Trans -Factor PTF1 Participates in the Response to Salinity but Does Not Regulate Expression of the  psbD  Gene in  Arabidopsis thaliana

A. A. Andreeva; Андреева А. А.; I. A. Bychkov; Бычков И. А.; N. V. Kudryakova; Кудрякова Н. В.; V. V. Kuznetsov; Кузнецов В. В.

doi:10.31857/S0015330322600334

Транс-фактор PTF1 участвует в ответе на засоление, но не регулирует экспрессию гена psbD у Arabidopsis thaliana

Авторы: Андреева А.А.¹, Бычков И.А.¹, Кудрякова Н.В.¹, Кузнецов В.В.¹
Учреждения:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук
Выпуск: Том 70, № 1 (2023)
Страницы: 80-90
Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3303/article/view/130212
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015330322600334
EDN: https://elibrary.ru/ALLDSG
ID: 130212

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В литературе представлены противоречивые данные относительно роли PTF1/ ТСР13 из семейства транскрипционных факторов TCP в регуляции экспрессии пластидного гена psbD, кодирующего D2 белок ФС II. Для анализа биологических функций PTF1/ ТСР13 нами был использован трансформант, у которого ген PTF1/TCP13 экспрессировался под действием β-эстрадиол-индуцибельного промотора. Оверэкспрессия PTF1/TCP13 не способствовала ожидаемому увеличению накопления транскриптов гена psbD, транскрибируемых с промотора BLRP (Blue Light Responsive Promoter), хотя их уровень существенно повышался под действием света или АБК. PTF1/TCP13 активировался АБК, причем в регуляции экспрессии PTF1/TCP13 принимали участие гены канонического пути передачи сигнала АБК. Кроме того, PTF1/TCP13 индуцировался в ответ на солевой стресс. Однако у оверэкспрессирующей линии были снижены солеустойчивость и экспрессия маркеров солевого стресса, а также ряда генов синтеза и сигналинга АБК по сравнению с аналогами с нормальным уровнем экспрессии этого транс-фактора, то есть, PTF1/TCP13 действовал как отрицательный регулятор солевого стресса. Таким образом, PTF1 не является транскрипционным фактором пластид. Тем не менее, он представляет один из компонентов АБК-зависимой регуляторной цепи, способной модифицировать экспрессию ядерных и хлоропластных генов в ответ на изменение гомеостаза.

Ключевые слова

Arabidopsis thaliana, АБК, промотор, солевой стресс, транс-фактор, хлоропласт

Список литературы

Wagner R., Pfannschmidt T. Eukaryotic transcription factors in plastids – bioinformatic assessment and implications for the evolution of gene expression machineries in plants // Gene. 2006. V. 381. P. 62. https://doi.org/10.1016/j.gene.2006.06.022
Schwacke R., Fischer K., Ketelsen B., Krupinska K., Krause K. Comparative survey of plastid and mitochondrial targeting properties of transcription factors in Arabidopsis and rice // Mol. Genet. Genomics. 2007. V. 277. P. 631. https://doi.org/10.1007/s00438-007-0214-4
Baba K., Nakano T., Yamagishi K., Yoshida S. Involvement of a nuclear-encoded basic helix-loop-helix protein in transcription of the light-responsive promoter of PsbD // Plant Physiol. 2001. V. 125. P. 595. https://doi.org/10.1104/pp.125.2.595
Kodama Y. Plastidic proteins containing motifs of nuclear transcription factors // Plant Biotechnology. 2007. V. 24. P. 165. https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.24.165
Kodama Y., Sano H. A comparative analysis of basic helix-loop-helix proteins, AtPTF1 and NtWIN4, with reference to plastid localization // Plant Biotech. 2007. V. 24. P. 335. https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.24.335
Yamburenko M.V., Zubo Y.O., Börner T. Abscisic acid affects transcription of chloroplast genes via protein phosphatase 2C-dependent activation of nuclear genes: repression by guanosine-3-′5′-bisdiphosphate and activation by sigma factor 5 // Plant J. 2015. V. 82. P. 1030. https://doi.org/10.1111/tpj.12876
Zabala M.T., Littlejohn G., Jayaraman S., Studholme D., Bailey T., Lawson T., Tillich M., Licht D., Bölter B., Delfino L., Truman W., Mansfield J., Smirnoff N., Grant M. Chloroplasts play a central role in plant defence and are targeted by pathogen effectors // Nat. Plants. 2015. V. 1. 15074. https://doi.org/10.1038/NPLANTS.2015.74
Hur Y.-S., Kim J., Kim S., Son O., Kim W.-Y., Kim G.-T., Takagi M.O., Choong-Ill Cheon C. Identification of TCP13 as an upstream regulator of ATHB12 during leaf development genes // Genes. 2019. V. 10. P. 644. https://doi.org/10.3390/genes10090644
Urano K., Maruyama K., Koyama T., Gonzalez N., Kazuko D.I., Shinozaki Y., Shinozaki K. CIN-like TCP13 is essential for plant growth regulation under dehydration stress // Plant Mol. Biol. 2022. V. 108. P. 257. https://doi.org/10.1007/s11103-021-01238-5
Coego A., Brizuela E., Castillejo P., Ruíz S., Koncz C., Pozo J.C., Piñeiro M., Jarillo J.A., Paz-Ares J., León J. The TRANSPLANTA collection of Arabidopsis lines: a resource for functional analysis of transcription factors based on their conditional overexpression // Plant J. 2014. V. 77. P. 944. https://doi.org/10.1111/tpj.12443
Danilova M.N., Kudryakova N.V., Doroshenko A.S., Zabrodin D.A., Rakhmankulova Z.F., Oelmüller R., Kusnetsov V.V. Opposite roles of the Arabidopsis cytokinin receptors AHK2 and AHK3 in the expression of plastid genes and genes for the plastid transcriptional machinery during senescence // Plant Mol. Biol. 2017. V. 93. P. 533. https://doi.org/10.1007/s11103-016-0580-6
Belbin F.E., Noordally Z.B., Wetherill S.J., Atkins K.A., Franklin K.A., Dodd A.N. Integration of light and circadian signals that regulate chloroplast transcription by a nuclear-encoded sigma factor // New Phytol. 2017. V. 213. P. 727. https://doi.org/10.1111/nph.14176
Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water-stress studies // Plant Soil. 1973. V. 39. P. 205.
Heath L.R., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation // Arch. Biochem. Biophys. 1968. V. 125. P. 189.
Nishiyama R., Watanabe Y., Fujita Y., Le D.T., Kojima M., Werner T., Vankova R., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K., Kakimoto T., Sakakibara H., Schmülling T., Tran L.P. Analysis of cytokinin mutants and regulation of cytokinin metabolic genes reveals important regulatory roles of cytokinins in drought, salt and abscisic acid responses, and abscisic acid biosynthesis // Plant Cell. 2011. V. 23. P. 2169. https://doi.org/10.1105/tpc.111.087395
Miyakawa T., Fujita Y., Yamaguchi-Shinozaki K., Tanokura M. Structure and function of abscisic acid receptors // Trends Plant Sci. 2013. V. 18. P. 259 https://doi.org/10.1016/j.tplants.2012.11.002
Krupinska K., Blanco N.E., Oetke S., Zottini M. Genome communication in plants mediated by organelle–nucleus-located proteins // Phylosophical transection of the royal society. 2020. V. 375. 20190397. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0397
Ding S., Zhang Y., Hu Z., Huang X., Zhang B., Lu Q., Wang Y., Lu C. mTERF5 acts as a transcriptional pausing factor to positively regulate transcription of chloroplast psbEFLJ // Mol. Plant. 2019. V. 12. P. 1259. https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.05.007
Zhang Y., Cui Y.L., Zhang X.L., Yu Q.B., Wang X., Yuan X.B., Qin X.M., He X.F., Huang C., Yang Z.N. A nuclear-encoded protein, mTERF6, mediates transcription termination of rpoA polycistron for plastid-encoded RNA polymerase-dependent chloroplast gene expression and chloroplast development // Sci. Rep. 2018. V. 8. 11929. https://doi.org/10.1038/s41598-018-30166-6
Tsunoyama Y., Ishizaki Y., Morikawa K., Kobori M., Nakahira Y., Takeba G., Toyoshima Y., Shiina T. Blue light-induced transcription of plastid-encoded psbD gene is mediated by a nuclear-encoded transcription initiation factor, AtSig5 // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 3304. https://doi.org/10.1073/pnas.0308362101
Lerbs-Mache S. Function of plastid sigma factors in higher plants: regulation of gene expression or just preservation of constitutive transcription? // Plant Mol. Biol. 2011. V. 76. P. 235. https://doi.org/10.1007/s11103-010-9714-4
Cackett L., Cannistraci C.V., Meier S., Ferrandi P., Pěnčík A., Gehring C., Novák O., Ingle R.A., Donaldson L. Salt-specific gene expression reveals elevated auxin levels in Arabidopsis thaliana plants grown under saline conditions // Frontiers in Plant Science. 2022. V. 13. 804716. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.804716