Arabidopsis thaliana carboxyl-terminal domain phosphataselike1 (CPL1) mediates responses to iron deficiency and cadmium toxicity
Arabidopsis thaliana karboksıl-uç bölgesı fosfataz benzerı 1 (CPL1) demir eksikliği ve kadmiyum toksisitesine yanıtları düzenler
- Tez No: 965042
- Danışmanlar: PROF. DR. HISASHI KOIWA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Biyoteknoloji, Biology, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: RNA, RNA
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Texas A&m Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bitkisel Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
The expression of genes that control iron (Fe) uptake and distribution (i.e., Fe utilization-related genes) is under strict regulation. Fe deficiency strongly induces Fe utilization-related gene expression; however, little is known about the mechanisms that regulate this response in plants. In this dissertation, an RNA metabolism factor, RNA POLYMERASE II CTD-PHOSPHATASE-LIKE1 (CPL1) was shown to localize the root stele, and to be involved in the regulation of Fe deficiency responses in Arabidopsis thaliana. An analysis of multiple cpl1 alleles established that cpl1 mutations enhanced transcriptional responses of Fe utilization-related genes, e.g. IRON-REGULATED TRANSPORTER1 (IRT1), to low Fe availability. In addition to the lower Fe content in the roots, but higher Fe content in the shoots of cpl1-2 plants, the root growth of cpl1-2 showed improved tolerance to Fe deficiency. Genetic data indicated that cpl1-2 likely activates Fe deficiency responses upstream of both FE–DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT)-dependent and -independent signaling pathways. Interestingly, various osmotic stress/ABA-inducible genes were up-regulated in cpl1-2, and the expression of some ABA-inducible genes was controlled by Fe availability. Unlike Fe, accumulation of the heavy-metal cadmium (Cd) in plants is toxic and it is absorbed by the roots due to the low selectivity of metal transporters such as AtIRT1. In this dissertation, CPL1 was also shown to regulate the transcriptional responses to Cd toxicity. cpl1-2 showed higher tolerance to the Cd toxicity by enhancing the root-to-shoot translocation of Cd by an unknown mechanism. A knowledge-based screening resulted in identification of a putative metal transporter, OLIGOPEPTIDE TRANSPORTER (OPT), which was highly induced in cpl1-2 upon exposure to Cd. OPT was localized to the plastids, indicating a role of plastids in Cd transport and accumulation. The root growth of opt mutants showed higher tolerance to the Cd toxicity, and the mutants accumulated less Cd, Fe and Zn, indicating the involvement of OPT in the transport of these metals. This presented dissertation suggests that 1) CPL1 functions as a negative regulator of the Fe deficiency signaling at the crosstalk with a branch of the osmotic stress/ABA signaling pathway, and 2) CPL1 regulates the Cd distribution in plants by repressing the expression of OPT.
Özet (Çeviri)
Demir (Fe) alımı ve dağılımını (yani Fe kullanımına ilişkin genleri) kontrol eden genlerin ifadesi sıkı bir şekilde düzenlenmektedir. Fe eksikliği, Fe kullanımına ilişkin genlerin ifadesini güçlü biçimde indükler; ancak bu yanıtın bitkilerde nasıl düzenlendiğine dair mekanizmalar hakkında çok az şey bilinmektedir. Bu tez çalışmasında, RNA metabolizması faktörü RNA POLIMERAZ II CTD-FOSFATAZ-BENZERİ1 (CPL1)'in kök stele bölgesinde lokalize olduğu ve Arabidopsis thaliana'da Fe eksikliği yanıtlarının düzenlenmesine dahil olduğu gösterilmiştir. Birden fazla cpl1 allelinin analizi, cpl1 mutasyonlarının Fe kullanımına ilişkin genlerin (örneğin IRON-REGULATED TRANSPORTER1 – IRT1) düşük Fe koşullarında transkripsiyonel yanıtlarını artırdığını ortaya koymuştur. cpl1-2 bitkilerinde köklerde daha düşük, sürgünlerde ise daha yüksek Fe içeriği bulunmuş ve kök büyümesi Fe eksikliğine karşı daha yüksek tolerans göstermiştir. Genetik veriler, cpl1-2'nin Fe eksikliği yanıtlarını hem FE–DEFICIENCY-INDUCED TRANSCRIPTION FACTOR (FIT) bağımlı hem de bağımsız sinyal yollarının yukarısında aktive ettiğini göstermektedir. İlginç bir şekilde, çeşitli ozmotik stres/ABA ile indüklenen genlerin cpl1-2'de indüklendiği ve bazı ABA ile indüklenen genlerin ifadesinin Fe mevcudiyeti tarafından kontrol edildiği belirlenmiştir. Fe'nin aksine, ağır metal kadmiyum (Cd) birikimi bitkiler için toksiktir ve AtIRT1 gibi metal taşıyıcılarının düşük seçiciliği nedeniyle kökler tarafından emilir. Bu tez çalışmasında, CPL1'in Cd toksisitesine karşı transkripsiyonel yanıtları da düzenlediği gösterilmiştir. cpl1-2 mutantı, bilinmeyen bir mekanizma ile Cd'un kökten sürgüne taşınmasını artırarak Cd toksisitesine karşı daha yüksek tolerans göstermiştir. Bilgiye dayalı bir tarama sonucunda, Cd'ye maruz kalındığında cpl1-2'de yüksek düzeyde indüklenen olası bir metal taşıyıcısı olan OLIGOPEPTIDE TRANSPORTER (OPT) geni tanımlanmıştır. OPT'nin plastitlerde lokalize olduğu belirlenmiş, bu da plastitlerin Cd taşınımı ve birikiminde rol oynayabileceğini düşündürmektedir. opt mutantlarının kök büyümesi Cd toksisitesine karşı daha yüksek tolerans göstermiş, ayrıca bu mutantlar daha az Cd, Fe ve Zn biriktirmiştir; bu da OPT'nin bu metallerin taşınımında rol oynadığını göstermektedir. Bu tez çalışmasının sonucunda, CPL1'in ozmotik stres/ABA sinyal yolunun bir kolu ile etkileşim halinde, Fe eksikliği sinyalizasyonunun negatif bir düzenleyicisi olarak işlev gördüğü ve OPT geninin ifadesini baskılayarak bitkilerde Cd dağılımını düzenlediği ortaya çıkartılmıştır.
Benzer Tezler
- Arabidopsis thaliana tiyamin transformatının kalıtım analizi
Inheritence analysis of thiamine transformant of arabidopsis thaliana
HÜLYA SİPAHİ
- Arabidopsis thaliana'nın thi mutantlarında bakteriyel DNA ile transformasyon
Transformation of thi mutants of arabidopsis thaliana using bakterial DNA
ŞERİFE KOCABAŞ
- Bezelye'den (Pisum sativum) axi 1 (oksin bağımsızlık) geninin izole edilmesi ve karakterizasyonu
Isolation and characterization of axi 1 (auxin independent) gene from pisum sativum
YEŞİM YALÇIN MENDİ
- Konukçu-patojen ilişkilerinin dayanıklılık genleri yönünden incelenmesi
Investigation of resistance genes on host-pathogen interactions
CAHİT ÇAKIR
- Mildiyö etmeni (peronospora parasitica) ve konukçusu arabidopsis thaliana arasındaki ilişkilerin sito ve histokimyasal yöntemlerle incelenmesi
Investigations of interactions between arabidopsis thaliana and downy mildew pathogen peronospora parasitica by using histochaemical and cytochemical techniques
EMİNE MİNE SOYLU
- Arabidopsis thaliana bitkisinde sodyum azid ve EDTA mutagenleri ile mutasyon çalışması
Mutation study on arabidopsis thaliana with sodium azide and EDTA
RODİN MAZAHERİ
