Stres Yanıtı ve Gen Anlatımı. Bitkiler hareketsiz olduklarından strese yanıt vermeleri gerekir.

Transkript

1 Stres Yanıtı ve Gen Anlatımı Bitkiler hareketsiz olduklarından strese yanıt vermeleri gerekir.

2 İklime Uyum Evrimsel adaptasyonlar bir organizmanın belli bir nişe katılmasını sağlayan değişikliklerdir. Bu var olan genlerin modifikasyonunun yanı sıra gen kayıplarını/kazançlarını kapsar. Örneğin organizmalardaki termofilik enzimlerin yüksek sıcaklığı tolare edebilmesi gibi. İklimleme ile uyarılabilen yanıt/yanıtlar bir organizmanın çevrede istenmeyen ya da bazı bitkiler için öldürücü olan değişikliğe tolerasyon gösterebilmesine izin verir. Örneğin ısı şoku.

3 Stres Tipleri Abiyotik 1. ısı 2. soğuk 3. kuraklık 4. tuzluluk 5. rüzgar 6. oksidatif 7. anaerobik 8. ağır metaller 9. yaralanma 10. besin yetersizliği 11. aşırı ışık Biyotik 12. patojenler 13. herbivorlar (otçullar) ısı, soğuk, anaerobiyosiz, oksidatif üzerinde durulur. and biotic stress

4 Bitkilerin strese tek bir hücre ve tüm bir bitki olarak yanıtı. Stres uyaran sinyaller tüm bitkiye yayılarak diğer kısımları strese karşı koymaya daha dayanıklı hale getirir.

5 Isı stresine (yada Isı şokuna) yanıt Drosophila da politen kromozomu pufları keşfedildi. Normal büyüme sıcalıklığının üstündeki ~10-15 o C sıcaklıklara özgü yanıtlardır. Her yerde Korunmuş Hızlı Geçici Protein sentezinde çarpıcı değişiklik

6 Heat stress effects on protein synthesis in soybean seedlings (J. Key).

7 Cyanobacterium Synechococcus ta sıcaklık stresi/şoku proteinleri sentezi

8 Isı şokuna yanıt olarak gelişen Başlangıçtaki olaylar: olaylar: 1. Protein sentezinin inhibisyonu 2. Transkripsisyonun ve RNA işlenme sürecinin engellenmesi 3. Yeni hs (hsp) mrna larının uyarılması 4. Önceden var olan hücresel mrna lar hala vardır fakat translasyonu yapılmaz (başlangıç faktörü eif4a ve B deaktive edilmiştir)

9 Faz II olayları 5. Protein sentezinin kismi onarımı, temelde hsp mrna larının translasyonu 6. hsp (heat shock proteins) birikimi 7. Normal hücresel protein sentezinin derce derece devam etmesi 8. hsp sentezinde azalma

10 İşlev: Termotolerans Enables organisms to survive high temp. Çimlenmekte olan tohumlar doğal olarak yüksek termotoleransa ve çok sayıda hsp ye sahiptir. Yarı öldürücü bir ısı şoku öldürücü bir uygulamada organizmanın yaşamını sürdürmesine izin verir. Hsp üretimi edinilmiş termotoleransla ilişkilidir. Belli hsp lerinin gen anlatımı değiştirilmiş bazı mutant mayalar ve transgenik bitkiler termotolerans göstermezler.

11 Soya fasulyası fidelerinin Isı şokunda termotolerant gelişmesi 28 o C 40 o C 45 o C 45 o C

12 Isı Şoku Proteinleri (hsp) ~100, ~90, ~70, ve ~60 kda Düşük moleküler ağırlıklı Low molecular weight (LMW) hsp: ~27, ~20-22, ~15-18 kda 30 dakika içinde tamamı uyarılır. Bitkilerde çoğu LMW hsp dir. İki boyutlu jel elektroforezi ve moleküler klonlama çoğu hsp nin hsp70 ve LMW hsp leri ile ilişkili proteinler ailesinden olduklarını göstermekte.

13 HSP işlevleri 1 LMW hsp ubiquitindir. Ubiquitin proteozomla proteinleri parçalar. Kloroplast translasyon elongasyon faktörü elongation factor ef-tu (nuklear-kodlanır) (aynı zamanda şaperon aktivitesine sahiptir) hsp90, hsp70 ve hsp60 protein katlanmasına katılırlar: "molecular chaperones" Hsp100 hsp ve diğer mrna ların (Ferredoxin), CAP-bağımsız bir yolla translasyonunu arttırır.

14 HSP70, bir şaperonin chaperonin 1. Temel gen 2. Sitoplazmada, ER lümeninde, mitokondride ve kloroplastlarda homologları bulundu. 3. Gen hedeflemede fonksiyonel ve normal hücrelerin (streste olmayan) ATP hidrolizinin düzenlenmesinde 4. Konstitütif ve ısı ile uyarılan (sitoplazmik) formlar Isı ile uyarılan form sitoplazmaya gittiğinde ilk olarak nukleolusta gözlendi (öncü ribozomlar ısı şokunu önlüyor olabilir) 5. Bazı hsp70 ler ışıkla uyarılır; kloroplast hsp70 Chlamydomonas ta ışık/ısı hasarından PSII yi korumaya yardım eder.

15 Chaperones bind short hydrophobic and/or positively charged stretches of amino acids.

16 HSP60 (cpn60) 1. İlki moleküler şaperon olarak adlandırıldı. 2. Düzenlenmeye katılan RuBPCase LS binding protein bulundu. 3. Ökaryotlarda yalnızca mitokondrilerde ve plastidlerde bulunur. 4. E. coli GroEL genine benzer kD lık kompleks iki alt birimden 61 ve 60 kda (ATPase) oluşur. 6. cpn10 (GroES homoloğu) ile ilişkilendirilir. 7. Diğer proteinlerin katlanmalarına ya da toplanmalarına yardım eder.

17

18 LMW HSPs Isı ile uyarılr 4 nuklear gen ailesi: 1. Class I sitoplasmik 2. Class II sitoplasmik 3. Klorolastta lokalize olmuş 4. Endomembranda lokalize olmuş (ER) Yalnızca bitkilerde organellerde bulunmuştur. İşlevi çoğunlukla bilinmez (bazıları şaperonlar olarak görülürler) in vivo da "heat shock granülleri içerisinde kümelenirler. Denatüre olmuş proteinlerin işlenmesi olabilir.

19 HSP düzenlenmesi LMW hsp ler bitkilerde yaygın olarak çalışılmıştır. Uyarı temelde transkripsiyonaldir fakat aynı zamanda translasyonal olarak kontrol edilir (hsp mrna ların tercihli olarak translasyonu yapılır). Genler koordineli bir biçimde uyarılır fakat bu tüm dokularda eşit bir biçimde meydana gelmez. Işık aynı zamanda bazı LMW hsp ve hsp70 leri uyarabilir.

20 Yüksek olarak uyarılan soya fasulyesi Hsp mrna ları Temp. o C

21 Cis-etkili transkripsiyonal düzenleyici elementler HSE (heat shock elements) in the 5' regions: ~10-15 bç (kısmen palindromlar içerirler) çoklu kopya gereklidir Ayrıca başka HS genleri de bulunmuştur örneğin hsp 70 hayvanlardaki HSE lere benzerler

22 Bitkiler ve hayvanlarda HSE ler

23 Heat-shock transcription factor (HSF) 1. Hayvanlarda ve mayalarda yaygın olarak çalışılmıştır ancak bitkilerde henüz yaygın olarak çalışılmamıştır. 2. HSE lere bağlanırlar. 3. Lösin fermuar motifleri taşırlar. 4. DNA ya trimer olarak bağlanırlar. 5. Aktivite sıcaklık ve fosforilasyonla uyarılır. 6. HSP70 tarafından aktivite baskılanır.

24 Tomato HSFA2 has NLS and NES - Cytoplasmic:nucleus distribution part of control

25