Fajtafüggő élettani és transzkriptszintű változások szárazságstressz hatására búzában

Secenji Maria and Sečenji Maria
Fajtafüggő élettani és transzkriptszintű változások szárazságstressz hatására búzában.
Doktori értekezés, Szegedi Tudományegyetem.
(2011)

[img]
Előnézet
PDF (disszertáció)
Download (5MB)
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (199kB)

Magyar nyelvű absztrakt

1. Két, szárazságstresszre toleráns búzafajta összehasonlítása hosszú távú, mérsékelt vízhiány során: - A két, szárazságstresszre toleráns búzafajtában az indukciót mutató gének funkció szerinti osztályozásánál azt az eredményt kaptuk, hogy a vízhiány hatására a Kobomugi tájfajta gyökerébena elsősorban a cisztein-típusú peptidázok transzkript-mennyisége nőtt meg, a Plainsman V genotípus esetében pedig az oxidoreduktázokat, a cisztein-típusú proteázokat, a peroxidázokat, valamint a sejtfallal kapcsolatos fehérjéket kódoló gének dominálták a transzkriptmintázatot. Továbbá a validáláshoz használt GST-k mRNS-szintnövekedése a Kobomugi gyökerekre volt jellemző. A hasonló transzkriptmintázatot mutató gének analízisénél találtunk egy olyan csoportot, amelynek tagjai tartósan magas transzkriptszinten fejeződtek ki a Plainsman V növények gyökerében, míg a Kobomugiban átmeneti kifejeződés-növekedést produkáltak a vízhiány 2. hetében. Ezek a gének különböző funkciójú fehérjéket kódolnak, amelyek többek között a transzkripció-szabályozásban, fehérjemódosításban, jelátvitelben, detoxifikációban, szénhidrát-anyagcserében vesznek részt. - A Plainsman V fajta egy „avoidance” (megelőző) stratégiát folytat mérsékelt aszálystressz esetén, vagyis fenntartja a gyökérnövekedést, ami összefüggést mutat sejtfallal kapcsolatos fehérjéket kódoló gének indukciójával. Ehhez társul még a kevésbé visszafogott CO2 asszimiláció, a kialakuló oxidatív stressz kivédését legalább részben peroxidázokkal végzi, melyek transzkriptszintje nő a vízmegvonás hatására. Ezen változások, valamint a fokozott WUE végső eredménye a mérsékelten visszaesett terméshozam. Ezzel szemben a Kobomugi tájfajta már korábban csökkenti sztómáinak nyitottságát (erősen visszaesett CO2-asszimiláció), amelynek egyik jelentős következménye az oxidatív stressz megjelenése (MDA), és a hatását semlegesítő rendszer beindítása (GST). A kevésbé nyitott sztómák következtében nincs jelentős vízvesztés (az RWC alig csökken), amit támogatnak az újonnan szintetizált ozmotikumok is (szabad prolintartalom, cukrok). Tehát ez a tájfajta az ily módon megtartott vízkészletével próbál gazdálkodni, ami kevesebb termést eredményez, mint pl. Plainsman V esetében. 2. Stressztoleranciájukban eltérő jellegű búzafajták összehasonlítása korlátozott vízellátás során: - A Plainsman V szárazságstresszre toleráns fajta a hosszú távú, mérsékelt aszálystressz során csökkentette leveleinek relatív víztartalmát, pigmentjeinek mennyiségét; megnövelte a szabad prolintartalmat a hajtásban, az ABS-szintet pedig a gyökérben; a vízhasznosítása hatékonyabbá vált a stressz hatására. Az érzékeny Cappelle Desprez esetében nőtt a sztómakonduktancia, és így a transzspiráció is, csökkent a leveleinek a prolintartalma, amelynek következményeként kevésbé hatékonyan hasznosította a rendelkezésére álló vizet; a gyökerekben ABS-t halmozott fel. A toleráns Xiaoyan-54 mérsékelte sztómáinak nyitottságát - csökkent a fotoszintetikus kapacitás, a transzspiráció; a hajtás prolintartalma viszont nőtt, ugyanígy a gyökér ABS-tartalma is. A vízhiányra érzékeny Jing-411 a gyökerében szintén megemelte az ABS-szintet; csökkent gázcserenyílásainak vezetőképessége, továbbá fotoszintézis-redukció jelentkezett nála; leveleinek klorofilltartalma csökkent, ugyanígy a vízhasznosítási hatékonysága is. - A Plainsman V fajta gyökerében azon gének mutattak megnövekedett kifejeződést, amelyek termékei a szénhidrát-anyagcserében vesznek részt (β-glükozidázok, trehalóz-6-foszfát-szintáz), valamint receptor-kináz, illetve kataláz aktivitással bírnak. A katalázok a Xiaoyan-54 esetében is előfordultak, melyek mellett megnövekedett még a dehidrineket, hidrolázokat, aszparagin-szintázt, illetve a glikolízis enzimeit kódoló gének transzkriptszintje. Ami a Cappelle Desprez növények gyökerét illeti, megnőtt a β glükozidázokat kódoló gének átírása, továbbá a dehidrineket, β-galaktozidázokat, lipoxigenázokat, glutation-transzferázokat, citokróm P450 monooxigenázokat, szerin-típusú karboxipeptidázokat, valamint a jázmonsav bioszintézisének enzimeit (allénoxid-szintáz, 12-oxo-fitodiénsav-reduktáz) kódoló gének. A szárazságra érzékeny Jing-411 esetében megemelkedett a Myb-típusú transzkripciós faktorok, dehidrinek, a hősokkfehérjék, a hidrolázok, a nem specifikus lipidáthelyező fehérjék, a glutamin-szintetázok, valamint a Xiaoyan-54 fajtához hasonlóan a glikolízis enzimeinek mRNS szintje. Összegezve, mind a négy fajtában indukálódott a jelátvitel, a nitrogén-anyagcsere, a sejtmegnyúlás, az oxidatív stressz elleni védekezés, csak az egyes fajták különböző géneket aktiváltak ugyanannak a folyamatnak az erősítésére. - Találtunk olyan „toleranciagéneket”, amelyek expressziós változása csak a szárazságra rezisztens, illetve szenzitív fajtákra jellemző. A vizsgált négy fajta esetében ilyen génjelöltek többek között a GST-k, a hősokkfehérjék, az aquaporinok, a különböző transzporterek, a nem specifikus lipidáthelyező fehérjék, a katalázok és a hisztidin-kinázok. 3. Az aszkorbát-glutation ciklus génjeinek transzkriptszint-változásai a szárazságra toleráns Plainsman V, illetve az érzékeny Cappelle Desprez leveleiben: - A származtatott aminósav-szekvenciák többszörös illesztésével felállított hasonlósági fák alapján búzában az aszkorbát-glutation ciklus következő, sejtorganellumokra jellemző izoformáit találtuk: két APX-et (cAPX I, II), két MDAR-t (cMDAR I, II), egy DHAR-t (cDHAR) és egy GR-t (cGR), melyek a citoplazmába prediktálhatók. A kloroplasztisz sztrómájában két APX-et (sAPX I, II), egy-egy MDAR-t (chlMDAR), DHAR-t (chlDHAR) és GR-t (chlGR), valamint egy tilakoid-membránhoz kötött APX-et (tAPX). Ezen kívül pedig egy, a peroxiszóma membránjához kihorgonyzott APX (mAPX) és MDAR (mMDAR) gazdagította a kört. - Az APX-ek között volt, amelyik csak a Plainsman V-ben (cAPX II és tAPX), csak a Cappelle Desprez levelekben (sAPX II), illetve mindkettőben (cAPX I) indukálódott. Az MDAR-ok közül csak a citoplazmában megtalálhatók transzkriptszintje nőtt meg mindkét fajtában (cMDAR II), illetve csak a Plainsman V (cMDAR I) hajtásában. A DHAR-okat vizsgálva csak a Cappelle Desprez hajtásában indukálódott a kloroplasztiszba prediktált chlDHAR. A GR-ok csak a Plainsman V fajtában mutattak a szárazságstresszre megnövekedett kifejeződést. - Az aszályra érzékeny Cappelle Desprez esetében megváltozott az aszkorbátkészlet oxidáltsági állapota a kontrollhoz képest, vagyis a dehidroaszkorbát-tartalom megnőtt. Ennek oka valószínűleg az, hogy az oxidált aszkorbát-származékok (MDAsA, DHAsA) enzimatikus visszaalakítása aszkorbinsavvá kisebb hatékonyságú. Ha figyelembe vesszük az egyes izoformák kifejeződésének változását, akkor az eltolódott AsA/DHAsA arány feltételezett oka, hogy a kloroplasztisz sztrómájában lévő sAPX II kifejeződését nem követi az chlMDAR fokozott expressziója. A Plainsman V növényekben viszont nem tapasztaltuk az AsA/DHAsA arány eltolódását - a fokozott cAPX kifejeződést a cMDAR hasonlóan megemelkedett mRNS-szintje követte.

Mű típusa: Disszertáció (Doktori értekezés)
Doktori iskola: Biológia Doktori Iskola
Tudományterület / tudományág: természettudományok > biológiai tudományok
Magyar cím: Fajtafüggő élettani és transzkriptszintű változások szárazságstressz hatására búzában
Idegen nyelvű cím: Cultivar-dependent physiological and transcriptional changes during drought stress in wheat
Témavezető(k):
Témavezető neveBeosztás, tudományos fokozat, intézményEmail
Dr. Györgyey Jánostudományos főmunkatárs, PhD, MTA SZBKarthur@brc.hu
EPrint azonosító (ID): 597
Publikációban használt név : Secenji Maria and Sečenji Maria
A mû MTMT azonosítója: 2774822
doi: 10.14232/phd.597
A feltöltés ideje: 2011. feb. 15. 12:50
Utolsó módosítás: 2017. jún. 23. 16:04
Egyebek (raktári szám): B 4838
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/597
Védés állapota: védett

Actions (login required)

Tétel nézet Tétel nézet

Letöltések

Letöltések havi bontásban az elmúlt egy évben