Study of the indicatory role of the nitrogen metabolism enzyme glutamine synthetase in wheat exposed to abiotic stress
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Department of Plant Biology (University of Szeged)
Participants
Bödör, Ferenc Bóna, Lajos Labádi, Imre Vashegyi, Ágnes Zsoldos, Ferenc
Starting date
2004-01-01
Closing date
2008-12-31
Funding (in million HUF)
10.062
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A szárazságstressz és a savas talajokon fellépő alumínium toxicitás élettani hátterét vizsgáltuk. A gabonafélék fakultatív metabolikus változásokkal reagálnak a kedvezőtlen körülményekre, ennek hatása a C/N anyagcserében is megjelenik. A glutamin szintetáz (GS, EC 6.3.1.2) izoenzimeinek arány és aktivitás változását megmérve igazoltuk feltételezett stressz-indikátor szerepét. Az izoenzimek aktivitásváltozása meghatározott élettani folyamatokat tükröz. A C3-as növények levelében a legnagyobb mennyiségben levő fehérjét, a Rubisco-t párhuzamosan mérve kimutattuk ennek a „N raktárnak” a lebontását, a N-remobilizálódást. Az enzim jól jelezte, hogy a magfeltöltődés idején alkalmazott szárazságstressz felgyorsítja a szeneszcenciát a fiatalabb levelekben ill. a zászlóslevélben a kevésbé toleráns fajtákban: az asszimiláló „source” jelleg átalakul degradatív „source”-szá.
Az alumínium stressz tolerancia egyik növényekben leírt módja az Al szerves ligandumokhoz kapcsolása, komplexálása. A glutamin szintetáz szerkezetében két eltérő affinitású fémkötő helyet találunk, melyek az enzim katalitikus és strukturális tulajdonságait határozzák meg. A szerves Al(III)-komplexek jelenlétében felvett kinetikai görbék értékelésével az Al toxikus hatásának a mértéke meghatározható. Kimutattuk, hogy alumíniummal kezelt és ezt követően izolált GS enzim specifikus fémkötő helyeinek egyikét az Al elfoglalja, és serkenti a GS aktivitását.
Results in English
The project dealt with drought and soil-borne aluminium toxicity. Cereals respond with facultative metabolic changes to these unfavourable conditions. Measuring the ratio and activity of isoforms of glutamine synthetase (GS, EC 6.3.1.2) the supposed indicatory role of this enzyme was proved. Changes in activity of GS isoforms reflect well-defined physiological processes. Rubisco is the major protein of leaves of C3 plants. The breakdown of this protein pool, the mobilization of N was detected too. The drought stress during the grain filling period initiated senescence in the younger leaves (and in flag leaf) and accelerated it in the older ones as GS indicated: the leaves converted from assimilatory source into degradative source in case of less tolerant wheat cultivars. There is an increasing gradient of GS activity and of the protein content in the series of leaves from the older towards the younger ones. In case of tolerance only the slope of this gradient increases, but in case of sensitivity the gradient breaks. Al resistance can be achieved by mechanisms that facilitate Al exclusion from cells and mechanisms that confer the ability of plants to tolerate Al in the symplast. Eukaryotic GS requires two divalent metal ions per subunit for activity, which makes GS a potential target of metal stress. The Al from an organic metal complex is able to activate GS, Al becomes bound to the polypeptide structure of the GS molecule, occupying one of the specific metal binding sites.
Fábián A; Zsoldos F; Vashegyi Á; Bóna L; Pécsváradi A: Experiments on posttranslational regulation of glutamine synthetase activity, In: 7th International Symposium on Inorganic Nitrogen Assimilation. Wageningen – The Netherlands: 2004. p: 69, 2004
Zsoldos F; Vashegyi Á; Pécsváradi A; Bóna L: Influence of phosphate supply on aluminium toxicity cereal species, Cereal Res Commun 32: 509-516, 2004
Pécsváradi A; Vashegyi Á; Hadár E; Varga B; Bóna L; and Zsoldos F: Response of rice seedlings to aluminium stress with varying phosphate supplies., Acta Biol. Szeged., 49: 107-109., 2005
Pécsváradi A., Nagy Z., Vashegyi Á., Labádi I., Galbács G. and Zsoldos F.: Chloroplastic glutamine synthetase is activated by direct binding of aluminium, Plant Physiol. Biochem. (submitted), 2008
Guóth A., Tari I., Gallé Á., Csiszár J., Pécsváradi A., Cseuz L. and Erdei L.: Drought response strategies under grain filling in wheat. Changes in physiological parameters, ABA levels and grain yield, Physiol. Plant. (in preparation), 2008
Pécsváradi A., Varga A., Guóth A., Gallé Á., Zsoldos F., Bóna L. and Erdei L.: Drought response strategies under grain filling in wheat. Indicatory role of glutamine synthetase, Physiol. Plant. (in preparation), 2008
