A búza (Triticum aestivum L.) glutamin szintetáz enzim viselkedése abiotikus stresszfolyamatok ( szárazság- és az alumíniumstressz) során

Nagy Zoltán
A búza (Triticum aestivum L.) glutamin szintetáz enzim viselkedése abiotikus stresszfolyamatok ( szárazság- és az alumíniumstressz) során.
Doktori értekezés, Szegedi Tudományegyetem.
(2014)

[img]
Előnézet
PDF (disszertáció)
Download (3MB) | Előnézet
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (186kB) | Előnézet
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (109kB) | Előnézet

Absztrakt (kivonat) idegen nyelven

A mezőgazdasági termelésben nagyon fontos, hogy a növények megfelelő környezetben tudjanak növekedni, fejlődni és termést hozni. Ezt kétféle módon lehet elérni. Az egyik, hogy megfelelő agrotechnikával biztosítják a megfelelő tápanyag és vízellátottságot, a kórokozók és gyomok ellen megfelelő vegyszerekkel védekeznek. A másik, hogy olyan növényeket termesztenek, amik képesek alkalmazkodni az élettanilag nem optimális körülményekhez. Természetesen a legjobb hatásfokot a két mód párhuzamos és megfelelő használata jelenti. A növények kiválasztásánál fontos, hogy a nemesítés során megfelelő élettani tulajdonságokra tudják szelektálni őket. Kutatásaink során a növények stresszre adott válaszait vizsgáltuk a nitrogén metabolizmus egy enzimének aspektusából, hogy ezáltal is jobban megismerjük és megértsük, hogy milyen folyamatok mennek végbe a gabonafélékben. Az itt szerzett adatokat a későbbiekben akár fel tudják használni a nemesítés folyamatában, illetve a további kutatások tükrében jobb modelleket tudjanak felállítani az élőlények túlélési stratégiáiról. Munkánk során azt a célt tűztük ki magunk elé, hogy két abiotikus stresszhatás, mégpedig a vízhiány és az alumínium jelenléte, hogyan befolyásolja a búza növények (Triticum aestivum L.) nitrogén metabolizmusában kulcsszerepet játszó glutamin szintetáz (GS, EC 6.3.1.2) enzimet. Az általunk vizsgált búza fajták a következők voltak a szárazságstressz esetében: Cappelle Desprez, Mv Emese, GK Élet, Kharchia, Kobomugi és Plainsman V. Az alumínium hatásait Jubilejnaja-50 nevű búzafajtán vizsgáltuk. A mintavétel időpontjaként a stresszhatás szempontjából legjelentősebb időszakokat választottuk. Ez a szárazságstressz esetében a szemfeltöltődési időszak volt, mivel a terméseredményeket ez a fejlődésiszakasz határozza meg leginkább. A virágzás utáni kilencedik napot választottuk ki a mérések időpontjaként. Az alumíniumstressz esetében pedig a fiatal 1 hetes csíranövényeket vizsgáltuk. Az alumínium hatása már ebben az időszakban is jelentős a gyökér növekedésének gátlása miatt. I. Szárazságstressz A növényeket a szárazságstressz hatására már szemmel láthatóan is két külön csoportokra lehetett osztani. Azonban az öntözött körülmények között nem volt eltérés a genotípusok között a levélöregedés szempontjából. A virágzás utáni kilencedik napon mindegyik búzanövény az egyszíkűekre jellemző szekvenciális öregedést mutatta kontroll körülmények között. De vízhiány hatására a Cappelle Desprez, GK Élet és a Kobomugi felgyorsult zászlóslevél elszáradást mutatott, míg a Plainsman V, Mv Emese és Kharchia megtartotta a szekvenciális öregedésre jellemző levél leszáradási sorrendet. A fehérje koncentráció változások is két féle mintázatot mutattak. Szárazság hatására a Cappelle Desprez, GK Élet és Kobomugi fajtákban a zászlóslevelekben kisebb fehérjekoncentrációt mértünk, mint az alatta lévő levélben. A többi búza genotípus esetében a zászlóslevélnek volt magasabb fehérje tartalma. Rubisco mennyiségének változásai követték az összes oldott fehérje koncentráció-változásokat mindegyik genotípus esetében. Az in vitro mért glutamin szintetáz aktivitás az öregedő levelekben drasztikusan lecsökkent. A levelekben mért fehérje koncentráció csökkenéssel együtt csökkent a GS aktivitás is. Az öregedő levelekben a kloroplasztiszban elhelyezkedő GS2 bomlott le először. A citoszólikus GS1 mennyisége nem csökkent, egyes esetekben még növekedést is mutatott. Eredményeink alapján megállapítható, hogy a GS2 jó indikátora a kloroplasztisz állapotának, illetve a GS aktivitás változása jól korrelál a növény öregedési folyamataival. Vizsgálataink során kimutattuk, hogy az általunk vizsgált búza genotípusok két eltérő szárazságstressz elleni stratégiával rendelkeznek. A Cappelle Desprez, GK Élet és Kobomugi a „menekülő” stratégiát alkalmazza, míg a Plainsman V, Mv Emese és a Kharchia pedig a „toleráns” stratégiát. Élettani szempontból mindkét stratégia megfelelő, hiszen a növény szaporodása biztosított, de mezőgazdasági szempontból az utóbbi a kedvező. II. Alumíniumstressz Az alumínium klorid savas kémhatáson a búzanövény, elsősorban a gyökér növekedését gátolja, de nagy koncentráció esetén már a hajtás növekedése is sérül. A búza leveléből izolált glutamin szintetázra az általunk vizsgált szerves savak többféleképpen hatnak. Ennek hátterében a pH 7,5-ös kémhatáson megjelenő különböző alumínium formák állnak. A vizsgálataink alapján a GS-re az AlA(OH)2 forma hat aktivitás növelően. (Az A az adott szerves savat jelöli.) Az in vitro az Al(III)NTA a GS aktivitását növeli növekvő magnéziumion koncentráció mellett. Kimutattuk, hogy az aktivitás növekedést az alumínium közvetlen és erős kötődése okozta. A glutamin szintetáz két fémkötőhellye közül az egyik specifikusabb ahhoz csak Mg2+ tud kötődni, de a másik kötőhely affinitása kisebb. A magnéziumion jelenléte mindenképpen szükséges a GS működéséhez. In vivo kimutattuk, hogy az egyhetes búzanövények alumíniumot képesek felvenni a tápoldatból és a hajtásba transzportálni, ahol szintén a GS aktivitás növekedését mutattuk ki. Eredményeink alapján elmondható, hogy a glutamin szintetáz a növényvilágban a szárazság és fémion kötőhellyel rendelkező fehérjeként a fémstresszben is fontos szerepet játszó enzim. Kutatásaink zárószavaként kijelenthetjük, hogy a GS indikátor szerepének fontosságát a későbbi kutatások során vagy gyakorlati alkalmazások fejlesztésekor (pl. egyes növény genotípusok toleranciájának tesztelése, vagy toxikus alumínium jelenlét kimutatása) figyelembe kell venni.

Mű típusa: Disszertáció (Doktori értekezés)
Doktori iskola: Biológia Doktori Iskola
Tudományterület / tudományág: természettudományok > biológiai tudományok
Magyar cím: A búza (Triticum aestivum L.) glutamin szintetáz enzim viselkedése abiotikus stresszfolyamatok ( szárazság- és az alumíniumstressz) során
Idegen nyelvű cím: The effects of abiotic stresses (drought and aluminium stress) on wheat (Triticum aestivum L.) glutamine synthetase
Témavezető(k):
Témavezető neveBeosztás, tudományos fokozat, intézményEmail
Dr. Pécsváradi Attilaegyetemi docens, PhD, SZTE TTIK Növénybiológiai Tanszékpecsvaradi@bio.u-szeged.hu
EPrint azonosító (ID): 1921
Publikációban használt név : Nagy Zoltán
A mû MTMT azonosítója: 2790887
doi: 10.14232/phd.1921
A feltöltés ideje: 2013. okt. 03. 22:07
Utolsó módosítás: 2015. jún. 08. 14:07
Egyebek (raktári szám): B 5634
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/1921
Védés állapota: védett

Actions (login required)

Tétel nézet Tétel nézet