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: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Texas A&M University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bitkisel Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 190
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 lipases: Cloning and expression in Pichia pastoris
Arabidopsis Thaliana lipazları: Klonlama ve Pichia pastoris'te ekspresyonu
EBRU KAYMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
BiyolojiSabancı ÜniversitesiBiyoloji Bilimleri ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UGUR SEZERMAN
- Model bitki Arabidopsis thaliana' da reaktif karbonil türlerinin (RCS) endoplazmik retikulum (ER) stresi ile ilişkisinin incelenmesi
Investigation of the relationship between reactive carbonyl species and endoplasmic reticulum (ER) stress in model plant Arabidopsis thaliana
SİDE SELİN SU YİRMİBEŞOĞLU
- Eksojen akrolein uygulamasının Arabidopsis thaliana Ɣ-glutamil-transferaz mutantları (ggt1, ggt2, ggt4 ve ggt1/ggt2) üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of exogenous acrolein treatment pn Arabidopsis thaliana Ɣ-glutamyl-transferase mutants (ggt1, ggt2, ggt4 and ggt1/ggt2)
SİNEM ERÇETİN
- Reaktif karbonil türlerinin (RECS), glikofitik Arabidopsis thaliana ve halofitik Eutrema parvulum'da antioksidan savunma sistemi ve reaktif oksijen türleri (ROS) sinyallemesi üzerine etkilerinin araştırılması
Effects of reactive carbonyl species (RCS) on antioxidant defence system and reactive oxygen species (ROS) signalling of glycophytic Arabidopsis thaliana and halophytic Eutrema parvulum
TOLGA YALÇINKAYA
- Arabidopsis thaliana ve lycopersicon esculentum bitkilerinde tekrarlanan kuraklık ve tuzluluk koşullarında RD29A/B genlerinin anlatım seviyelerinin incelenmesi
Expression analysis of RD29A/B genes under repeated drought and salinity conditions in arabidopsis thaliana and lycopersicon esculentum plants
ALİ HARUN ARSLANTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ÇAKIR