whatsapp call admin

تحقیق در مورد SHSP و مقاومت به تنش گرما در گیاهان

word قابل ویرایش
13 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

SHSP و مقاومت به تنش گرما در گیاهان

خلاصه:
SHSP (Small heat shock protein) به طور گسترده ای در سلولهای پروکاریوت و یوکاریوت در مواجهه با گرما تولید می شود به خاطر تنوع و فراوانی غیرعادی در گیاهان پیشنهاد می شود که SHSP اهمیت ویژه ای دارند(علاوه بر تنش گرمایی، SHSP در گیاهان تحت سایر تنش ها و در مراحل نهایی نمو تولید می شود بیان ژن SHSP و تجمع پروتئین به هنگام مواجهه با تنشهای محیطی ما را متوجه این فرضیه می کند که این پروتئین ها یک نقش مهم در مقاومت به تنش بازی می کند وظیفه SDSPها همانند یک کاپرون (Chapron) مولکولی به وسیله سنجشهای invitro و onvivo تأئید می گردد.

مقدمه:
در مواجهه با تنش گرما هر دوی سلولهای پروکاریوت و یوکاریوت یک گروه پروتئینی با وزن مولکولی ۱۵ تا ۴۲ کیلو دالتون (KDa) که پروئینهای Small heat shock (SHSP) نامیده می شود تولید می گردند. در گیاهان به علت تولید زیاد و فراوانی غیرعادی SHSP ممکن است نیازشان را به سازش هر سریعتر به تغییرات محیطی مثل دما، نور، رطوبت منعکس سازند.

SHSPها بر اساس توالی DNA، تعیین موقعیت درون سلولی به ۶ Class مرتب می شوند. SHSPها معمولاً در بافتهای رویشی تحت شرایط نرمال کشف نشده اند اما می توان به وسیله تنشهای محیطی و محرک رشد و نمو به وجود آیند. رابطه بین سنتز SHSPها و پاسخ به تنش منتهی به این فرضیه شد که SHSPها سلولها را از آسیب اثرات استرس محافظت می نمایند. مدارک قوی مبنی بر این است که SHSPها همانند یک کاپرون مولکولی از اتصال ناقص سوبسترای پروتئین ها جلوگیری گردد و از آن طریق از تجمع برگشت ناپذیر آنها جلوگیری می کند بنابراین موجب اتصال درست سوبسترا می گردد. این Review داده های فیزیولوژیکی و مولکولی را در مورد SHSP گیاهان را بررسی کرده است.

 

کلاسهای SHSP و ساختمان آنها:
SHSP ها پروتئینهایی با وزن مولکولی ۱۵ تا ۴۲ کیلو دالتون اند که روی الکتروفورز ژل پلی اکریلامید (PAGE) مشخص می گردند. اغلب این پروتئینها، پروتئینهای غالبی اند که در مواجه با گرما تولید می گردند. Scharf و همکاران SHSP را به طور کامل در Avabidapsis thaliana که پیش می رود تحقیقات به مرور زمان در این گیاه را تحقیق کرده و متوجه شدند ژنوم Avabidopsis محتوی ۱۹ Fream خواننده می باشد که پروتئینهای وابسته به SHSPها را رمز می کند.

به طور کلی SHSPها به وسیله ژنهای هسته به رمز درآمده و به ۶ کلاس تقسیم می شوند که ۳ کلاس این SHSP ها شامل (CI، CII و CIII) که در سیتوزدل یا در هسته می باشند ۳ تای دیگر در پلاستیدها، شبکه آندوپلاسمی و میتوکندری می باشند در سایر اندامکها نیز SHSPها به طور منحصر بفرد ظاهر می شود. کلاسهای I و II (CI و CII که در ستوردل با هسته اند) به طور معمول به وسیله چند ژن خویشاوند (multigene familie) به رمز درمی آید. SHSPهای موجود در یک کلاس دارای توالی از اسیدهای آمینه مشترک می باشند و برعکس SHSPهای از کلاسهای مختلف دارای توالی مشابه پائینی اند. SHSPهای واقع در یک کلاس به طور بالایی در بین گونه های مختلف گیاهی متفاوت اند با این وجود همکه SHSPها مشترکاً از ۹۰ آمینواسید ماکربوکسیل انتهایی که دامنه آلفاکریستالین -crystallin donain (ACD)] [یا دامنه تنش گرمایی نامیده یم شود استفاده می کنند که شامل پروتئینهای -crystallin عدسکهای چشم جانداران مهره دار نیز می بوشد. ACD، SHSPها را از سایر پروتئینهای کوچکی مکه به وسیله گرما به وجود می آید مشخص می کند. ACD را می توان به دو زیربخش I و II به وسیله بخش آبدوست که طولش متغیر است تقسیم کرد این دو بخش -sandwich و –-Sheet antiparallel نامیده می شوند. دامنه آمینهای انتهایی بین کلاسها واقعاً متفاوت اند که از این آمینهای انتهایی برای تعیین محل SHSPها استفاده می شود که یک متیونین در آمینهای انتهایی SHSP هایی که محل ساخت آن در اندامک پلاستید است وجود دارد. پیشنهاد شده که این دامنه غنی از متیونین دارای شکل سه بعدی بوده که باقیمانده آبدوست دارد ممکن است در اتصال سوبسترا دخالت داشته باشد. در SHSPهای گیاهان Phosphorylate آنها بررسی نشده بود تا اینکهخ اخیراً مشاهده شد که دو شکل M-8/23 Zm Hsp (با نام قدیمی ۲۲HSP) از ذرات می توانند Phosphorylate شوند این دو شکل M-8/23 Zm Hsp از اتصال متناوب با دو باقیمانده متفاوت در اسیدهای آمینه بدست آمدند که ۵۷ کیلو دالتون در وزن مولکولی فرق داشتند. شکلهای Phosphorylate به ترتیب ۳۶% و ۳۵% اتصال نرمال را مشابه ۲۲HSP دارند.

تولید HSP گیاهی:
تحت شرایط نرمال اغلب SHSPها را در بافتهای رویشی نمی توان یافت اما به سرعت در واکنش به گرما تولید می شوند افزایش دما تا حدود ۱۵-۱۰ بالاتر از دمای مناسب رشد که معمولاً در دامنه غیرکشنده است موجب واکنش به تنش گرمایی می شود. میزان تجمع SHSP وابسته به دما و طول مدت استرس است بعد از تنش گرمایی SHSP مقدارش ثابت مانده و یک نیمه عمر ۵۰-۳۰ ساعت دارد. پیشنهاد شده که SHSP ها ممکن است برای بازیابی و بهبودی گیاه مهم باشد فقط تنش گرمایی، بیان ژن SHSP را تحریک نمی کند گاهی اوقات تجمع SHSP در واکنش به تنش اسمزی است. در آفتابگردان ژنهای (CI)6/17Ha HSP و CII9/17 Ha HSP به وسیله تنش آب به وجود می آینمد و مقادیر mRNA به طور مثبت وابسته به درجه دهیدراسیون است. با افزایش دهیدراسیون مقدار mRNA برای سنتز SHSP افزایش می یابد در آفتابگردان در تحت تنش به یکسان بودن HSDP در ساقه ها و ریشه های پی برده شد مانیتول و ABA می توانند موجب تحریک بیان ژن CII9/17 Ha HSP در کشت invitro وانهالها شود.

SHSP سیتوزولی که هومولوگ با CI6/17Ha HSP و CII9/17 Ha HSP می باشند به طور ترکیبی در تجدید حباب گیاه Craterostigma plantagineum تجمع می یابند اما نه در کالوس خشک به حالت مقاوم است (مگر اینکه با ABA با مشاء خارجی تیمار شود.

مقادیر SHSP در گیاهان C.plantagineum در واکنش به خشکی افزایش می یابد. بنابراین پیشنهاد می گردد SHSP در مقاومت به خشکی مهم اند و در این زمینه مکانیسم وابسته به ABA واسطه می شود. رمز کردن ژنها برای تولید SHSP ها که در واکنش به تنش اسمزی تحریک می شود انجام گیرد که در اینجا SHSPهای سیتوزولی CII-7/17At HSP و CII6/17At HSP در A.thaliana (که A6/17 At HSP و II7/17 At HSP نامیده می شوند) و نیز

CII17QS HSP که در دالانهای Cork-oak وجود دارند تولید می گردند. در مقابل با CI-17QS HSP، پروتئینهای SHSP سیتوزولی CII در A.thaliana در مقادیر بالای تنش اسمزی یافت نشد.

در زیرمجموعه SHSPها، SHSPهایی که به وسیله تنش Oxidative تحریک و تولید می گردند که شامل ۲ نوع سیتوزولی (Class I و Class II)، SHSP میتوکندری و SHSP کلروپلاست می باشند. برخی ژنهای SHSP به وسیله تنش سرما heatymetal ازن (۳O)، اشعه uv، اشعه تحریک می شوند. مشاهدات نشان می دهد که SHSPها ممکن است با تنش های غیر زنده (abiotic) همبستگی داشته باشد. در غیاب تنش های محیطی سنتز SHSPها در گیاهان محدود به مراحل نمو نظیر embryogenesis،جوانه زنی، نمو گروه و بلوغ میوه می گردد.

Embryogenesis شامل ۳ مرحله است. وقتی دانه ها در میانه مرحله بلوغ اند یک افزایش ABA مشاهده می شود که باعث به خواب رفتن (dormant) آنها می گردد در اواخر مرحله بلوغ پروتئینهای زیاد سنتز و ذخیره می شوند و با بلوغ دانه به dehyation مقاوم CII7/17 At HSP شروع به افزایش کرده و در مرحله آخر بلوغ فراوان اند. در نخود و آفتابگردان هر دوی SHSPهای کلاسهای I و II در طول ذخیره شدن سنتز یافته و در دانه های بالغ افزایش می یابند. به دلیل سنتز SHSPها در طول بلوغ بذر پیشنهاد می شود که SHSPها ممکن است برای حفاظت سلولی در مقابل خشکی مهم باشد این فرضیه به وسیله رابطه کاهش مقادیر SHSP با فنوتیپهای غیرمقاوم به خشکی تائید می گردد.

در بذرهای موتانت abi 3-6 (غیرمقاوم به خشکی) ژن مارکر خاموش و تجمع CI4/17At HSP، CI6/17At HSP و CII7/17At HSP متوقف می شود. ژنهای SHSP تحت کنترل HSF (Heat Shock transcription Factor) می باشند. در شرایط تنش وظایف HSF به طور بالایی حفظ شده. تحت شرایط نرمال HSF در وضعیت مخفی (Latent) می باشد اما در هنگام تنش گرمایی HSF به وسیله تریمریزاسیون (trimerization) فعال می شود. عامل حساس به تنش گرمایی (HSE) [heat sheck – responsive element] شامل ۱۳ اتصال و تکرارهای معکوس شده یک توالی –BP5 می باشد مثل nGAAn.

در گیاهان مهمترین بخش HSE، توالی ۳-aGAAg-5 است در کوچکترین ۳ واحدی منجر به تشکیل ۳-nGAAn nTCn nGAAn5 شده که برای محدود کردن یا اتصال HSF کافی است به وسیله استفاده از سیستمهای هومولوگ و هترولوگ هر دوی مکانیسم های وابسته به HSE و غیروابسته به HSE در طول نمود در تولید SHSP دخالت دارند. HSE مصنوعی (سنتز شده) می تواند باعث تنظیم نموی شده و ویروس موزائیک گل کلم (CAMU) را در تنباکر، تحریک کند.

مطالعات Promoter ها نشان می دهد که یک منشاء نظیر HSE برای فعالیت نسخه برداری در اواخر مرحله embryogenesis لازم است تا بذر را به خشکی سازگار سازد این فعالیت شاید به واسطه اتصال با HSP انجام گیرد زیرا جهش در HSE توانایی اتصال به HSF را کاهش داده و در نتیجه فعالیت Promoter در طول نمو کاهش یافته است به هر حال نزدیک به مرحله embryogenesis فعالیت مؤثری به جهت جهش در اتصال با HSF انجام نمی گیرد. پیشنهاد می شود که سایر پروتئینهای فعال کننده ناقل که ویژه بذراند مسئول تنظیم اند.

CI6/17 Ha HSP تنها ژن SHSP است که به تنش گرمایی واکنش نداده اما به تنظیم نموی (افزایشی) واکنش می دهد. Promoter CI6/17Ha HSP محتوی یک HSE ناقص است که در فعالیت نموی CI6/17 Ha HSP شرکت دارد اما HSE به تنهایی برای تحریک کامل ۶/۱۷Ha HSP ناکافی است.

HSF و سایر فاکتور دارای فعالیت ترانسی مترادف امکان دارد در تنظیم کردن در طول خشک شدن بذر در طی اتصال و الحاق HSE و نیز این عناصر CIS توأمان باشند یکی از فاکتورهای فعال ساز ترانس چنین تعریف شده که زمان خروج عامل نسخه برداری Abi 3 را تنظیم می کند که این فاکتور در تنظیم ژنهای خاص بذر دخالت دارد جهش در Abi 3 بیان و تجمع CI4/17At HSP و CI6/17At HSP و CII7/17 At HSP در بذور Arabidopsis متأثر می سازد بیشتر شواهد مستقیم برروی تحقیقات فعالیت پروموتر ۶/۱۷Ha HSP از جنینهای آفتابگردانی که با Abi 3 در Arabidopsis و LPHSFA1 در گیاه گوجه فرنگی هم بیان هستند بدست آمده است. آنالیز ظهور موقتی نشان می دهد که ABI 3 و HSF در پروموتر ۶/۱۷Ha HSP جنینها به صورت مترادف عمل می کنند. فعالیت وابسته به ABI 3 نیاز به دامنه

عملی از ابتدا و از انتهای HSE و HSF دارد محدوده های انتهایی آمینی و کربوکسیلی به ترتیب ABI 3 و HSF در نحوه هم عملکردی با ABI 3 اهمیت دارد که به تنهایی خود به نظر نمی رسد عمل مهمی داشته باشد اما در طی همکاری با HSF در طی اتصال HSF به HSE افزایشی به چشم می خورد. ABI 3 و HSF می توانند با یکدیگر برهمکنش داشته باشد و ABI 3 می توانند در نقش یک همکار نسخه برداری به وسیله الحاق غیرمستقیم به DNA نقش ایفا کند.

تنظیم، تولید SHSP گیاهی به وسیله اصلاح ژنتیک:
در مواجهه با تنش گرمایی گیاه برای حفظ فعالیت سلولی در برابر دمای بالا برنامه جدید زودگذری در فعالیت سلولی خود به وجود می آورد که شامل توقف سنتز پروتئین های معمولی و آغاز سنتز HSP می باشد به هنگام تنش گرمایی برخی SHSP می توانند تا ۱% مجموع پروتئینهای ریشه و برگ برسند. در غیاب تنش تولید SHSP به طور کامل در برخی مراحل نموی تولید می گردند پیشنهاد شده که تولید و تجمع SHSPها با مقاومت به تنش بستگی دارد و پذیرفته شده که تغییر مقادیر HSP ممکن است بر مقاومت به تنش مؤثر باشد به هر حال گزارشهای کاربردی کمی در مورد افزایش مقاومت به استرس از طریق اصلاح ژنتیک در تولید SHSP های گیاهی بدست آمده است (جدول ۲)

دیده شده که تولید HSPها از طریق HSF در گیاهان تراریخته Arabidopsis طوری تنظیم شده که به طور دائمی At HS F1 یا At HSF3 بیان شود. بیان دائمی ژن شیمری -glucuronidase (Gus) At HSF1 باعث شده که تحت شرایط عادی هم واکنش به heat shock (تنش گرمایی) متوقف نشده و تجمع HSPها ادامه پیدا کرده بنابراین گیاه تراریخته مقاومت به گرما انتقال داده یم شود زیرا SHSPها و HSPV به طور دائمی تولید می شود. در سیستمهای هترولوگوس مقاومت گرمایی باکتری در E-Coli افزایش یافته که اینکار به وسیله پیوند با پروتئین –CI Gus9/16 OS HSP (موجود در برنج نوترکیب) انجام می گیرد ژن ۵/۱۷CS HSP موجود در

شاه بلوط مقاومت باکتریایی در E-Coil را تحت تنش سرما و گرما افزایش داده است. در هویج که به طور ژنتیکی اصلاح شده و در آن ژن CI7/17DS HSP بیان شده باعث افزایش مقاومت به گرما شده به علاوه گیاهانی که تعریف شده در آن CI7/17DC HSP در anti Sense سازگاری کمتری با تنش گرمایی دارند. مقادیر پروتئین
CI7/17DC HSP و هومولگوگ آن CI9/17DC HSP در گیاهان وحشی و گیاهان با تولید بالا گمتر بود این داده آزمایشگاهی از این موضوع حمایت می کند که CI7/17 DC HSP ممکن است نقش مهمی را در مقاومت گرمایی بازی می کند. به هر حال افزایش مقاومت به گرما جلوتر از سنتز مقدار زیادی mRNA و پروتئین CI7/17 DC HSP نبود.

افزایش مقاومت به گرما به نظر می رسد که در نتیجه کاهش کلی HSP به ویژه SHSP در CI7/17 Anti Sence DV HSP در گیاهان ترار ریخته باشد این مشاهدات پیشنهاد می کند که می کند که SHSPها شاید وظایف دیگری غیر از مقاومت به تنش داشته باشد در گیاه تراریخته Arabidopsis که ژن
CII7/17At HSP به طور دائمی فعال است و تجمع mRNA و پروتئین

CII7/17At HSP تحت شرایط رشد عادی هم انجام می گیرد در این گیاهان این پروتئین متفاوت به خشکی و شوری را افزایش داده ولی مقاومت به تنش گرایی افزایش نیافته است در بذرها که به طور طبیعی این ماده (۷/۱۷ At HSP) جمع می شود مقاومت به از دست دهی آب (خشکی) بدست می آید. شاید وظایف
CII7/17At HSP مثل یک کاپرون مولکولی (پروتئینی که باعث سنتز پروتئینهای دیگر می شود در زمان اتصال به ریبوزوم) به هنگام مراجعه با تنش اسمزی در گیاهان با تولید بالا باشند و در طول بلوغ بذر باشند که این موضوع به وسیله سنجش in Vitro تأئید می گردد در مقابل گزارش شده که SHSPهای ذخیره شده در بذر آفتابگردان برای تنباکو کافی نبوده تا مقاومت به تنش آب را داشته باشد تنشهای اسمزی و گرمایی همیشه با تنشهای اکسیداتیو همراه هستند. اثرات بد تنشهای گوناگون محیطی در کمترین حالت با افزایش تولید انواع اکسیژن غیرفعال شده (ROS*) شامل –۲O، ۲O2H، OH* واسطه می گردد

–۲O به ۲O تغییر نکرده و ۲O2H در حضور یک super oxide تغییر نمی کند. در حقیقت ۲O2H و –۲O می توانند واکنش دهند تا یک رادیکال هیدروکسیل (OOH) که اغلب oxidant قوی است تولید کند که اغلب به ماکرو مولکولها حمله کرده و به غشاء آسیب رسانده و به DNA نیز آسیب رسانده که این در سنتز پروتئین و پایداری پروتئین اثر گذاشته و منتهی به اختلال متابولیکی و مرگ سلول می گردد. نقش SHSPها در مقاومت به تنش گرمایی این است که در واکنش به

۲O2H افزایش می یابند (جدول ۱) کلروپلاست محلهای مهمی برای تولید ROS تحت هر دو تنش اسمزی و گرما و شرایط غیرتنش هستند به طور قابل توجهی SHSPها که در کلروپلاست هستند ممکن است در مقاومت به تنش اکسیداتیو دخالت داشته باشد. ساختار منحصر بفرد helix amphipatic غنی از متیونین که موجود در SHSPهای کلروپلاست می باشد و توانایی تغییر ساختاری اجازه می دهد که به هنگام مواجه با تیمار oxidant با تنش اکسیداتیو مقابله کند.
P-3/25 At HSP در Arabidopsis مقاومت به ترکیب گرما و نور زیاد را اهدا می کند که موجب تنش اکسیداتیو می شود تنش اکسیداتیو باعث القاء SHSP در

میتوکندری و سیتوزول می گردد پیشنهاد می شود که SHSP ممکن است همچنین باعث مقاومت اکسیداتیو گردد. در گیاهان انتقال الکترون میتوکندری به وسیله SHSP حفاظت می شود (به هنگام تنش شوری) این اثر مشابه با آنتی اکسیدانهای آسکوربات، گلوتاتیونین، توکوفرول و به خوبی آنزیم کاتالاز و سوپراکسید حفظ می گردد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 13 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد