"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF9208
ETF9208 "ABA signaalüksuse ja rakusisese Ca2+ rollid õhulõhede sulgumises erinevate keskkonnafaktorite mõjul (1.01.2012−31.12.2012)", Ebe Merilo, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituut.
ETF9208
ABA signaalüksuse ja rakusisese Ca2+ rollid õhulõhede sulgumises erinevate keskkonnafaktorite mõjul
Roles of ABA signaling module and intracellular Ca2+ in stomatal closure induced by different environmental stimuli
1.01.2012
31.12.2012
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.3. GeneetikaB220 Geneetika, tsütogeneetika 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.4. Ökoloogia, biosüstemaatika ja -füsioloogiaB250 Entomoloogia, taimede parasitoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt50,0
PerioodSumma
01.01.2012−31.12.201212 000,00 EUR
12 000,00 EUR

Õhulõhed on väikesed sulgrakkudega ümbritsetud poorid taimelehtede epidermis. Adekvaatne õhulõhede regulatsioon on taimedele eluliselt oluline, määrates, kui palju CO2 lehte siseneb ja kui suur on veekadu. Taimehormoon abstsiishappe (ABA) toimeline õhulõhede sulgumine käib läbi ABA signaalüksuse, mis koosneb PYR/PYL/RCAR retseptorvalkudest, 2C tüüpi proteiinfosfataasidest (PP2Cd), aktivaatorkinaasist OST1 ja S-tüüpi anioonkanalist SLAC1. Käesolevas projektis oletame, et seesama ABA signaalüksus osaleb ka keskkonnafaktorite (näiteks pimedus, õhuniiskuse vähenemine, kõrged õhu CO2 ja O3 kontsentratsioonid) mõjul toimuva õhulõhede sulgumise reguleerimises. Selle selgitamiseks plaanime gaasivahetuskatseid gaasivahetussüsteemis, mis lubab uurida intaktsete taimede õhulõhede reaktsioone. Katsetaimedeks on Arabidopsis thaliana ABA biosünteesi ja signalisatsiooni mutandid. Teine projekti raames uuritav probleem on tsütoplasma Ca2+ roll õhulõhede sulgumise regulatsioonis. Ehkki varasemad katsed eraldatud sulgrakkude ja lehe epidermiribadega on näidanud, et tsütoplasma Ca2+ kontsentratsiooni kasv on õhulõhede sulgumisreaktsiooni oluline komponent, pole siiski selge, milline on Ca2+ roll in vivo toimuvas sulgumises. Selle uurimiseks plaanime gaasivahetuskatseid lõigatud lehtedega, kus jälgime erinevate keskkonnastiimulite mõjul toimuvat õhulõhede sulgumist ABA ja Ca2+ puudumisel ja lisamisel. Need katsed viime läbi Arabidopsise lehtede gaasivahetuse uurimiseks konstrueeritud termostateeritud lehekambris, kasutades ABA ja Ca2+ signalisatsiooni mutante. Edasi plaanime transformeerida mainitud ABA ja Ca2+ signalisatsiooni mutante valguga YC3.6, mis võimaldab visualiseerida tsütoplasma Ca2+ kontsentratsiooni muutusi erinevate sulgumist indutseerivate töötluste mõjul. Kokkuvõttes on käesoleva projekti eesmärgiks uurida, kas ABA signaalüksus osaleb õhulõhede sulgumises erinevate keskkonnafaktorite mõjul ja milline on Ca2+ roll selles protsessis. Selgem arusaam õhulõhede regulatsioonist on oluline tuleviku põllumajandusele, võimaldades luua põuakindlamaid taimi, aga ka selleks, et mõista kliimamuutustega kaasnevaid protsesse.
Stomata are small pores in the leaf epidermis surrounded by guard cells. Adequate stomatal regulation is vitally important for plants, as it determines CO2 uptake with minimal loss of water. Plant hormone abscisic acid (ABA)-dependent stomatal closure functions via the following proteins: PYR/PYL/RCAR receptor proteins, type 2C protein phosphatases (PP2Cs), SnRK2 kinase OST1 and S-type anion channel SLAC1. These proteins form a central ABA signaling module. In this project, we hypothesize that this ABA signaling module is also required for stomatal closure induced by environmental factors such as darkness, CO2 enrichment, reduced air humidity and O3 exposure. We will perform gas-exchange measurements of whole plants using a custom-made gas-exchange system and a large collection of Arabidopsis thaliana ABA biosynthesis and signaling mutants. Although the Ca2+-dependency of stomatal closure mechanisms is repeatedly shown in isolated guard cells and epidermal peels, these results are not always confirmed by in planta experiments. As a second part of the project, we will study the role of cytoplasmic Ca2+ in stomatal responses. Gas-exchange experiments with detached leaves of ABA and Ca2+-signaling mutants together with experimental manipulations (CO2 and O3 exposures, darkness, ABA addition and Ca2+ chelation) enable to clarify the role of Ca2+ in in vivo stomatal closure. A new thermostated flow-through Arabidopsis-specific leaf chamber will be used for these experiments. Further, transformation of ABA and Ca2+ signaling mutants with Ca reporter protein yellow cameleon (YC3.6) enables to visualize cytoplasmic Ca2+ oscillations in response to different manipulations. Thus, the project aims to address the following aspects of stomatal closure: is ABA signaling module involved in stomatal closure induced by different environmental stimuli and is elevation of cytoplasmic Ca2+ required for these responses. An improved understanding of stomatal regulation is important for future agriculture in order to develop drought resistant crops, but also in the context of analyzing processes affected by climate change.