DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1797768
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42111738
تاريخ النشر: 2026-04-23
المؤلف: Liu Y وآخرون
الموضوع الرئيسي: الببتيدات المضادة للميكروبات والأنشطة
نظرة عامة
تتميز بروتينات شبيهة الثومتين (TLPs)، وهي فئة فرعية من البروتينات المرتبطة بالمرض (PR5)، بهيكلها المميز والثابت المعروف باسم “TLP-fold” وتوجد عبر مختلف الكائنات الحية، بما في ذلك النباتات والحيوانات والفطريات. تعمل هذه البروتينات كجزيئات فعالة حاسمة في دفاع النباتات ضد الميكروبات وتظهر مرونة هيكلية تمكنها من المشاركة في شبكات تنظيمية معقدة. تدمج TLPs الإشارات من عدة هرمونات نباتية، مثل حمض الساليسيليك، وحمض الجازمونيك، والإيثيلين، وحمض الأبسيسيك، مما يسهل استجابة منسقة لكل من الضغوط الحيوية وغير الحيوية. وهذا يضع TLPs كمركز “تكاملي” في تكيف النباتات مع الضغوط.
يوفر الاستعراض تجميعًا شاملاً للأدبيات الحالية حول TLPs، مع التركيز على التحقق من وظيفة الجينات، والخصائص الهيكلية، والجوانب التطورية، والآليات التنظيمية. يبرز تعددية وظائف TLPs في مقاومة الأمراض، وتحمل الضغوط، وتنظيم النمو، فضلاً عن دورها كمواد مسببة للحساسية. علاوة على ذلك، يؤكد الاستعراض على أهمية TLPs في دمج استجابات الضغوط ويناقش تطبيقاتها المحتملة في تعزيز مقاومة المحاصيل من خلال استراتيجيات التربية، مما يوفر رؤى قيمة للجهود البحثية المستقبلية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للنباتات في الغلاف الحيوي وتعرضها المستمر لمجموعة متنوعة من الضغوط الحيوية وغير الحيوية. لمواجهة هذه التحديات، طورت النباتات أنظمة مناعية وتكيفية متقدمة، حيث تلعب البروتينات المرتبطة بالمرض (PR)، وخاصة بروتينات شبيهة الثومتين (TLPs) من عائلة PR5، دورًا مركزيًا في هذه الاستجابات. تم ملاحظة TLPs، التي تم الإشارة إليها في البداية لخصائصها المحلاة، بأنها تمتلك أدوارًا متعددة الوظائف في دفاع النباتات، حيث تظهر نشاطًا مضادًا للفطريات وتنظم الاستجابات للضغوط البيئية مثل الجفاف ودرجات الحرارة العالية. يتم تنظيمها بواسطة هرمونات نباتية متنوعة، مما يسمح لها بدمج إشارات الضغوط المتعددة والمشاركة في مسارات دفاع متنوعة.
يهدف الاستعراض إلى توضيح الأصول التطورية والتوزيع الجينومي لعائلة جينات TLP، مع تصور TLPs كمراكز “تكاملية” تنسق دفاع النباتات وتطورها من خلال ثلاثة آليات مترابطة: (1) شبكات تفاعل البروتين-بروتين، (2) نقاط إشارات مشتركة في مسارات الهرمونات النباتية، و(3) شبكات تنظيم النسخ المشتركة مع جينات أخرى مرتبطة بالدفاع. تؤكد الورقة على أهمية فهم الخصائص الهيكلية لـ TLPs وآلياتها التنظيمية، فضلاً عن تطبيقاتها المحتملة في تعزيز مقاومة المحاصيل وتطوير التحضيرات الحيوية، مما يوفر موردًا شاملاً للبحث المستقبلي في هذا المجال.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على الأهمية التطورية والتنوع الوظيفي لعائلة جينات البروتينات الشبيهة بالثومتين (TLP)، التي تلعب دورًا حاسمًا في دفاع النباتات ضد مسببات الأمراض. تشكل TLPs، التي تمثل 15-20% من جميع البروتينات المرتبطة بالمرض (PR)، الأعضاء الوحيدين في عائلة PR-5 وتعمل كعنصر مركزي في ربط آليات الدفاع الأساسية مع الاستجابات المناعية المتقدمة. عائلة جينات TLP قديمة وموزعة على نطاق واسع عبر النباتات والحيوانات والفطريات، مع ملاحظة توسع كبير في جينومات النباتات، وخاصة في المحاصيل متعددة الصيغ مثل القمح، حيث يمكن أن تصل أعداد النسخ إلى ما يقرب من 100. تؤكد الدراسة على أن حوالي 70% من TLPs توجد في النباتات، مما يبرز أهميتها في مقاومة الضغوط، بينما تظهر TLPs الفطرية أدوارًا مزدوجة كجزيئات دفاع وعوامل ضراوة.
تكشف الخصائص الهيكلية لـ TLPs عن “TLP-fold” محفوظ مع روابط ثنائية الكبريتيد الحرجة التي تعزز الاستقرار والوظائف. يتم تصنيف TLPs إلى أنواع كبيرة وصغيرة بناءً على الوزن الجزيئي، مع اختلاف خصائصها الفيزيائية والكيميائية عبر الأنواع. تناقش الورقة دور TLPs في استجابات الضغوط الحيوية، موضحةً أفعالها المضادة للفطريات المباشرة ووظيفتها كمنبهات تنشط المقاومة المكتسبة النظامية في النباتات. يمكن أن تعطل TLPs أغشية وخلايا الفطريات، مما يمنع نمو مسببات الأمراض، بينما تشارك أيضًا في مسارات إشارات معقدة تتضمن هرمونات نباتية. تتعقد الوظائف المزدوجة لـ TLPs أكثر بسبب وجود TLPs في مسببات الأمراض، التي يمكن أن تتلاعب بدفاعات النباتات، مما يؤدي إلى سباق تسلح جزيئي مستمر بين النباتات ومسببات الأمراض. بشكل عام، تمثل TLPs تكيفًا تطوريًا حاسمًا من أجل المرونة البيئية في كل من النباتات وغيرها من حقيقيات النوى.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1797768
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42111738
Publication Date: 2026-04-23
Author(s): Liu Y et al.
Primary Topic: Antimicrobial Peptides and Activities
Overview
Thaumatin-like proteins (TLPs), a subclass of pathogenesis-related proteins (PR5), are characterized by their distinctive and stable “TLP-fold” structure and are found across various organisms, including plants, animals, and fungi. These proteins serve as crucial effector molecules in plant antimicrobial defense and exhibit structural flexibility that enables them to participate in complex regulatory networks. TLPs integrate signals from multiple phytohormones, such as salicylic acid, jasmonic acid, ethylene, and abscisic acid, facilitating a coordinated response to both biotic and abiotic stresses. This positions TLPs as an “integrative hub” in plant stress adaptation.
The review provides a comprehensive synthesis of current literature on TLPs, focusing on gene functional validation, structural characteristics, evolutionary aspects, and regulatory mechanisms. It highlights the multifunctionality of TLPs in disease resistance, stress tolerance, and growth regulation, as well as their role as allergens. Furthermore, the review underscores the significance of TLPs in integrating stress responses and discusses their potential applications in enhancing crop resistance through breeding strategies, thereby offering valuable insights for future research endeavors.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of plants in the biosphere and their continuous exposure to various biotic and abiotic stresses. To combat these challenges, plants have developed advanced immune and adaptation systems, with pathogenesis-related (PR) proteins, particularly Thaumatin-like proteins (TLPs) from the PR5 family, being central to these responses. TLPs, initially noted for their sweetening properties, have been found to possess multifunctional roles in plant defense, exhibiting antifungal activity and regulating responses to environmental stresses such as drought and high temperatures. They are regulated by various phytohormones, allowing them to integrate multiple stress signals and participate in diverse defense pathways.
The review aims to elucidate the evolutionary origins and genomic distribution of the TLP gene family, conceptualizing TLPs as “integrative hubs” that coordinate plant defense and development through three interconnected mechanisms: (1) Protein-Protein Interaction Networks, (2) Shared Signaling Nodes in phytohormone pathways, and (3) Transcriptional Co-regulation Networks with other defense-related genes. The paper emphasizes the importance of understanding TLPs’ structural characteristics and regulatory mechanisms, as well as their potential applications in enhancing crop resistance and developing biopreparations, thereby providing a comprehensive resource for future research in this area.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the evolutionary significance and functional diversity of the thaumatin-like protein (TLP) gene family, which plays a crucial role in plant defense against pathogens. TLPs, comprising 15-20% of all pathogenesis-related (PR) proteins, are the sole members of the PR-5 family and serve as a central component in linking basal defense mechanisms with advanced immune responses. The TLP gene family is ancient and widely distributed across plants, animals, and fungi, with significant expansion observed in plant genomes, particularly in polyploid crops like wheat, where copy numbers can reach nearly 100. The study emphasizes that approximately 70% of TLPs are found in plants, underscoring their importance in stress resistance, while fungal TLPs exhibit dual roles as both defense molecules and virulence factors.
The structural characteristics of TLPs reveal a conserved “TLP-fold” with critical disulfide bonds that enhance stability and functionality. TLPs are classified into large and small types based on molecular weight, with their physicochemical properties varying across species. The paper discusses the role of TLPs in biotic stress responses, detailing their direct antifungal actions and their function as elicitors that activate systemic acquired resistance in plants. TLPs can disrupt fungal cell membranes and walls, thereby inhibiting pathogen growth, while also engaging in complex signaling pathways involving phytohormones. The dual functionality of TLPs is further complicated by the presence of TLPs in pathogens, which can manipulate plant defenses, leading to an ongoing molecular arms race between plants and their pathogens. Overall, TLPs represent a critical evolutionary adaptation for environmental resilience in both plants and other eukaryotes.