Functions of Systemin and Systemin-Related Peptides in Tomato Plants

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 25. März 2026 !

Systemin was the first plant hormone to be discovered in plants (Pearce et al., 1991; McGurl et al., 1992). This opened a whole field of research centered around the understanding of peptide signals and their perception in plants. However, the specific mechanisms by which systemin regulates plant physiology was not deeply studied and the functional receptor of systemin peptide, SYR1, was only recently identified (Wang et al., 2018). The role of systemin at the molecular level is still unclear and the process by which the systemin gets released in an active form into the cytoplasm is still under debate (Beloshistov el al., 2017). Recently, several systemin-like peptides were discovered which are also perceived by the systemin receptor SYR1. For one of them we provide evidence that it acts as a potent antagonistic of systemin and discuss its possible function in balancing the action of agonistic systemin peptides. As observed with a knockout mutant of the anti-systemin gene, this balancing function seems crucial for different steps in development of tomato plants, including seed germination, plant growth, flowering, fruit setting, and production of viable seeds. The three other agonistic systemin-like peptides are agonists like systemin. We show that the agonistic systemin-like peptides elicit different response patterns than the authentic systemin in tomato leaf assays monitoring the production of the stress hormone ethylene. This finding will provide leads to further mechanistic and physiological studies, with the aim to understand this sophisticated regulatory pathway present in tomato.

Systemin war das erste Pflanzenhormon, das in Pflanzen entdeckt wurde (Pearce et al., 1991; McGurl et al., 1992). Dies eröffnete ein ganzes Forschungsgebiet, das sich mit dem Verständnis von Peptidsignalen und ihrer Wahrnehmung in Pflanzen befasst. Die spezifischen Mechanismen, durch die Systemin die Pflanzenphysiologie reguliert, wurden jedoch nicht eingehend untersucht, und der funktionelle Rezeptor für Systemin-Peptid, SYR1, wurde erst kürzlich identifiziert (Wang et al., 2018). Die Rolle von Systemin auf molekularer Ebene ist immer noch unklar, und der Prozess, durch den das Systemin in aktiver Form in das Zytoplasma freigesetzt wird, wird immer noch diskutiert (Beloshistov et al., 2017). Kürzlich wurden mehrere Systemin-ähnliche Peptide entdeckt, die auch vom Systemin-Rezeptor SYR1 wahrgenommen werden. Für eines von ihnen weisen wir nach, dass es als potenter Antagonist von Systemin wirkt und diskutieren seine mögliche Funktion beim Ausgleich der Wirkung von agonistischen Systemin-Peptiden. Wie bei einer Knockout-Mutante des Anti-Systemin-Gens beobachtet wurde, scheint diese ausgleichende Funktion für verschiedene Schritte in der Entwicklung von Tomatenpflanzen entscheidend zu sein, einschließlich der Samenkeimung, des Pflanzenwachstums, der Blüte, des Fruchtansatzes und der Produktion von lebensfähigen Samen. Die drei anderen agonistischen Systemin-ähnlichen Peptide sind Agonisten wie Systemin. Wir zeigen, dass die agonistischen Systemin-ähnlichen Peptide in Tests an Tomatenblättern, die die Produktion des Stresshormons Ethylen überwachen, andere Reaktionsmuster hervorrufen als das authentische Systemin. Diese Erkenntnis wird zu weiteren mechanistischen und physiologischen Studien führen, die darauf abzielen, diesen hochentwickelten Regulationsweg in der Tomate zu verstehen.

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