AbstractsBiology & Animal Science

The role of SLAC1 anion channel and its upstream regulators in stomatal opening and closure in Arabidopsis thaliana

by Kristiina Laanemets




Institution: Tartu University
Department:
Year: 2015
Keywords: müürlook; mutatsioonid; õhulõhed; ioonivahetus; ioonkanalid; regulatsioon; Arabidopsis thaliana; mutations; stoma; ion exchanging; ion channels; regulation
Record ID: 1122555
Full text PDF: http://hdl.handle.net/10062/46215


Abstract

Taimelehtede pinnal on mikroskoopilised poorid, mida kutsutakse õhulõhedeks. Nende kaudu toimub CO2 omastamine ja transpiratsioon. Igat õhulõhet ümbritseb paar sulgrakke, mille osmootsest rõhust ja veesisaldusest sõltub poori suurus. Õhulõhede avanemise ja sulgumise regulatsiooni detailse mehhanismi selgumine aitab kaasa uue põlvkonna põuatolerantsete sortide aretamisele. Me uurisime õhulõhede avanemise ja sulgumise signaalradu. Selleks panime müürlooga taime hermeetilisse kambrisse ja mõõtsime taimest väljuva veeauru hulka. Pimeduse, kõrge CO2 taseme, vähese õhuniiskuse, taimehormoon abstsiishappe (ABA) ja osooni toimel õhulõhed sulguvad ning taimest eralduva veeauru hulk väheneb. Seevastu valgus, madal CO2 tase ja kõrge õhuniiskus stimuleerivad õhulõhesid avanema, mis meie mõõteaparatuuris kajastub suurema taimest väljuva veeauru hulgana. Uurisime ABA toimel käivituvat signaalrada ja selle rolli õhulõhede sulgumises keskkonnafaktorite toimel. Näitame, et valgud, mida on varem kirjeldatud pelgalt ABA signaalraja osana, osalevad ka muudes signaalradades. Näiteks kui mutantses taimes puuduvad ABA retseptorvalgud , ei sulge see taim enam oma õhulõhesid ei osooni, pimeduse, kõrge CO2 taseme ega vähese õhuniiskuse toimel. Lisaks uurisime õhulõhede avanemist anioonide väljavoolukanali SLAC1 mutantides, mis pole võimelised õhulõhesid kiirelt sulgema. Nendes mutantides oli kummalisel kombel ka õhulõhede avanemine aeglasem, kuigi SLAC1 kanali puudumine takistab ainult ioonide väljavoolu. San Diego (USA) koostööpartnerite abil selgitasime välja, et õhulõhede aeglase avanemise põhjuseks on vähenenud kaaliumi sissevool, mis on tingitud hoopis muutustest sulgrakkude kaltsiumi tundlikkuses ning kontsentratsioonis SLAC1 mutandis. Seega on õhulõhede avanemise ja sulgumise signaalrajad omavahel läbi põimunud ning mutatsioon võivad taimes mõjutada isegi protsesse, mis ei ole puuduva valguga otseselt seotud. Stomata are microscopic pores on the surface of leaves, mediating CO2 uptake and transpirational water loss. Stomata close when ions are released from the two guard cells surrounding each pore. Understanding the mechanisms of stomatal regulation would help to design next generation drought tolerant cultivars in crop breeding. We studied the signaling pathways leading to stomatal opening or closure. Thale cress plants were placed into hermetically sealed flow-through chambers and the amount of water evaporating from the plant was measured. Darkness, elevated CO2, low air humidity, plant hormone abscisic acid (ABA), and ozone induce stomatal closure, resulting in decreased evaporation from the plant. Conversely, light, reduced CO2, and high humidity induce stomatal opening, which is manifested by larger amount of water transpired from plant. We studied the ABA signaling pathway and showed that the components of ABA signaling pathway participate in stomatal closure induced by different abiotic factors. This can be illustrated with mutant plants lacking ABA receptors – these plants also lack stomatal closure in response to…