dc.contributor.author
Juszczak, Ilona
dc.date.accessioned
2018-06-07T17:58:29Z
dc.date.available
2013-09-24T09:26:57.429Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4493
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-8693
dc.description.abstract
Photosynthesis is a predominant source of ROS in plants. In the light,
approximately 30 % of electrons which pass the photosynthetic electron
transport chain can flow into reactive oxygen species (ROS) metabolism. If
insufficiently antagonized, ROS accumulation can pose a threat to plant cells
by causing damage of cellular components, such as proteins, nucleic acids and
lipids. In order to prevent these destructive effects of ROS on cell
functionality, chloroplasts have evolved a highly efficient antioxidant
system, consisting of antioxidant enzymes and low molecular weight
antioxidants. Here, the expression regulation of enzymatic components of this
system was compared among seven accessions of A. thaliana, which cover a wide
range of northern habitats (from Russia to Cape Verde Islands). The comparison
of temperature and developmental responses in selected accessions demonstrated
that the expression of key chloroplast antioxidant enzymes responds to
environmental stimuli, however the response dynamics hardly correlated with
the climatic parameters (temperature and UV radiation) at the natural habitats
of the accessions. Moreover, the analyses of transcript (mRNA), polysomal RNA
(pRNA) and protein data revealed that the tested accessions used different
strategies to adjust the chloroplast antioxidative defence system to
environmental demands. Among them, Col-0, Cvi-0 and Ms-0 invested more into
the expression regulation of this system at the transcript level, while Van-0,
WS, C24 and Kas-1 supported rather translation. Nevertheless, both strategies
of regulation led to the expression of chloroplast antioxidant enzymes at
sufficient level to efficiently protect plants from ROS accumulation in Col-0,
WS, C24 and Van-0. In contrast, Cvi-0, Ms-0 and Kas-1 accumulated high amounts
of ROS. In response to ROS accumulation most of the antioxidant enzymes were
expressed in Cvi-0 at significantly higher level than in Kas-1 and Ms-0.
Moreover, in Cvi-0, the otherwise conserved post-transcriptional regulation of
Csd2 expression by miR398 was less prominent. It is concluded that these
Cvi-0-specific mechanisms result from adaptation to the extremely harsh
conditions at its natural habitat and provide enhanced tolerance of this
accession to a wide range of stress conditions.
de
dc.description.abstract
Hauptquelle für reaktive Sauerstoffspezies (engl. reactive oxygen species;
ROS) in Pflanzen ist die Photosynthese. Annähernd 30 % der Elektronen aus der
photosynthetischen Elektronentransportkette führen unter Belichtung zur
Produktion von ROS und müssen entsprechend entgiftet werden. Bei
unzureichender Entgiftung können zelluläre Komponenten, wie Proteine,
Nukleinsäuren und Lipide, durch ROS geschädigt werden. Um den ROS-induzierten
Zelltod zu verhindern, haben Chloroplasten ein hocheffizientes antioxidatives
Schutzsystem entwickelt. Dies besteht aus Enzymen, die in der Lage sind ROS
schrittweise zu Wasser zu reduzieren, und niedermolekularen Antioxidantien. In
der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation der Expression des antioxidativen
Schutzsystems in sieben Arabidopsis thaliana Akzessionen vergleichend
untersucht. Diese Akzessionen besiedeln unterschiedliche Habitate über die
gesamte nördliche Hemisphäre (von Russland bis zu den Kapverdischen Inseln)
verteilt. Vergleiche der Temperatur- und Entwicklungsabhängigkeit zeigten,
dass die Expression der plastidären antioxidativen Enzyme durch interne
Stimuli und solche aus der Umgebung gesteuert wird. Es konnten nur selten
Korrelationen zwischen der Expression der plastidären antioxidativen Enzyme
mit klimatischen Parametern der natürlichen Lebensräume (Temperatur und UV-
Strahlung) festgestellt werden. Der Vergleich von Transkriptspiegeln (mRNA),
polysomaler RNA (pRNA) und Proteinspiegeln zeigte, dass die analysierten
Akzessionen unterschiedliche Strategien verwenden, um ihr plastidäres
antioxidatives Schutzsystem an die Umweltanforderungen anzupassen:
Beispielsweise, investieren Col-0, Cvi-0 und Ms-0 mehr in die Regulation der
Transkriptspiegel, während Van-0, WS, C24 und Kas-1 eher die
Translationsaktivität steuern. Ungeachtet der Unterschiede in beiden
Strategien sind Col-0, WS, C24 und Van-0 in der Lage sich effektiv vor ROS zu
schützen. In Cvi-0, Ms-0 und Kas-1 dagegen konnten hohe Mengen an ROS
akkumulieren. In Folge dessen wurden in Cvi-0 antioxidative Enzyme deutlich
stärker exprimiert als in Kas-1 und Ms-0. In Cvi-0 kommt hinzu, dass die sonst
in allen anderen Akzessionen konservierte post-transkriptionellen Regulation
der Csd2 Transkription durch miR398 weniger stark ausgeprägt war. Dieser für
Cvi-0 spezifische Mechanismus lässt vermuten, dass diese Akzession
individuelle Anpassungs- und Toleranzmechanismen an ihre extremen natürlichen
Bedingungen entwickelt hat.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
micro-RNA, chloroplast antioxidant system
dc.subject
Arabidopsis thaliana
dc.subject
gene expression regulation
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::500 Naturwissenschaften
dc.title
Natural genetic variation in the expression regulation of chloroplast
antioxidant system among A. thaliana accessions.
dc.contributor.contact
ilona.juszczak@fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Margarete Baier
dc.contributor.furtherReferee
Dr. Dirk Hincha
dc.date.accepted
2013-09-17
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000095186-1
dc.title.translated
Natürliche genetische Variation in der expressionalen Regulation des
chloroplastidären antioxidativen Systems in verschiedener A. thaliana
Akzessionen.
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000095186
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000014114
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access