Wpływ temperatury na zmiany w poziomie transkrypcji genu katalazy (Cat2) podczas regeneracji kalusa Triticum aestivum L.

• Autorzy: Dabrowska G. , Skrzypek E. , Kata A. , Szechynska-Hebda M.

Warianty tytułu

EN

The influence of temperature on changes in transcription level of catalase (Cat2) gene in explants and callus of Triticum aestivum L.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Katalazy pełnią kluczową rolę w systemie antyoksydacyjnym, co tłumaczy ich obecność zarówno u bakterii tlenowych i drożdży, jak i u roślin wyższych i zwierząt. Geny katalaz roślinnych charakteryzują się rozwojowo- i tkankowo-specyficzną ekspresją niezależną, bądź zależną od światła. Ponadto, w promotorach posiadają elementy związane z odpowiedzią na różnego rodzaju stres (czynniki fizyczne, chemiczne i biologiczne). Badania wzorca ekspresji genu katalazy przeprowadzono na pszenicy ozimej odmiany Kamila. W oparciu o sekwencję cDNA Cat2 pszenicy (NCBI numer sekwencji X94352) zaprojektowano startery i wykonano reakcję PCR w celu uzyskania fragmentu długości 580 par zasad, który wklonowano do wektora pCRII TOPO i zsekwencjonowano. Sondę wyznakowano radioizotopowo metodą transkrypcji in vitro i wykonano hybrydyzację northern. Otrzymano sygnał dla transkryptu wielkości około 1900 par zasad. Przeprowadzono również analizę zmiany wzorca ekspresji genu katalazy (Cat2) w eksplantatach T. aestivum oraz korelację z ilością endogennego nadtlenku wodoru w każdej próbie. Zaobserwowano wyższą ekspresj ę katalazy w eksplantatach oraz kalusie nieregenerujących, niż w eksplantatach i kalusie regenerujących. Nieregenerujące eksplantaty miały wyższy poziom transkrypcji Cat2, niż nieregenerujacy kalus w przeciwieństwie do tkanek regenerujących. Analiza sugeruje, że zmiana wzorca ekspresji katalazy następuje w wyniku zastosowania warunków modyfikujących dyferencjację kalusa, przyczyniających się do gromadzenia H₂O₂, będącego jednocześnie wtórnym przekaźnikiem sygnału w inicjacji regeneracji.

EN

Catalases play a key role in the antioxidant system that explains their presence not only in aerobic bacteria and yeast, but also in higher plants and animals. Plant catalase genes are expressed differentially in tissue-specific manner according to the phase of development; their expression is either dependent or independent on light. Moreover, the promoters of Cat genes possess many stress responsive elements, responding to physical, chemical and biological factors. The study, concerning the effect of various conditions that stimulate or inhibit differentiation of callus on the catalase gene expression pattern was carried out on material derived from species Triticum aestivum L. cultivar Kamila. On the basis of Cat2 gene sequence from wheat (NCBI ac. no. X94352), primers were designed and used in the PCR reaction aiming at the amplification of 580 bp product, which was cloned into a pCRII TOPO vector and sequenced. The molecular probe was radiolabelled by in vitro transcription and used in northern hybridization. The hybridization signal was obtained for about 1900 bp transcript. We observed a higher the transcription level of catalase gene in nonregenerating explants and calli then regenerating tissues of winter wheat. However the explants reveal lower gene expression of Cat2 than regenerating calli derived from these explants, quite the opposite to nonregenerating tissues. The next stage of the study was the analysis of changes in the gene expression pattern of Cat2 in explants of winter wheat and correlation with the content of endogenous hydrogen peroxide in every sample. The change of catalase expression pattern appears after creating conditions that modify callus differentiation and promote H2O2 accumulation.

Słowa kluczowe

PL

indukcja regeneracji; Triticum aestivum; ekspresja genow; kalus; katalaza; kultury in vitro; pszenica; pszenica Kamila; stres oksydacyjny; temperatura; transkrypcja genow; wplyw temperatury

EN

regeneration; Triticum aestivum; gene expression; callus; catalase; in vitro culture; wheat; Kamila cultivar; oxidative stress; temperature; gene transcription; temperature influence

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2008
• Tom: 524
• Opis fizyczny: s.63-71,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Dabrowska G.

• Zakład Genetyki, Instytut Biologii Ogólnej i Molekularnej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul.Gagarina 9, 87-100 Toruń

autor

Skrzypek E.

autor

Kata A.

autor

Szechynska-Hebda M.

Bibliografia

• Apel K., Hirt H. 2004. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annu. Rev. Plant Biol. 55: 373 - 399.
• Badawi G. H., Kawano N., Yamaguchi Y., Shimada E., Sasaki R., Kubo A., Tanaka K. 2004. Over-expression of ascorbate peroxidase in tobacco chloroplasts enhances the tolerance to salt stress and water deficit. Physiol. Plant. 121: 231 - 238.
• Chomczyński P., Sacchi N. 1987. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal. Biochem. 162: 156 - 159.
• Dat J., Vandenabeele S., Vranova E., Van Montagu M., Inze D., Van Breusegem F. 2000. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses. Cell. Mol. Life Sci. 57: 779 - 795.
• Dąbrowska G., Veit J., Szyp I., Wrotek S., Tyburski J., Goc A., Tretyn A. 2002. Technika różnicowego profilowania ekspresji genów w badaniach kultur in vitro. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 488: 651 - 660.
• Dąbrowska G., Kata A., Goc A., Skrzypek E., Szechyńska-Hebda M. 2007. Characteristics of the plant ascorbate peroxidase family. Acta Biol. Cracov. Ser. Bot. 49(1): 7 - 17.
• Karpiński S., Escobar C., Karpińska B., Creissen G., Mulineaux P.M. 1997. Photosynthetic electron transport regulates the expression of cytosolic ascorbate peroxidase genes in Arabidopsis during excess light stress. Plant Cell 9: 627 - 640.
• Karpiński S., Wingsle G., Karpińska B., Hällgren J. E. 1993. Molecular responses to photooxidative stress in Pinus sylvestris (L.). Plant Physiol. 103: 1385 - 1391.
• Kuk Y. I., Shin J. S., Burgos N. R., Hwang T. E., Han O., Cho B. H., Jung S., Guh J. O. 2003. Antioxidative enzymes offer protection from chilling damage in rice plants. Crop Sci. 43: 2109 - 2117.
• Kuźniak E., Skłodowska M. 2005. Fungal pathogen-induced changes in the antioxidant systems of leaf peroxisomes from infected tomato plants. Planta 222: 192 - 200.
• Luna C. M., Pastori G. M., Driscoll S., Groten K., Bernard S., Foyer C.H. 2005. Drought controls on H₂O₂ accumulation, catalase (CAT) activity and CAT gene expression in wheat. J. Exp. Bot. 56: 417 - 423.
• Mehlhorn H., Lelandais M., Korth H. G., Foyer C.H. 1996. Ascorbate is the natural substrate for plant peroxidases. FEBS Lett. 378: 203 - 206.
• Mori I. C., Schroeder J. I. 2004. Reactive oxygen species activation of plant Ca⁺² channels. A signaling mechanism in polar growth, hormone transduction, stress signaling, and hypothetically mechanotransduction. Plant Physiol. 135: 702 - 708.
• Murashige T., Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and biassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15: 473 - 497.
• Noormets A., Podila G. K., Karnosky D. F. 2000. Rapid response of antioxidant enzymes to O₃ -induced oxidative stress in Populus tremuloides clones varying in O₃ tolerance. Forest Genet. 7: 339 - 342.
• Park S. Y., Ryu S. H., Jang I. C., Kwon S. Y., Kim J. G., Kwak S. S. 2004. Molecular cloning of a cytosolic ascorbate peroxidase cDNA from cell cultures of sweetpotato and its expression in response to stress. Mol. Gen. Genomics 271: 339 - 346.
• Rajguru S. N., Banks S. W., Gossett D. R., Lucas M. C., Fowler T. E., Millhollon E. P. 1999. Antioxidant response to salt stress during fiber development in cotton ovules. J. Cotton Sci. 3: 11 - 18.
• Reilly K., Han Y., Tohme J., Beeching J. R. 2001. Isolation and characterisation of a cassava catalase expressed during post-harvest physiological deterioration. Biochim. Biophys. Acta 1518: 317 - 323.
• Sambrook J., Fritsch E. F., Maniatis T. 1989. Molecular cloning. A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York: 10.38 - 10.40.
• Scandalios J. G. 2005. Oxidative stress: molecular perception and transduction of signals triggering antioxidant gene defenses. Braz. J. Med. Biol. Res. 38: 995 - 1014.
• Schmidt M., Dehne S., Feierabend J. 2002. Post-transcriptional mechanisms control catalase synthesis during its light-induced turnover in rye leaves through the availability of the hemin cofactor and reversible changes of the translation efficiency of mRNA. Plant J. 31: 601 - 613.
• Storozhenko S., De Pauw P., Van Montagu M., Inzé D., Kushnir 1998. The heat-shock element is a functional component of the Arabidopsis APX1 gene promoter. Plant Physiol. 118: 1005 - 1014.
• Vranová E., Inze D., Van Breusegem F. 2002. Signal transduction during oxidative stress. J. Exp. Bot. 53: 1227 - 1236.