REDUCED CHLOROPLAST COVERAGE genes from Arabidopsis thaliana help to establish the size of the chloroplast compartment
Robert M. LarkinGiovanni StefanoMichael E. RuckleAndrea KH StavoeChristopher SinklerFederica BrandizzíCarolyn M. MalmströmKatherine W. Osteryoung
46
Citation
59
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
Significance Mechanisms that determine the cellular volume allocated to organelles are largely unknown. We demonstrate that in the plant Arabidopsis thaliana , a small gene family that encodes proteins of unknown function contributes to a mechanism that establishes the proportion of cellular volume devoted to chloroplasts. We show that this mechanism resides outside of the chloroplast by demonstrating that the protein that makes the greatest contribution to this mechanism resides in the cytoplasm and nucleus and that the trafficking of this protein between the cytoplasm and nucleus may regulate this mechanism. A deeper understanding of this mechanism may lead to the rational manipulation of chloroplast compartment size, which may lead to more efficient photosynthesis and increased yields from important crop plants.Keywords:
Organelle
Compartment (ship)
Two Arabidopsis mutants atmyb123 and atkor1 were identified from the T-DNA insertion knockout mutant lines SAIL_005260 and SAIL_2_G11,respectively,and then a double mutant atmyb123/atkor1 was established by crossing method.The two mutants are lacking expression for ATMYB123 and ATKOR1 genes,respectively,which two were found to be tightly related to root development in Arabidopsis thaliana.The results obtained here showed that lack of ATMYB123 gene in expression led to a slow growth of plant rosettes and a yellow skin of seeds in Arabidopsis,while lack of ATKOR1 gene in expression had no marked effects on these two factors.Any one of the two genes ATMYB123 and ATKOR1 knockout extremely repressed the root development in Arabidopsis,especially the knockout of ATKOR1 gene,the mutant atkor1 showed only one third of length of roots as compared to wild type(WT).Interestingly,the double mutant atmyb123/atkor1 exhibited the characteristics of the single mutant atmyb123 has in plant rosette morphology and seed skins but presented intermediated root length between the two single mutants.In addition,the growth trend of roots among the three mutants had no fundamental changes when the plants were cultivated under different pH,NaCl treatments and GA concentration conditions,which imply that these three factors were not concerned in the root shortening event induced by lack of any one of ATMYB123 or/and ATKOR1 proteins in A.thaliana.These results suggest that both ATMYB123 and ATKOR1 genes participate in the root development of Arabidopsis and a specific relationship in functions exist between the two proteins,ATMYB123 and ATKOR1.The transcription factor ATMYB123 might act as a major regulator of ATKOR1 protein for participating the control of root development in Arabidopsis.
Rosette (schizont appearance)
Wild type
Gene knockout
Root hair
Lateral root
Cite
Citations (1)
The chloroplasts and mitochondria in embryonic and mature mesophyll cells of maize, spinach, and barley were studied by electron microscopy. The observations are discussed in relation to theories of organelle status and origins. Some of the e!ectron micrographs can be interpreted as showing that mitochondria arise from chloroplasts in mature leaf cells, and lend support to the view, based on cinephotomicrographic studies, that interconversions between chloroplasts and mitochondria like bodies occur in living mature leaf cells. In contrast, other electron micrographs can be interpreted as showing that mitochondria do not arise from chloroplasts, and that the cinephotographic observations refer to pre-existing mitochondria that have been enclosed previously by the deformable chloroplast. Electron micrographs of developing cells, in which the number of organelles increases, do not support the possibility of interconversions of organelles in young cells. To the contrary, the data for the young cells suggest that both organelles undergo divisions, supporting the view that the organelles are autonomous bodies. Some of the difficulties of correlating and interpreting electron microscope and light microscope observations of the same events are stressed.
Organelle
Electron micrographs
Cite
Citations (21)
Arabidopsis thaliana possesses 5 eubacteria-derived and nuclear-encoded genes, AtFtsZ1-1, AtFtsZ2-1, AtFtsZ2-2, AtMinD1, and AtMinE1, which are involved in chloroplast division. AtMinE1 is a homologue of the eubacterial septum site-determining factor minE. It has been demonstrated that the overexpression of AtMinE1 in Arabidopsis leads to the disruption of chloroplast division. To further confirm the role of AtMinE1 in chloroplast division, we newly constructed antisensetransgenic Arabidopsis plants with 3 to 4 fold reduced AtMinE1 expression. Chloroplasts of these lines were reduced in number, but individually enlarged, which indicates retarded chloroplast division. The results of this study demonstrate the requirement for a proper level of AtMinE1 expression, for normal control of chloroplast division.
Cite
Citations (8)
尽管高活动性组 B (HMGB ) 蛋白质被识别了从许多在对改变环境条件的植物回答的植物种类，他们的重要性和功能的角色大部分是未知的。这里，我们调查了在对环境刺激的植物回答从黄瓜(Cucumis sativus L.) 孤立的 CsHMGB 的功能的角色。在正常生长条件下面或当使遭到了到冷应力时，在植物生长的差别都没在表示 CsHMGB 上在野类型、转基因的 Arabidopsis thaliana 之间被发现。由对比，当在高盐或脱水压力条件下面成长时，转基因的 Arabidopsis 植物与野类型的植物相比显示了延迟的萌芽。转基因的植物的萌芽被 abscisic 酸(骆驼毛的织物) 的增加推迟，暗示 CsHMGB 影响通过一个骆驼毛的织物依赖者方法的萌芽。CsHMGB 的表示影响了仅仅萌芽阶段，并且 CsHMGB 没在压力条件下面影响转基因的植物的幼苗生长。几萌芽应答的基因的抄本层次被 CsHMGB 的表示在 Arabidopsis 调制。总起来说，这些结果建议在 Arabidopsis 的 CsHMGB 的那宫外的表情调制几萌芽应答的基因的表示，并且从而在不同压力条件下面影响 Arabidopsis 植物的萌芽。
Cucumis
Drought stress
Cite
Citations (1)
Research Article: The effects of aluminum toxicity on the protein expression of Arabidopsis thaliana
Wild type and mutant Arabidopsis thaliana plants were used to investigate the protein expression of plants exposed to elevated concentrations of aluminum. Plants were grown in a growth chamber at 25°C, 16-hour day, and 8-hour dark for eight weeks before subjecting them to different concentrations of AlCl3 solution. Time course experiments showed that Arabidopsis plants respond to aluminum toxicity by altering their protein expression. Our data indicate that aluminum toxicity caused Arabidopsis plants to express a protein in the range of 97 kD, and a medium-molecular weight protein in the range of 45 kD. Our data also indicate that responses by Arabidopsis plants to Al toxicity are not similar to responses to stresses that cause the induction of HSP70.
Cite
Citations (1)
Abstract: Polyclonal antisera against a fusion protein of β‐galactosidase and the 20 C‐terminal amino acids of the Arabidopsis thaliana sucrose carrier AtSUC2 were used to determine the cellular localization of the AtSUC2 protein. Using fluorescence‐labelling on sections from different organs of Arabidopsis the AtSUC2 protein was immunolocalized exclusively in companion cells. The presented data indicate that phloem loading in Arabidopsis may be catalyzed by the AtSUC2 sucrose carrier which transports sucrose into the companion cells. No evidence for a participation of the second Arabidopsis sucrose transporter AtSUC1 has been obtained.
Polyclonal antibodies
Cite
Citations (266)
Ozet. Arabidopsis thaliana (Arabidopsis)’nin kromozom sayisinin az olmasi, bu bitkinin genetik yapisinin diger bitki turlerine gore daha kolay calisilmasina olanak saglamakta, ayrica diger bitkilerde patojenlere karsi gozlenen ana savunma mekanizmalari bu bitkide de bulunmaktadir. Bu acidan, konukcu bitkilerin patojen saldirilarina karsi savunma mekanizmalarini calisma konusunda Arabidopsis bitkisi ideal bir model sistem olusturmaktadir. Bu derlemenin amaci, patojenlere karsi bitki savunma mekanizmasinin genetigini anlamada Arabidopsis’in bir sablon olarak nasil kullanildigini, bitki ekotiplerinin patojen izolatlarina karsi gosterdigi farkliliklari (duyarlilik ve dayaniklilik) ortaya koyacak inceleme metodlarini aciklamaktadir. Anahtar Kelimeler: Arabidopsis thaliana, Peronospora parasitica, hastaliklara dayaniklilik, mutant bitkiler A Model Plant In Host-Pathogen Interaction: Arabidopsis thaliana Abstract. Because of its small genome, genetic studies are performed easier in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) compared to other plants and it exhibits all of the major kinds of defense responses described in other plants. Thus, Arabidopsis provides to be an ideal model system for studies of host defense responses to pathogen attack. This review details methods to isolate and utilize phytopathogens useful as probes in understanding the genetics of plant defense responses in Arabidopsis. As well, it will be defined how screening systems can be set up to detirmine differential responses (resistance and susceptibility) of Arabidopsis ecotypes to pathogen isolates. Key Words: Arabidopsis thaliana, Peronospora parasitica, disease resistance, mutant plants
Cite
Citations (0)
The article presents a study on the mutual influence of mutant genes in productivity of Arabidopsis plant ( Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.), in different growing models of plant communities. It is shown that under the joint cultivation of five genetically pure lines of Arabidopsis is occurring mutual inhibition and aid, which leads decreasing or increasing of seed production plants.
Cite
Citations (0)
[Objective]The aim was to study the action mode of high mobility group B(HMGB)proteins of higher eukaryotic cells in the transcriptional regulation of plant stress responses.[Method]The At2G33450 gene encoding AT2G34450 protein in Arabidopsis thaliana was cloned.Then,binary vectors carrying the gene were transformed into Arabidopsis thaliana and the over-expression strains were selected to detect the influences of environmental stimuli on transgenic Arabidopsis.[Result]Under salt or drought stress,the transgenic Arabidopsis plants which over-expressed At2G33450 displayed retarded germination and subsequent growth compared with wild-type plants.[Conclusion]At2G33450 protein of HMGB protein family played an important role in the growth and development of Arabidopsis plants under various stress conditions.
Heterologous expression
Heterologous
Cite
Citations (0)
Η καρβονική ανυδράση (EC: 4.2.1.1) αποτελεί ένα από τα πλέον διαδεδομένα ένζυμα, που καταλύει την αλληλομετατροπή CΟ₂ και HCΟ₃⁻. Απαντά σε οργανισμούς και των τριών κλάδων της εξέλιξης, στους οποίους εμφανίζεται με τη μορφή πέντε τουλάχιστον τύπων, των α-, β-, γ-, δ και ζ. Τα ένζυμα των πέντε αυτών κατηγοριών δεν παρουσιάζουν ομολογία μεταξύ τους, γεγονός που υποστηρίζει την ανεξάρτητη εξελικτική τους πορεία. Ωστόσο, χαρακτηρίζονται από έναν κοινό μηχανισμό κατάλυσης, με το ενεργό του κέντρο να διαμορφώνεται από ένα σύμπλοκο μετάλλου, κυρίως ψευδαργύρου. Τα ένζυμα της κάθε κατηγορίας συνδέονται, σε γενικές γραμμές, με συγκεκριμένη ομάδα οργανισμών. Παρόλα αυτά υπάρχουν και περιπτώσεις, όπως τα φυτά, που διαθέτουν περισσότερους του ενός τύπους των καρβονικών ανυδρασών. Στο Arabidopsis thaliana, ένα C3 φυτικό μοντέλο, η in silico ανάλυση είχε ως αποτέλεσμα την αναγνώριση δεκαεννέα γενετικών τόπων, οι οποίοι κωδικοποιούν, πιθανώς, για καρβονικές ανυδράσες των τριών πρώτων τύπων. Ειδικότερα, έξι από αυτούς αντιπροσωπεύουν β-τύπου ισοένζυμα, χαρακτηριστικά, άλλωστε, των φυτικών οργανισμών. Το γεγονός ότι και οι έξι αυτοί γενετικοί τόποι αντιπροσωπεύονται στις βάσεις δεδομένων από EST, υποδεικνύει τη δυνατότητα έκφρασής τους σε μεταγραφικό επίπεδο. Τα κωδικοποιούμενα πολυπεπτίδια παρουσιάζουν υψηλή ομολογία μεταξύ τους, η οποία ελαττώνεται μόνο στο 5’ και 3’ άκρο τους. Μεταξύ αυτών, τρία φαίνεται πως δραστηριοποιούνται στο κυτταρόπλασμα, δύο κατευθύνονται στους χλωροπλάστες και ένα έχει μιτοχονδριακή τοπολογία. Η RT-PCR ανάλυση με τη χρήση εξειδικευμένων εκκινητών αποκάλυψε την παρουσία μεταγραφημάτων των έξι γενετικών τόπων σε όλα τα επιμέρους όργανα του Arabidopsis, γεγονός που, μεταξύ άλλων, συνηγορεί υπέρ της δυνατότητάς τους να μεταγράφονται σε mRNA. Ωστόσο, τα διαφοροποιημένα πρότυπα έκφρασης, που παρουσιάζουν, αποτελούν ενδεχομένως ένδειξη των διακριτών ρόλων που επιτελούν στον φυτικό αυτό οργανισμό. Η καρβονική ανυδράση εμπλέκεται σε πλήθος φυσιολογικών διαδικασιών των ευκαρυωτών, όπως η αναπνοή, η φωτοαναπνοή, η νεογλυκογένεση, η λιπογένεση και η φωτοσύνθεση, με διαφορετικούς, σε κάποιες περιπτώσεις, βιοχημικούς ρόλους στα C3 και C4 φυτά. Στα πρώτα, δραστηριοποιείται, κυρίως, στους χλωροπλάστες των φύλλων όπου συμβάλλει στη διατήρηση της παροχής CΟ₂ στο βασικό ένζυμο της φωτοσύνθεσης των C3 φυτών, τη Rubisco. Στα C4 φυτά, το μεγαλύτερο μέρος της βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα κυττάρων του μεσοφύλλου. Στην περίπτωση αυτή συμβάλλει στον εφοδιασμό της PEPC με το κατάλληλο για τη δράση της υπόστρωμα, δηλαδή τα HCΟ₃⁻, καθιστώντας αποτελεσματικότερη τη δέσμευση του CΟ₂ από την ατμόσφαιρα και τον εγκλωβισμό του στο εσωτερικό των φύλλων. Επιπλέον, πρόσφατα αναφέρθηκε η δράση της καρβονικής ανυδράσης στο lumen των θυλακοειδών ανώτερων φυτών η οποία φαίνεται ότι συνδέεται με τη λειτουργία του φωτοσυστήματος II. Ωστόσο, εκτός από την εμπλοκή του στη φωτοσύνθεση, το ένζυμο αυτό φαίνεται ότι επιτελεί και ρόλους ανεξάρτητους της παραπάνω διαδικασίας. Ένας από αυτούς σχετίζεται με τον μεταβολισμό των λιπαρών οξέων τόσο κατά τη διαδικασία της λιπογένεσης στα αναπτυσσόμενα έμβρυα όσο και κατά τη διακίνηση των ανθρακικών τους αποθεμάτων. Ο ρόλος αυτός εξυπηρετεί την εδραίωση των νεαρών εκφύτων κατά το λεγόμενο «μεταβατικό στάδιο» από την ετερότροφη ανάπτυξη στον φωτοαυτότροφο μεταβολισμό. Άλλοι πιθανοί ρόλοι σχετίζονται με διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα σε μέρη του κυττάρου πέρα από τους χλωροπλάστες, όπως το κυτταρόπλασμα και τα μιτοχόνδρια. Στην πρώτη περίπτωση οι καρβονικές ανυδράσες εμπλέκονται, κυρίως, στη διατήρηση της ισορροπίας μεταξύ των δύο ανόργανων μορφών άνθρακα ενώ στη δεύτερη με την ανακύκλωσή τους για τον εφοδιασμό και την αποτελεσματικότερη αφομοίωση του CΟ₂ στους χλωροπλάστες. Αξιοποιώντας το πλήθος των βιβλιογραφικών αναφορών που σχετίζονται με τις β- καρβονικές ανυδράσες, διερευνήσαμε περαιτέρω τον ρόλο τους στο φυτό Arabidopsis thaliana. Για τον σκοπό αυτό μελετήθηκε αρχικά η χωροταξική κατανομή μεταγραφήμάτων των έξι βAtca γονιδίων μέσω του in situ RNA-RNA υβριδισμού σε εγκάρσιες τομές βλαστών, χεδρώπων και ανθέων. Η επιλογή φυτικών οργάνων με διαφορετική φωτοσυνθετική ικανότητα στόχευε στη διερεύνηση της εμπλοκής των εν λόγω ενζύμων τόσο σε φωτοσυνθετικές όσο και, πιθανά, σε μεταβολικές διαδικασίες των φυτών. Η παραπάνω μελέτη αποκάλυψε, σε γενικές γραμμές, αλληλοεπικαλυπτόμενα χωροταξικά πρότυπα έκφρασης των έξι γονιδίων, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί σε πιθανή συνεργιστική δράση των β-καρβονικών ανυδρασών στο Arabidopsis.. Επιπλέον, μελετήθηκε η in vitro λειτουργικότητα της μιτοχονδριακής βAtCA4 μέσω ετερόλογης έκφρασής της σε βακτηριακό σύστημα Escherichia coli. Η βAtCA4 είναι η μόνη από τα έξι β-τύπου ισοένζυμα στο Arabidopsis η οποία δεν φαίνεται να συμπληρώνει λειτουργικά μεταλλαγμένο στέλεχος της ζύμης Saccharomyces cerevisiae, ως προς τις β-καρβονικές ανυδράσες, υπό αερόβιες συνθήκες. Μετά την έκφρασή της στο παραπάνω ετερόλογο βακτηριακό σύστημα η ανασυνδυασμένη πρωτεΐνη απομονώθηκε με χρωματογραφία χημικής συγγένειας και ελέγχθηκε λειτουργικά με μετρήσεις ενζυμικής δραστικότητας μέσω φωτομετρικού προσδιορισμού. Οι δοκιμές δραστικότητας πραγματοποιήθηκαν έναντι υποστρώματος NaHCΟ₃ απ’ όπου διαπιστώθηκε η ικανότητα της ανασυνδυασμένης βAtCA4 να δεσμεύει δικαρβονικά ιόντα. Η ανάλυση της κινητικής του ενζύμου έναντι διάφορων συγκεντρώσεων του παραπάνω υποστρώματος αποκάλυψε ότι αυτή ακολουθεί το μοντέλο των Michaelis-Menten. Από τον προσδιορισμό της κινητικής σταθεράς Km και του λόγου kcat/Km προέκυψε ότι η ExAtCA4 επιδεικνύει μικρή συγγένεια και αποδοτικότητα έναντι των HCO₃⁻. Για τη διερεύνηση πιθανών φυσιολογικών ρόλων των β-καρβονικών ανυδρασών που κωδικοποιούνται από τα γονίδια Atca1, Atca3, Atca4 και Atca5 χρησιμοποιήθηκαν ομόζυγες Τ-DNA μεταλλαγμένες σειρές. Αυτές εξετάστηκαν φαινοτυπικά και διαπιστώθηκε ο βαθμός κατά τον οποίο η μερική ή πλήρης απώλεια της δραστηριότητας καθενός από τα παραπάνω ένζυμα επηρεάζει τη μορφολογία των φυτών Arabidopsis. Εκτός από τις ομόζυγες μεταλλάξεις, μελετήθηκε και μια πιθανότατα μηδενική (null) μετάλλαξη του Atca3 γονιδίου, η οποία φαίνεται ότι παρουσιάζει θνησιγενή φαινότυπο με μορφολογικές και χρωματικές αλλοιώσεις σε έμβρυα και νεαρά φυτάρια. Οι αλλοιώσεις αυτές φαίνεται να διατηρούνται στα τέσσερα διαδοχικά γενετικά υπόβαθρα που μελετήθηκαν. Ωστόσο, τα ποσοστά τους εμφανίζονται διαφοροποιημένα μεταξύ των διαφόρων γενεών, γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι οι παρατηρούμενοι θνησιγενείς φαινότυποι αποτυπώνονται μόνο μερικώς στο γονιδίωμα των απογόνων της μετάλλαξης αυτής. Η ανάπτυξη ετερόζυγων μεταλλαγμένων φυτών σε θρεπτικά υποστρώματα διαφορετικής συγκέντρωσης σακχαρόζης και υπό συνθήκες χαμηλής έντασης φωτός δεν κατέστη δυνατό να αποκαταστήσει την επιβίωση των ομόζυγων φυτών. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει έναν πιθανώς μεταβολικό παρά φωτοσυνθετικό ρόλο του Atca3 γονιδίου κατά τα στάδια της εδραίωσης των νεαρών φυτών. Για την καλύτερη κατανόηση του ρόλου των τεσσάρων παραπάνω καρβονικών ανυδρασών επιχειρήθηκε επαγωγή όσο το δυνατό εντονότερων φαινοτυπικών διαφοροποιήσεων μεταξύ αγρίου τύπου και μεταλλαγμένων φυτών. Αυτό κατέστη δυνατό με την εφαρμογή περιβαλλοντικών συνθηκών καταπόνησης όπως η ώσμωση, η αλατότητα, οι φυτικές ορμόνες (ΑΒΑ και ΙΑΑ) και τα αντιβιοτικά (CHY). Ακολούθως, καταπονημένα και μη φυτά εξετάστηκαν ως προς τον φαινότυπο και τη μεταγραφική συμπεριφορά των τεσσάρων βAtca γονιδίων. Από τη σύνθεση των αποτελεσμάτων, που προέκυψαν, φαίνεται ότι τα εν λόγω ένζυμα εμπλέκονται σε ένα μεγάλο εύρος φυσιολογικών λειτουργιών του Arabidopsis και, ενδεχομένως, σε μηχανισμούς απόκρισης των φυτών σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι ρόλοι που αποδίδονται στα τέσσερα αυτά ισοένζυμα φαίνεται ότι σχετίζονται με τις εξειδικευμένες λειτουργίες που επιτελούν τα διάφορα κυτταρικά διαμερίσματα στα οποία δραστηριοποιείται καθένα από αυτά.
Cite
Citations (0)