logo Uniwersytet Warszawski


Autoreferat rozprawy doktorskiej mgr Kamila Godonia Drukuj
piątek, 09 stycznia 2009 14:55

„Rola i przemiany aldehydu salicylowego w Arabidopsis thaliana”

Praca doktorska wykonana w Zakładzie Ekofizjologii Molekularnej Roślin

Promotor:
prof. dr hab. Andrzej Podstolski

Recenzenci:
prof. dr hab. Wiesław Oleszek (Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznastwa, Państwowy Instytut Badawczy)
prof. dr hab. Wirginia Janiszowska (Instytut Biochemii, WB, UW)

Kwas salicylowy jest cząsteczką silnie powiązaną z odpowiedzią roślin na atak patogena. Bierze on udział zarówno w natychmiastowej odpowiedzi typu HR (hypersensitive responce – ang. odpowiedź nadwrażliwa), jak również w odpowiedzi typu SAR (systemic aquired resistance – ang. systemiczna odporność nabyta). Poznane są dwie główne drogi biosyntezy tego kwasu w roślinach. Jedną z nich jest opisany dla roślin tytoniu (Nicotiana tabaccum) szlak wiodący od kwasu trans-cynamonowego na drodze zbliżonej do β-oksydacji przez kwas benzoesowy, następnie hydroksylowany do kwasu salicylowego. W roślinach Arabidopsis thaliana postulowana jest natomiast droga biosyntezy tego kwasu przez przekształcenie choryzmianu do izochoryzmianu i następnie kwasu salicylowego.Jest jednak wiele dowodów na to, że nie jest to jedyna droga biosyntezy kwasu salicylowego w A. thaliana. Prawdopodobnym wydaje się, że część tego kwasu powstaje na szlaku fenylopropanoidowym. Możliwa droga przekształceń wiodłaby od kwasu trans-cynamonowego przez kwas o-kumarowy i aldehyd salicylowy, następnie utleniany do kwasu salicylowego. Enzym przeprowadzający nieoksydacyjną reakcję skrócenia łańcucha bocznego kwasu o-kumarowego do aldehydu salicylowego (syntaza aldehydu salicylowego) został opisany w naszym Zakładzie w roślinach tytoniu. Wydaje się jednak, że może on występować również w innych roślinach zważywszy, że podobną aktywność wobec kwasu p-kumarowego, której produktem jest aldehyd p-hydroksybenzoesowy, wykryto w roślinach marchwi i wanilii. W roślinach tytoniu wykazano wzrost aktywności tego enzymu po infekcji patogennej, co wiąże produkt reakcji, którym jest aldehyd salicylowy, z reakcjami odpornościowymi roślin.

Celem tej pracy było określenie roli aldehydu salicylowego w odporności roślin A. thaliana na infekcje patogenną bakterią Pseudomonas syringae oraz stwierdzenie potencjalnej możliwości jego przekształcenia do kwasu salicylowego.

Realizując zamierzone cele przeprowadzono szereg doświadczeń, w których wykorzystano metody badania aktywności enzymów (spektrofotometryczne oraz wywołania aktywności białek po rozdziale elektroforetycznym na żelu poliakrylamidowym), oznaczania związków fenolowych, głównie przy pomocy HPLC oraz hodowli bakteryjnych.

W trakcie badań wykazano, że w roślinach A. thaliana na skutek infekcji patogenną bakterią Pseudomonas syringae następuje zwiększenie aktywności syntazy aldehydu salicylowego. Natomiast podany zewnętrznie aldehyd salicylowy w stężeniu 1 μM i 10 μM hamował rozwój bakterii w liściach traktowanych roślin, co związane było ze znacznym ograniczeniem wielkości powstających nekroz.Salicylan metylu silniej ograniczał wzrost bakterii w traktowanych roślinach niż aldehyd salicylowy.Jednocześnie traktowanie roślin A. thaliana aldehydem salicylowym lub salicylanem metylu spowodowało znaczny wzrost ilości białka oraz aktywności peroksydaz klasy III mierzonej wobec gwajakolu i syringaldazyny. Właściwości takich nie wykazał ani aldehyd benzoesowy ani benzoesan metylu, co świadczy o specyficzności działania aldehydu salicylowego i salicylanu metylu. W traktowanych roślinach zwiększeniu uległa również aktywność chitynaz, które podobnie jak peroksydazy są białkami powiązanymi z odpowiedzią roślin na infekcje patogenne.Aktywność tych białek uzależniona była od stężenia zastosowanego aldehydu salicylowego i salicylanu metylu.

Stwierdzono również, że aldehyd salicylowy może mieć bezpośredni wpływ na rozwój bakterii. Podany do zawiesiny bakteryjnej aldehyd salicylowy w stężeniu 1 mM i 10 mM hamował wzrost bakterii znacznie silniej niż salicylan metylu, kwas salicylowy, aldehyd benzoesowy i benzoesan metylu.

W liściach zainfekowanych roślin A. thaliana wykazano wzrost aktywności β-glukozydaz mierzonej wobec β-D-glukozydu para-nitrofenolu oraz helicyny (β-D-glukozydu aldehydu salicylowego). Stwierdzono również istnienie izozymu β-glukozydazy o znacznej specyficzności substratowej wobec helicyny. Nie stwierdzono natomiast aktywności tego izozymu wobec salicyny. Jednocześnie aktywność wobec helicyny była ok. 20-krotnie wyższa niż wobec β-D-glukozydu para-nitrofenolu.

Podawany roślinom aldehyd salicylowy ulegał w nich przekształceniu do glikozydu, ale nie był w tej formie magazynowany. Jednocześnie aldehyd ten był przekształcany do kwasu salicylowego, który w formie związanej pozostawał przez dłuższy czas w roślinach.

Uzyskane w pracy wyniki wskazują, że aldehyd salicylowy może być prekursorem kwasu salicylowego w roślinach Arabidopsis thaliana. Obserwowana glikozylacja aldehydu salicylowego oraz istnienie β-glukozydazy specyficznej wobec helicyny sugeruje udział glukozydu aldehydu salicylowego w biosyntezie kwasu salicylowego. Aktywacja enzymów związanych z odpowiedzią na atak patogena wynikała najprawdopodobniej z przekształcenia aldehydu salicylowego do kwasu salicylowego – znanego induktora odporności roślin. Jednakże wykazano, że aldehyd salicylowy może pełnić również bezpośrednie funkcje w ograniczaniu rozwoju bakterii. Zaprezentowane wyniki wskazują, że aldehyd salicylowy może być nową nie znaną dotąd z literatury cząsteczką zaangażowaną w reakcje odpornościowe roślin A. thaliana. Jego działanie może być bezpośrednie na organizmy patogenne, jak również może być potencjalnym prekursorem syntezy kwasu salicylowego podobnie jak ma to miejsce w roślinach tytoniu.

 


logo HR