Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2018, вип. 2 (44), с. 41-49


https://doi.org/10.35550/vbio2018.02.041




УЧАСТЬ ЦИТОЗОЛЬНИХ БІЛКІВ ТЕПЛОВОГО ШОКУ HSP70 І HSP90 В АДАПТАЦІЇ ПРОРОСТКІВ ARABIDOPSIS THALIANA ДО ВОДНОГО ДЕФІЦИТУ


Л. Є. Козеко

Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного
Національної академії наук України
(Київ, Україна)

E-mail: liudmyla.kozeko@gmail.com


Arabidopsis thaliana містить 9 генів, що кодують цитозольні білки теплового шоку HSP70, і 4 гени цитозольних HSP90. Дана робота присвячена вивченню функціонування окремих конститутивних та індуцибельних представників цих родин в адаптації проростків до посухи. Для імітації посухи використовували модель прогресуючого водного дефіциту в ростовому середовищі за стерильних умов. Аналіз генної експресії методом ЗТ-ПЛР показав помірну активацію конститутивних AtHSP70-14 і AtHSP90 протягом поступового зневоднення середовища, а також індукцію AtHSP70-5 і AtHSP90-1 при досягненні певного рівня водного дефіциту. Крім того, порівняння ростової активності в проростків дикого типу і нокаут-мутантів Athsp90-1, Athsp90-4, Athsp70-5 і Athsp70-14 показало, що порушення експресії відповідних HSP призводить до посилення пригнічення росту кореня за нестачі води. В цілому, ростова кінетика корелювала зі змінами в генній експресії. Слід також відзначити повільніший ріст кореня у мутантних проростків Athsp90-4 і особливо Athsp70-5 за нормальних умов. Отримані результати показують, що дані гени HSP помірно активуються за впливу водного дефіциту та відіграють певну роль у підтриманні ростової активності.


Ключові слова: Arabidopsis thaliana, посуха, HSP70, HSP90, експресія генів, мутанти

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Bobrownyzky J.A. 2013. Reaction of seedlings of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. on moderate water deficit at the cellular and molecular levels: PhD Thesis. Kyiv : 18 p.
 
2. Bobrownyzky J. 2016. Production of branched root hairs under progressive drought stress in Arabidopsis thaliana. Cytol. Genet. (Tsitologiya i Genetika). 50 (5) : 72-78.
https://doi.org/10.3103/S0095452716050030
 
3. Kordyum E.L., Sytnik K.M., Baranenko V.V., Belyavskaya N.A., Klimchuk D.A., Nedukha E.M. 2003. Cell Mechanisms of Plant Adaptation to Adverse Environmental Factors in Natural Conditions. (Kletochnye mechanizmy adaptatsii rastenii k neblagopriyatnym vozdeistviyam ekologicheskikh faktorov v yestestvennykh usloviyakh). Kiev : 277 p.
 
4. Kozeko L.Ye., Rahmetov D.B. 2016. Variation in heat shock proteins HSP70 synthesis dynamics in Malva silvestris and M. pulchella (Malvaceae) in connection with tolerance to high temperature, flooding and drought. Ukr. Bot. J. 73 (2) :194-203.
https://doi.org/10.15407/ukrbotj73.02.194
 
5. Billi D., Potts M. 2002. Life and death of dried prokaryotes. Res. Microbiol. 153 : 7-12.
https://doi.org/10.1016/S0923-2508(01)01279-7
 
6. Bobrownyzky J. 2006. A method for the imitation of drought stress in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Plant Introduction. 1 : 98-105.
 
7. Bray E.A. 2002. Classification of genes differentially expressed during water-deficit stress in Arabidopsis thaliana: an analysis using microarray and differential expression data. Ann. Bot. 89 : 803-811.
https://doi.org/10.1093/aob/mcf104
 
8. Cazalé A.C., Clément M., Chiarenza S., Roncato M.A., Pochon N., Creff A., Marin E., Leonhardt N., Noël L.D. 2009. Altered expression of cytosolic/nuclear HSC70-1 molecular chaperone affects development and abiotic stress tolerance in Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot. 60 : 2653-2664.
https://doi.org/10.1093/jxb/erp109
 
9. Cho E.K., Hong C.B. 2004. Molecular cloning and expression pattern analyses of heat shock protein 70 genes from Nicotiana tabacum. J. Plant Biol. 47 : 149-159.
https://doi.org/10.1007/BF03030646
 
10. Haralampidis K., Miliony D., Rigas S., Hatzopoulos P. 2002. Combinatorial interaction of cis elements specify the expression of the Arabidopsis AtHsp90-1 gene. Plant Physiol. 129 : 1138-1149.
https://doi.org/10.1104/pp.004044
 
11. Jacob P., Hirt H., Bendahmane A. 2017. The heat-shock protein/chaperone network and multiple stress resistance. Plant Biotechnol. J. 15 : 405-414.
https://doi.org/10.1111/pbi.12659
 
12. Jia D., Zhang B., Zhang P.P., Zhang J.Y., Liu Y.H., Wang J.S., Ma R.Y. 2015. Identification of differentially expressed genes in Alternanthera philoxerides under drought stress using suppression subtractive hybridization. Russ. J. Plant Physiol. 62 (1) : 103-110.
https://doi.org/10.1134/S1021443715010094
 
13. Jungkunz I., Link K., Vogel F., Voll L.M., Sonnewald S., Sonnewald U. 2011. AtHsp70-15-deficient Arabidopsis plants are characterized by reduced growth, a constitutive cytosolic protein response and enhanced resistance to TuMV. Plant J. 66 : 983-995.
https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2011.04558.x
 
14. Krishna P., Gloor G. 2001. The Hsp90 family of proteins in Arabidopsis thaliana. Cell Stress Chaperones. 6 : 238-246.
https://doi.org/10.1379/1466-1268(2001)006<0238:THFOPI>2.0.CO;2
 
15. Lin B., Wang J., Liu H., Chen R., Meyer Y., Barakat A., Delseny M. 2001. Genomic analysis of the Hsp70 superfamily in Arabidopsis thaliana. Cell Stress Chaperones. 6 : 201-208.
https://doi.org/10.1379/1466-1268(2001)006<0201:GAOTHS>2.0.CO;2
 
16. Liu Y., Wu J., Sun N., Tu C., Shi X., Cheng H., Liu S., Li S., Wang Y., Zheng Y., Uversky V.N. 2017. Intrinsically disordered proteins as important players during desiccation stress of soybean radicles. J. Proteome Res. 16 : 2393-2409.
https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.6b01045
 
17. Mayer M.P., Bukau B. 2005. Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism. Cell. Mol. Life Sci. 62 : 670-684.
https://doi.org/10.1007/s00018-004-4464-6
 
18. Milioni D., Hatzopoulos P. 1997. Genomic organization of hsp90 gene family in Arabidopsis. Plant Mol. Biol. 35 : 955-961.
https://doi.org/10.1023/A:1005874521528
 
19. Picard D. 2002. Heat-shock protein 90, a chaperone for folding and regulation. Cell. Mol. Life Sci. 59 : 1640-1648.
https://doi.org/10.1007/PL00012491
 
20. Prasinos C., Krampis K., Samakovli D., Hatzopoulos P. 2005. Tight regulation of expression of two Arabidopsis cytosolic Hsp90 genes during embryo development. J. Exp. Bot. 56 : 633-644.
https://doi.org/10.1093/jxb/eri035
 
21. Rizhsky L., Liang H., Shuman J., Shulaev V., Davletova S., Mittler R. 2004. When defense pathways collide. The response of Arabidopsis to a combination of drought and heat stress. Plant Physiol. 134: 1683-1696.
https://doi.org/10.1104/pp.103.033431
 
22. Samakovli D., Thanou A., Valmas C., Hatzopoulos P. 2007. Hsp90 canalizes developmental perturbation. J. Exp. Bot. 58 : 3515-3524.
https://doi.org/10.1093/jxb/erm191
 
23. Sangster T.A., Bahrami A., Wilczek A., Watanabe E., Schellenberg K., McLellan C., Kelley A., Kong S.W., Queitsch C., Lindquist S. 2007. Phenotypic diversity and altered environmental plasticity in Arabidopsis thaliana with reduced Hsp90 levels. PLoS ONE. 7 : 1-15.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000648
 
24. Sato Y., Yokoya S. 2008. Enhanced tolerance to drought stress in transgenic rice plants overexpressing a small heat-shock protein, sHSP17.7. Plant Cell Rep. 27 : 329-334.
https://doi.org/10.1007/s00299-007-0470-0
 
25. Shinozaki K., Yamaguchi-Shinozaki K. 2007. Gene networks involved in drought stress response and tolerance. J. Exp. Bot. 58 : 221-227.
https://doi.org/10.1093/jxb/erl164
 
26. Sung D.Y., Guy C.L. 2003. Physiological and molecular assessment of altered expression of Hsc70-1 in Arabidopsis. Evidence for pleiotropic consequences. Plant Physiol. 132 : 979-987.
https://doi.org/10.1104/pp.102.019398
 
27. Sung D.Y., Vierling E., Guy C.L. 2001. Comprehensive expression profile analysis of the Arabidopsis Hsp70 gene family. Plant Physiol. 126 : 789-800.
https://doi.org/10.1104/pp.126.2.789
 
28. Wang X.Q., Yang P.F., Liu Z., Liu W.Z., Hu Y., Chen H., Kuang T.Y., Pei Z.M., Shen H.S., He Y.K. 2009. Exploring the mechanism of Physcomitrella patens desiccation tolerance through a proteomic strategy. Plant Physiol. 149 : 1739-1750.
https://doi.org/10.1104/pp.108.131714
 
29. Yamada K., Fukao Y., Hayashi M., Fukazawa M., Suzuki I., Nishimura M. 2007. Cytosolic HSP90 regulates the heat shock response that is responsible for heat acclimation in Arabidopsis thaliana. J. Biol. Chem. 282 : 37794-37804.
https://doi.org/10.1074/jbc.M707168200
 
30. Ye T., Shi H., Wang Y., Chan Z. 2015. Contrasting changes caused by drought and submergence stresses in bermudagrass (Cynodon dactylon). Front. Plant Sci. 6 : 951.
https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00951
 
31. Zou J., Liu A., Chen X., Zhou X., Gao G., Wang W., Zhang X. 2009. Expression analysis of nine rice heat shock protein genes under abiotic stresses and ABA treatment. J. Plant Physiol. 166 : 851-861.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2008.11.007