorąc, nie jest łatwo monitorować, gdzie występuje sygnalizacja MAPK, ponieważ cząsteczki MAPK często znajdowały się wszędzie wewnątrz komórki. W tym badaniu wykorzystaliśmy system split-YFP do wizualizacji interakcji między kinazą w górę a kinazą, aby zasugerować, gdzie występuje przekaźnik sygnałowy. Rozszerzyliśmy zastosowanie systemu BiFC poprzez koekspresję trzeciego białka (znakowanego CFP) z podzieloną parą YFP (sugerującą interakcję białko-białko), aby zwizualizować, czy i jak dopełniony YFP może być przestrzennie modulowany przez koeksprymowane białko CFP. W ten sposób wykazaliśmy, że koekspresja CFP-BASL indukowała przestrzenną reorganizację interakcji między YDA i MPK6, od równomiernego rozkładu do spolaryzowanego wzorca w korze komórkowej komórek naskórka tytoniu. System ten ma zatem potencjał do opracowania w celu monitorowania dynamicznych zdarzeń sygnalizacyjnych w komórkach roślinnych w warunkach, w których komórki są prowokowane przez bodźce wewnętrzne lub zewnętrzne (np. koekspresja innych białek, zastosowanie chemiczne, atak patogenu lub zmiany środowiskowe itp.).