Molekularna i funkcjonalna charakterystyka nukleaz zaangażowanych w programowaną śmierć komórki u roślin
Loading...
Date
2021
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Molecular and functional characterization of nucleases involved in plant programmed cell death
Abstract
Przeprowadzone badania wykazały w jaki sposób proces ewolucji prowadził do wytworzenia różnorodności wymagań katalitycznych nukleaz S1/P1. A różnorodność tego typu nie jest cechą specyficzną jedynie dla roślin. Opisano również zmiany lokalizacji komórkowej nukleaz typu S1/P1 w trakcie PCD oraz w wyniku oddziaływania kwasu salicylowego, potwierdzając, że ma ona związek z ich wymaganiami katalitycznymi. Przedstawiono profile ekspresji promotorów nukleaz z rodzin S1/P1 oraz SNc na w trakcie rozwoju roślin. Potwierdziło to udział niezbadanych dotychczas nukleaz z rodzin S1/P1 oraz SNc w procesach zachodzących na terenie tkanek podlegających PCD. Wykazało to, że mechanizmy degradacji DNA angażują współdziałające ze sobą nukleazy. Przenalizowano również fenotypy mutantów delecyjnych tych nukleaz, co potwierdziło, że kluczowe dla przebiegu procesu PCD u roślin są nukleazy wymagające neutralnego pH oraz obecności jonów Ca2+.
Programmed cell death (PCD) plays fundamental roles in plants’ responses to biotic and abiotic stresses, as well as during plant development. The degradation of genomic DNA and RNA is one of the key factors of programmed cell death. It was hypothesized that cooperation of nucleases from two protein families, S1/P1 and SNc, is crucial for hydrolysis of the plant's nucleic acid. Their catalytic requirements diversity are a consequence of changing the cell environment during PCD, and they act during different steps of this process. First act nucleases with catalytic requirements of neutral pH and presence of Ca2+, then nucleases with catalytic requirements of low pH and presence of Zn2+ are involved in finishing of degradation. My research explained the evolution mechanism of diversification of S1/P1 nucleases catalytic requirements and exhibit this variety is not exclusively plant feature. I revealed specific amino acids responsible for ions and pH preferences. I studied cell localization change of S1/P1 during PCD and in presence of salicylic acid. I showed that cell localizations of nucleases correlated with their catalytic requirements. Results suggest high diversity of S1/P1 and SNc nucleases expression, both in different time and tissues. Promoters of S1/P1-like families show distinctive but in some cases overlapping expression patterns. I indicated possible mechanisms of nucleases cooperation in DNA degradation. I analyzed phenotypes of S1/P1 and SNc nucleases knock-out plants. Results suggest that nucleases with catalytic requirements of neutral pH and presence of Ca2+ play crucial roles in plant development.
Programmed cell death (PCD) plays fundamental roles in plants’ responses to biotic and abiotic stresses, as well as during plant development. The degradation of genomic DNA and RNA is one of the key factors of programmed cell death. It was hypothesized that cooperation of nucleases from two protein families, S1/P1 and SNc, is crucial for hydrolysis of the plant's nucleic acid. Their catalytic requirements diversity are a consequence of changing the cell environment during PCD, and they act during different steps of this process. First act nucleases with catalytic requirements of neutral pH and presence of Ca2+, then nucleases with catalytic requirements of low pH and presence of Zn2+ are involved in finishing of degradation. My research explained the evolution mechanism of diversification of S1/P1 nucleases catalytic requirements and exhibit this variety is not exclusively plant feature. I revealed specific amino acids responsible for ions and pH preferences. I studied cell localization change of S1/P1 during PCD and in presence of salicylic acid. I showed that cell localizations of nucleases correlated with their catalytic requirements. Results suggest high diversity of S1/P1 and SNc nucleases expression, both in different time and tissues. Promoters of S1/P1-like families show distinctive but in some cases overlapping expression patterns. I indicated possible mechanisms of nucleases cooperation in DNA degradation. I analyzed phenotypes of S1/P1 and SNc nucleases knock-out plants. Results suggest that nucleases with catalytic requirements of neutral pH and presence of Ca2+ play crucial roles in plant development.
Description
Wydział Biologii
Sponsor
Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki grantami „Charakterystyka mechanizmu degradacji DNA w różnych formach programowanej śmierci komórki u roślin” przyznanego na podstawie decyzji 2014/15/B/NZ3/00863 oraz „Analiza funkcji nukleaz sekrecyjnych Acanthamoeba castellanii” przyznanego na podstawie decyzji 2019/33/N/NZ6/00655. A także przez Dziekana Wydziału Biologii UAM grantem „Analiza specyfiki aktywności nukleolitycznych u Acanthamoeba castellanii” o numerze GDWB-10/2016.
Działalność doktorancką autora wsparło stypendium motywacyjne programu Paszport do przyszłości - Interdyscyplinarne studia doktoranckie na Wydziale Biologii UAM POWR.03.02.00-00-I006/17 oraz specjalne stypendium naukowe z dotacji podmiotowej w ramach Krajowego Naukowego Ośrodka Wiodącego „Poznańskie Konsorcjum RNA” dla uczestników stacjonarnych studiów doktoranckich na Wydziale Biologii.
Keywords
nukleazy, programowana śmierć komórki, starzenie, rośliny, arabidopsis thaliana, nucleases, programmed cell death, senescence, plant