Продукты генов At1g21670 и At4g01870 A. thaliana - возможные участники передачи сигнала фитогормона АБК | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Продукты генов At1g21670 и At4g01870 A. thaliana - возможные участники передачи сигнала фитогормона АБК

На основе анализа данных полногеномных ДНК-микрочипов Affimetrix 25k, с помощью программы Microarray Expression Search выявлены характеристики двух генов Arabidopsis thaliana - At1g21670 и At4g01870. Для изучения экспрессии этих генов на уровне белка применяли вестерн-блоттинг с использованием поликлональных антител, полученных на рекомбинантный фрагмент гомологичного белка из Lupinus luteus. Исследование этих генов показало, что их белковые продукты участвуют в сигналинге абсцизовой кислоты; изменения экспрессии генов At1g21670 и At4g01870 связаны с эмбриогенезом и ранними стадиями развития проростков A. thaliana, с действием холодового стресса и засолением.

Proteins encoded by A. thaliana genes At1g21670 and At4g01870 - possible participants of signal transmission phytohormone ABA.pdf ВведениеОдним из фундаментальных направлений в физиологии растений, имею-щих важное прикладное значение, является изучение механизмов толерант-ности растений к стрессовым условиям окружающей среды. Абсцизовая ки-слота (АБК) играет ключевую роль в регулировании механизмов обеспеченияустойчивости к широкому спектру стрессов окружающей среды, а также кбиопатогенам. АБК отвечает за устойчивость к засухе, повышенной засолен-ности и холодовому стрессу, позволяя растениям колонизировать экологиче-ские ниши, где доступность воды крайне ограничена либо непостоянна.В связи с обнаружением в последнее время совершенно новых регулятор-ных белков, играющих ключевую роль в сигналинге АБК [1], представляетсяперспективным дальнейший поиск участников, вовлеченных в сигнальнуюсистему этого гормона.Ранее нами были описаны два гена A. thaliana - At1g21670 и At4g01870[2]. С помощью биоинформатического анализа было показано, что кодируе-мые ими белки содержат богатые триптофаном, аспартатом и пролином ами-нокислотные повторы PD40, образующие консервативный бета-пропеллер-ный домен, который служит платформой для сборки мультисубъединичныхкомплексов. Белки, содержащие подобные повторы, участвуют в таких жизнен-но важных функциях клетки, как перенос различных сигналов (бета-субъединица гетеротримерной ГТФ-азы), синтез белка (в качестве кофакторабелкового синтеза), сборка транскрипционного аппарата, деградация «отрабо-танных» белков клетки (белок Cop1) и многих других процессах. Кроме того, спомощью нозерн-блоттинга нами было показано, что экспрессия мРНК, коди-руемой данными генами, усиливается в ответ на обработку АБК, а также в ответна абиотические стрессы [2]. В настоящей работе отражен прогресс в направле-нии изучения роли данных генов и их продуктов в передаче сигнала АБК.Материалы и методики исследованияХарактеристика двух генов Arabidopsis thaliana - At1g21670 и At4g01870 -была дана с помощью анализа данных полногеномных ДНК-микрочиповAffimetrix 25k в программе Microarray Expression Search, веб-интерфейс кото-рой представлен на TAIR (http://arabidopsis.org) - международном научномпортале, посвященном исследованиям модельного растения A. thaliana. Дляизучения экспрессии данных генов на уровне белка применяли вестерн-блоттинг с использованием поликлональных антител, полученных на реком-бинантный фрагмент гомологичного белка из Lupinus luteus, который являет-ся предметом отдельной работы.Результаты исследования и обсуждениеВ результате обработки данных полногеномных ДНК-микрочиповAffimetrix 25k было выявлено, что изменения экспрессии генов At1g21670 иAt4g01870 связаны с эмбриогенезом и ранними стадиями развития пророст-ков A. thaliana, с действием холодового стресса, засолением, а также содер-жание мРНК различно в органах растения. Наиболее яркий эффект на экс-прессию изучаемых генов оказали солевой и холодовой стрессы (рис. 1).Рис. 1. Экспрессия гена At4g01870 в корнях 18-дневных растений A. thaliana ответна солевой стресс (150 мМ NaCl) (А) и гипотермию (4°С) (Б)С целью подтвердить влияние этих факторов на экспрессию изучаемыхгенов на уровне белка был проведен вестерн-блоттинг с антителами на ре-комбинантный фрагмент гомологичного белка из Lupinus luteus. Вследствиевысокого сходства аминокислотных последовательностей белков, кодируе-мых At1g21670 и At4g01870, с белком люпина желтого можно было ожидать,что полученные к его фрагменту антитела будут кросс-реактивны, т.е. будутобладать межвидовой специфичностью к близкородственным белкам. И дей-ствительно, на блоттинге с использованием этих антител нам удалось детек-тировать четкий сигнал в области ожидаемых величин молекулярной массы(73-77 кДа) белковых продуктов генов At1g21670 и At4g01870. Кроме того,сигнал усиливался в ответ на обработку засолением и холодом, а также в от-вет на предобработку растений A. thaliana абсцизовой кислотой (рис. 2).1 2 3 4Рис. 2. Воздействие АБК и комплексного абиотического стресса«гипотермия+засоление» на содержание CIP2.1-подобных белков в растенияхArabidopsis thaliana: 1 - контрольные 16-дневные растения; 2 - контрольные 7-дневныерастения; 3 - стресс-индуцированные 16-дневные растения, 5 последних днейнаходившиеся под воздействием стресса «засоление+гипотермия», 150 мМ NaCl + 4°С);4 - 16-дневные растения, 3 последних дня находившиеся под воздействием АБК (22мкМ)Содержание белков, определяемых на вестерн-блоте на уровне ожидае-мых продуктов генов At1g21670 и At4g01870, в тотальных белковых экстрак-тах 16-дневных растений Arabidopsis thaliana, обработанных в течение по-следних 3 дней АБК, а также в 16-дневных растениях Arabidopsis thaliana,подверженных в течение последних 5 дней воздействию комплексного абио-тического стресса «засоление+гипотермия», заметно повышалось.ЗаключениеПолученные данные по экспрессии генов At1g21670 и At4g01870 Arabidopsisthaliana на уровне мРНК и белка - усиление уровня транскрипции итрансляции под воздействием АБК и абиотических стрессов - дают дополни-тельное подтверждение высказанной ранее гипотезе о вовлечении их белко-вых продуктов в сигналинг АБК. Кроме того, данные, полученные в нашейлаборатории с использованием инсерционных мутантов по исследуемым ге-нам (данные не приводятся, так как являются предметом отдельной публика-ции), также подкрепляют эту гипотезу.

Ключевые слова

bioinformatics, A. thaliana, signaling of ABA, биоинформатика, экспрессия генов, сигналинг абсцизовой кислоты, A. thaliana

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Барташевич Дарья АлександровнаИнститут физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (г. Москва)младший научный сотрудник лаборатории экспрессии генома растенийartem.ipp@gmail.com
Демиденко Артем ВладимировичИнститут физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (г. Москва)кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории экспрессии генома растенийartem.ipp@gmail.com
Всего: 2

Ссылки

Umezawa T., Nakashima K., Miyakawa T. et al. Molecular basis of the core regulatory network in ABA responses: sensing, signaling and transport // Plant Cell Physiol. 2010. Vol. 51. P. 1821-39.
Демиденко А.В., Кудрякова Н.В., Черепнева Г.Н. и др. Участие белков, содержащих WD40- like домены, в ответе растений на фитогормоны и стресс // Известия высших учебных за- ведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2008. № 4. C. 58-61.
 Продукты генов <i>At1g21670 </i>и <i>At4g01870 A. thaliana </i>- возможные участники передачи сигнала фитогормона АБК | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Продукты генов At1g21670 и At4g01870 A. thaliana - возможные участники передачи сигнала фитогормона АБК | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Полнотекстовая версия