"Personaalse uurimistoetuse järeldoktori toetus" projekt PUTJD136
PUTJD136 "Identification of proteins involved in CO2-induced stomatal regulation (1.04.2015−31.03.2017)", Iana Sindarovska, Tartu Ülikool, Loodus- ja täppisteaduste valdkond, tehnoloogiainstituut.
PUTJD136
Identification of proteins involved in CO2-induced stomatal regulation
Identification of proteins involved in CO2-induced stomatal regulation
1.04.2015
31.03.2017
Teadus- ja arendusprojekt
Personaalse uurimistoetuse järeldoktori toetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.1. BiokeemiaB191 Taimebiokeemia1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt33,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.3. GeneetikaB225 Taimegeneetika1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt34,0
1. Bio- ja keskkonnateadused1.12. Bio- ja keskkonnateadustega seotud uuringud, näiteks biotehnoloogia, molekulaarbioloogia, rakubioloogia, biofüüsika, majandus- ja tehnoloogiauuringudT490 Biotehnoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt33,0
PerioodSumma
01.04.2017−31.03.201769 300,00 EUR
69 300,00 EUR

Käesoleva projekti eesmärgiks oli uurida uusi komponente, mis on seotud õhulõhede CO2 toimelise regulatsiooniga. Erilist tähelapanu pöörati komponentidele, mis interakteeruvad CO2-toimelises regulatsioonis osalevate proteiinkinaasidega MPK12 ja HT1. Kuna MPK12 on mitogeenakiveeruv proteiinkinaas, siis selgitasime kõigepealt erinevate mitogeenaktiveeruvate kinaasi kinaaside (MKK1, MKK2, MKK3, MKK4, MKK7, MKK9, MKK10) ja MPK fosfataaside (IBR5, MKP2, MKP1, AP2C1, DSPTP1 ABI1, ABI2, HAB1, HAB2) rolli. Eksperimendid taimeliinidega, mis sisaldasid mutatsioone antud geenides näitasid, et uuritud MKK kinaasid ja MPK fosfataasid ei oma olulist rolli õhulõhede reageerimisel CO2 kontsentratsiooni muutustele. Läbiviidud pärmi kaksikhübriidi testi tulemusel selgus, et MPK12-ga interakteeruvad temperatuuritundlik lipokaliin, RTLB1 ja vakuooli H+-ATPaasi subühik. Paraku selgus, et ka nende geenide knock-out liinide õhulõhede reaktsioonid CO2 kontsentratsiooni muutustele olid sarnased metsiktüüpi taimede reaktsioonidele. Uurisime ka teiste sulgrakkudes ekspresseeruvate MPK-de (MPK4, MPK9, MPK11 ja MPK12) rolli. MPK4 ja MPK11 on fülogeneetiliselt MPK12 kõige lähedasemad, samas erinevad eskperimendid näitasid, et HT1 on võimeline interakteeruma vaid MPK4-ga, kusjuures MPK11-ga puudus igasugune interaktsioon. Gaasivahetuskatsed näitasid, et taimeliinide õhulõhed mille sulgrakkudes oli MPK4 ekspressioon alla surutud ei reageerinud normaalselt muutustele õhu CO2 kontsentratsioonis, kusjuures reaktsioonid abtsiishappele (ABA) olid normaalsed. Eriti märkimisväärseks võib lugeda tulemust mis näitas, et juhul kui sulgrakkudes puudus nii MPK12 kui ka MPK4 ekspressioon, siis kaotasid sulgrakud igasuguse võime reageerida CO2-le, samas reaktsioonivõime ABA-le säilis. Need tulemused näitavad, et sulgrakkude CO2-toimelise regulatsioonis on võtmetähtsusega, kuid samas funktsionaalselt kattuv roll nii MPK4-l kui ka MPK12-l.
The objective of this research was to search for the new components involved in CO2-induced signaling cascade(s) leading to stomatal regulation, with particular focus on proteins that interact with protein kinases MPK12 and/or HT1 – known components of CO2-induced stomatal movements in Arabidopsis plants. MPK12 is a mitogen activate protein kinase, thus, we analyzed the role of relevant mitogen-activated protein kinase kinases (MKK1, MKK2, MKK3, MKK4, MKK7, MKK9, MKK10) and phosphatases (IBR5, MKP2, MKP1, AP2C1, DSPTP1 ABI1, ABI2, HAB1, HAB2). Experiments with plant lines carrying mutations in these genes showed that none of the mentioned kinases or phosphatases influenced CO2-induced stomatal movements. In addition, based on our yeast two-hybrid (Y2H) interaction screening we selected three interesting MPK12 interactors with high guard cell RNA expression levels. Namely, a temperature induced lipocalin, a RTLB1 and a vacuolar H+-ATPase subunit. Nevertheless, the knock-out lines of these proteins also did not display defects in CO2-induced stomatal signaling. We also examined MPKs with high guard cell RNA expression levels, namely MPK4, MPK9, MPK11, and MPK19. MPK4 and MPK11 are phylogenetically close to MPK12. However, MPK4 interacted with HT1 in both Y2H interaction test and bimolecular fluorescence complementation test, while MPK11 did not. Among these MPKs only plant lines with impaired MPK4 demonstrated pronounced impact on CO2-induced stomatal movements in response to both CO2 elevation and reduction, and had less obvious impairment on plant stress hormone abscisic acid (ABA) response. More interestingly we could show that transgenic plants lacking both MPK4 and MPK12 expression in guard cells completely abolished CO2-induced stomatal movements, while still maintaining response to ABA treatment. These data indicate an important role of MPK4 in CO2-induced stomatal regulation and confirm a functional redundancy of MPK12 and MPK4 in guard cells.
Käesoleva projekti eesmärgiks oli uurida uusi komponente, mis on seotud õhulõhede CO2 toimelise regulatsiooniga. Erilist tähelapanu pöörati komponentidele, mis interakteeruvad CO2-toimelises regulatsioonis osalevate proteiinkinaasidega MPK12 ja HT1. Kuna MPK12 on mitogeenakiveeruv proteiinkinaas, siis selgitasime kõigepealt erinevate mitogeenaktiveeruvate kinaasi kinaaside (MKK1, MKK2, MKK3, MKK4, MKK7, MKK9, MKK10) ja MPK fosfataaside (IBR5, MKP2, MKP1, AP2C1, DSPTP1 ABI1, ABI2, HAB1, HAB2) rolli. Eksperimendid taimeliinidega, mis sisaldasid mutatsioone antud geenides näitasid, et uuritud MKK kinaasid ja MPK fosfataasid ei oma olulist rolli õhulõhede reageerimisel CO2 kontsentratsiooni muutustele. Läbiviidud pärmi kaksikhübriidi testi tulemusel selgus, et MPK12-ga interakteeruvad temperatuuritundlik lipokaliin, RTLB1 ja vakuooli H+-ATPaasi subühik. Paraku selgus, et ka nende geenide knock-out liinide õhulõhede reaktsioonid CO2 kontsentratsiooni muutustele olid sarnased metsiktüüpi taimede reaktsioonidele. Uurisime ka teiste sulgrakkudes ekspresseeruvate MPK-de (MPK4, MPK9, MPK11 ja MPK12) rolli. MPK4 ja MPK11 on fülogeneetiliselt MPK12 kõige lähedasemad, samas erinevad eskperimendid näitasid, et HT1 on võimeline interakteeruma vaid MPK4-ga, kusjuures MPK11-ga puudus igasugune interaktsioon. Gaasivahetuskatsed näitasid, et taimeliinide õhulõhed mille sulgrakkudes oli MPK4 ekspressioon alla surutud ei reageerinud normaalselt muutustele õhu CO2 kontsentratsioonis, kusjuures reaktsioonid abtsiishappele (ABA) olid normaalsed. Eriti märkimisväärseks võib lugeda tulemust mis näitas, et juhul kui sulgrakkudes puudus nii MPK12 kui ka MPK4 ekspressioon, siis kaotasid sulgrakud igasuguse võime reageerida CO2-le, samas reaktsioonivõime ABA-le säilis. Need tulemused näitavad, et sulgrakkude CO2-toimelise regulatsioonis on võtmetähtsusega, kuid samas funktsionaalselt kattuv roll nii MPK4-l kui ka MPK12-l.