Хлорофілід-a-Оксигеназа (САО) дефіцит впливає на рівень синглетного кисню та утворення плазмодесматів у листках та верхівкових меристемах ячменю

Коротке спілкування

Повна стаття
Цифри та дані
Список літератури
Цитати
Метрики
Передруки та дозволи
PDF

АНОТАЦІЯ

У рослин органогенез і специфікація клітинних шарів і тканин покладаються на точну симпластичну доставку регуляторних молекул через плазмодесмати. Відповідно, кількість і апертура плазмодесмат на окремих кордонах клітин повинна контролюватися рослиною. Нещодавно дослідження в Арабідопсисі встановили активні форми кисню як основні регулятори утворення і зародження плазмодесматів. Ми показуємо, що у мутанта ячменю недостатньо синтезу хлорофілу b, кількість плазмодесматів у листках та у верхівковій меристемі відростка значно вища, ніж у відповідного дикого типу, ймовірно, через окисно-відновний дисбаланс у мутанта. Внаслідок цього порушення симплазматичного транспорту, ймовірно, є причиною спостережуваного затримки флористичного переходу у цих мутантів.

Скорочення

активні форми кисню

хлорофілід-a-оксигеназа

ячмінь хлорина f2 3613 мутант

просвічувальна електронна мікроскопія

відросток верхівкової меристеми

Хлорина мутанти загалом демонструють знижений рівень хлорофілу b і множинні дефекти фотосинтезу та росту 19,20,21,22,23 Хлорина мутантам повністю не вистачає хлорофілу b позбавлені функціональної хлорофілід-а-оксигенази (САО); такі мутанти були охарактеризовані в Arabidopsis (ch1 мутант, 24,25) та ячмінь (хлорина f2 3613 мутант, з цього моменту clo f2 3613, 26). Встановлено, що перехід до цвітіння затримується в арабідопсисі ch1 мутант 27 та подібна затримка початку цвітіння також повідомляється для ячменю clo f2 3613 . 28 Для арабідопсисів ch1 мутант, було показано, що продукція АФК у листі посилюється. 29 Це спонукало нас проаналізувати рівні АФК у листках, кількість ПД між клітинами листя та кількість ПД між шарами ЗРК ячменю clo f2 3613 мутант порівняно з батьківським сортом дикого типу (WT) Donaria.

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 1. Флуоресценція синглетного кисневого датчика зеленого (SOSG), визначена у листі ячменю (WT та clo f2 3613 ). (А) Зображення листя. (Б) Кількісна оцінка виробництва АФК. Листя інфільтрували SOSG, концентрація якого становила 5 мкМ в буфері, що містив 50 мМ KCl, 10 мкМ CaCl 2 і 10 мМ MES, рН 6,15, а потім виставляли на повне сонячне світло (1800 - 2000 мкмоль фотонів м −2 с - 1) протягом 30 хв. Листя спостерігали за допомогою епіфлуоресцентного мікроскопа BX51 (Olympus Deutschland GmbH, Гамбург, Німеччина), оснащеного фільтром BP 460–490, DM 505, BA 510–550. Зображення були зроблені за допомогою цифрової камери ColorView II та програмного забезпечення Cell ^ F (Olympus). Відносну інтенсивність фарбування АФК оцінювали за допомогою програмного забезпечення ImageJ 1.37v (NIH, США). Кожне значення являє собою середнє значення ± SD від 5 до 10 незалежних біологічних зразків; достовірність відмінностей середніх значень оцінювали за допомогою Стьюдента т-тест на рівні значущості 95% і відображається зі знаком * (B). Шкала шкали: 20 мкм.

Опубліковано в Інтернеті:

Симптоматичну провідність між клітинами можна оцінити за допомогою симплезмічних індикаторів. Це, як правило, заряджені молекули, які, потрапивши в симпласт, не можуть перетнути мембрани і, отже, можуть переміщати клітину до клітини лише через PD. 33 Для Arabidopsis 33 був описаний спосіб легкого введення симплазматичного індикатора 8-гідроксипірен-1,3,6-трисульфонової кислоти (HPTS) у флоему, де HPTS поширюється далі через PD; цей метод не можна застосовувати для однодольних, оскільки на їх листках відсутні анатомічно чіткі черешок та первинна жилка. Ми використали цей метод для порівняння симплезматичної провідності у листках 4-тижневого віку Арабідопсис саджанці ВТ Col-0 та хлорина мутант ch1–3. 25,34 Через 2 години HPTS, внесений у саджанці через зрізаний черешок, проник майже в ціле листя ch1–3 рослини, перебуваючи в Col-0 листя, мітка поширюється лише в регіонах, близьких до головної жилки (рис. 3). Це підтверджує нашу гіпотезу про те, що формування ПД посилюється також у ch1–3 мутант порівняно з WT.

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 3. Функціональний аналіз симплазматичної провідності в листках Арабідопсис саджанці (WT Col-0 та хлорина мутант ch1–3). Флуоресцентний симплазматичний індикатор, HPTS, був введений у флоему, як описано 33. Через 2 год розповсюдження ВТСП було виявлено за короткочасного впливу УФ-світла; рослини фотографували за допомогою стереомікроскопа SteREO Lumar.V12, цифрової камери AxioCam MRc5 та програмного забезпечення ZEN2 (Carl Zeiss, Німеччина). Червоний колір: хлорофіліптова автофлуоресценція; синій колір, флуоресценція HPTS. Стрілки вказують на черешки, що використовуються для введення HPTS у флоемний канал. Шкала шкали: 1 см.

На закінчення було продемонстровано, що зміни в симплематичному потоці сигнальних молекул від листя до верхівки пагона представляють важливий механізм регулювання настання цвітіння. 35 Встановлено, що зменшення руху симпластичного індикатора від листя до ЗРК є необхідним для квіткової індукції в арабідопсисі. 35 Ми вважаємо, що посилена симплематична зв'язок у хлорина мутанти ячменю та арабідопсису, спричинені збільшенням кількості ПД між клітинами листяного мезофілу, з одного боку, та клітинами L1 у ЗРК, з іншого боку, втручається в цей процес і може бути причиною загальновідомої затримки цвітіння у цих мутантів . 27,28 САО є регулятором циклу хлорофілу 36; Було показано, що маніпуляції рівнями САО у рослин впливають на програмування транскрипції та змінюють періоди онтогенезу. 37,38 Наше дослідження сприяє розумінню того, як змінився рівень САО та наслідки цього в зміні кількості хлорофілу b а антенні білки можуть перетворюватися в онтогенетичну регуляцію.

Подяка

Ми хочемо подякувати доктору Річарду Нейпіру (Університет Уоріка, Великобританія) та доктору Марті Ленартовській (Університет імені Миколи Коперника, Торунь, Польща) за щедрий подарунок антикаретикулінових антитіл та доктору Тесі Берч-Сміт (Університет Теннессі, Ноксвілл, США) за корисні пропозиції. Центр основних потужностей «Клітинні та молекулярні технології в рослинництві» при Ботанічному інституті ім. Комарова РАН та Науково-дослідний ресурсний центр молекулярних та клітинних технологій Санкт-Петербурзького державного університету вдячні за технічну підтримку.

Розкриття потенційних конфліктів інтересів

Жодного потенційного конфлікту інтересів не розкрито.

Фінансування

Дослідження в лабораторії авторів було підтримано Російським науковим фондом (проект 14–16–00120 для ОВВ).