Az etilén státusz szerepe a paradicsom sóstressz akklimatizációjában
The gaseous plant hormone ethylene (ET) plays pivotal role in the regulation of several physiological processes of plants, such as photosynthesis or the accumulation of reactive oxygen- (ROF) or nitrogen forms (RNF). Furthermore, ET is a crucial participant of plant abiotic stress responses. Exogeno...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2020-02-06
|
| Kulcsszavak: | 1-aminociklopropán-1-karbonsav, ACC, etilén, sóstressz, fotoszintézis, paradicsom, reaktív oxigénformák, reaktív nitrogénformák antioxidáns enzimek, akklimatizáció, sejthalál, |
| Tárgyszavak: | |
| doi: | 10.14232/phd.10264 |
| mtmt: | 31390693 |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/10264 |
| Tartalmi kivonat: | The gaseous plant hormone ethylene (ET) plays pivotal role in the regulation of several physiological processes of plants, such as photosynthesis or the accumulation of reactive oxygen- (ROF) or nitrogen forms (RNF). Furthermore, ET is a crucial participant of plant abiotic stress responses. Exogenous ET generators have been used in various studies to evaluate the role of ET in these processes. However, the effect of ET precursor, 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, which could accumulate in the root zone under natural conditions, was rarely investigated. Thus, the concentration- and/or time dependent influence of exogenous ACC on plants, especially on photosynthesis or on the accumulation of reactive molecules mentioned previously is mostly unknown. The actual ET sensitivity or changes in ET level in tissues, which can be defined as ET status of plants, could be important before or during abiotic stress acclimation. Therefore, the identification of specific processes induced by exogenous ACC, which could alter the physiological response during a subsequent abiotic stress are very important. The abiotic stress induced in plants by high salt concentrations in soil or in irrigation water becomes more significant in the agriculture worldwide with climate change. Thus, the investigation of plant salt stress responses at physiological or molecular level is of great importance. Although ET is an important participant in the regulation of these processes, its effect was mostly investigated during long term salt stress, although the events occurring during the early period of stress acclimation – from hours to few days – determine the fate of the plant later. Furthermore, the data about the connection between plant ET status and ROF/RNF accumulation under short term salt stress are scarce. The role of ET in the regulation of photosynthesis, especially the activity of photosystem I (PSI) under those circumstances mentioned before is barely known. Hence, during our experiments, we used two approaches. First, we investigated the effect of 0.01, 1.0 and 100 µM ACC concentrations applied in hydroponic nutrient solution under non-stress conditions, on major physiological processes of tomato (Solanum lycopersicum L.), which could play a role in abiotic stress acclimation such as photosynthesis, ion accumulation as well as ROF and RNF accumulation. The second approach was divided into two different experimental designs due to technical reasons. Tomato plants with altered ET status, (pre-)treated with 10 µM ACC or ET receptor mutant (Never ripe), were exposed to a growth retarding but tolerable 100 mM or a lethal, 250 mM NaCl concentrations for 24 hours and sampled at multiple time points. We examined the role of ET in early salt stress response by monitoring the parameters mentioned above, and the activity and expression of the most important antioxidant enzymes, which controls oxidative stress. A gáz halmazállapotú növényi hormon, az etilén (ET) fontos szereppel bír a növényi életfolyamatok szabályozásában, mint például a fotoszintézis vagy a reaktív oxigén- valamint nitrogénformák akkumulációja, továbbá kiemelt résztvevője az abiotikus stresszre adott növényi válaszok kialakításának. Az exogén forrásból származó ET-t számos tanulmány során használták a hormon hatásainak feltérképezésére. Ugyanakkor természetes körülmények között, a gyökérzónában is jelenlévő ET prekurzornak, az 1-aminociklopropán-1-karbonsavnak (ACC) hatását eddig relatíve keveset vizsgálták. Ennek következtében az exogén ACC koncentráció- és idő függvényében kifejtett befolyása a növényekre, különösen a fotoszintézisre és az említett reaktív molekulák akkumulációjára nagyrészt ismeretlen. A növények aktuális ET-érzékenysége, vagy ET produkciójának alakulása (összefoglalva: ET státusza), fontos lehet az abiotikus stressz akklimatizáció során, különös tekintettel a stresszor megjelenése előtti állapotokra. Mindezek tükrében kiemelten fontos az exogén ACC gyökérzóna-béli jelenléte által kiváltott olyan hatások azonosítása, mely az utólag jelentkező, kedvezőtlen környezeti faktorok megjelenése esetén befolyásolhatják a stresszválaszt. A talaj, vagy az öntözővíz magas sótartalma és az általa a növényekben kiváltott stresszhatás (sóstressz) a Földünk változó klímájában egyre nagyobb jelentőségűvé válik a mezőgazdasági növénytermesztésben. Ezért a növények sóstressz-válaszainak fiziológiai és molekuláris szintű felderítése alapvető szükségességet jelez. Az ET szerepe jelentős e folyamatok szabályozásában, ugyanakkor hatását nagyrészt hosszútávú sóstressz során vizsgálták, holott a stressz akklimatizáció korai időszakában – az óráktól néhány napig – történő események nagyban befolyásolják a növény későbbi sorsát. Ezen túlmenően, a reaktív oxigén- (ROF) és nitrogénformák (RNF) akkumulációjának kapcsolata a növény ET státuszával rövidtávú sókezelések során alig ismert. Ugyanez elmondható a fotoszintézis esetében is, különösen az I-es fotokémiai rendszer aktivitása tekintetében. Mindezeknek megfelelően, kísérleteink során kétféle megközelítést alkalmaztunk. Tanulmányoztuk egyrészt a gyökérközegben, hidropónikus kultúrában alkalmazott exogén ACC koncentráció sorozat (0,01-, 1,0- és 100 µM-os) hatását paradicsomnövények legfontosabb fiziológiai folyamataira, amelyek szerepet játszhatnak az abiotikus stressz akklimatizáció folyamatában, mint a fotoszintézis, ionakkumuláció, ROF és RNF felhalmozódás stresszmentes körülmények között. A második megközelítésben exogén (10 µM) ACC (elő)kezeléssel, valamint ET receptor mutációval (Never ripe) befolyásolt ET státuszú növényeket kezeltünk szubletális (növekedésgátló, de tolerálható), 100 mM-os vagy letális (néhány napon belül a növények pusztulását okozó), 250 mM-os NaCl koncentrációkkal 24 órán belül, több mérési időpontban. Vizsgáltuk az ET korai sóstressz-válaszban betöltött szerepét a már említett paramétereken kívül az oxidatív stresszt meghatározó legfontosabb enzimek expressziójának és aktivitásának monitorozásán keresztül. |
|---|