Növényi elektrofiziológiai mérések alkalmazása a NO és az alacsony extracelluláris kálium tartalom sztómaműködésben betöltött szerepének feltárásában
Angol cím
Application of electrophysiological recordings inplant cells in order to reveal the role of NO and low extracellular potassium levels in stomatal function
zsűri
Növénytermesztés, állattenyésztés
Kutatóhely
Növénybiológiai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem)
projekt kezdete
2005-01-01
projekt vége
2009-12-31
aktuális összeg (MFt)
9.464
FTE (kutatóév egyenérték)
2.16
állapot
lezárult projekt
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Ifjúsági OTKA pályázatom kutatási célja a növényi zárósejtek működésének és szabályozásának mélyebb megértése volt. Arra kerestem a választ, hogy a zárósejtek befelé egyenirányító kálium csatornájának (KAT1) aktivitását a drasztikusan csökkenő extracelluláris kálium tartalom hogyan befolyásolja. A német kutatópartnerrel együttműködve KAT1-pEGFP-N2 plazmidot HEK293 heterológ expressziós rendszerbe transzfektáltunk, és a csatornaáramot whole-cell üzemmódban detektáltuk. Megállapítottuk, hogy a KAT1 áram redukciója nem a kapuzás megváltozásával, hanem a működő csatornák számának csökkenésével áll összefüggésben. A folyamat élettani fontossága a szubmillimoláris külső kálium koncentráció esetén a kálium kiszivárgás megakadályozásában rejlik.
A kutatásom második felében a nitrogén monoxid (NO) hatását vizsgáltam a zárósejtek membrántranszportja és fotoszintézise tekintetében. Megállapítottam, hogy a homotetramer KAT1 csatorna közvetlenül, még a magas (100 μM) NO koncentráció esetén sem inaktiválódik. A NO közvetített Ca2+-függő szabályozási út a KAT1 homotetramer esetén nem érvényesül.
Intakt borsó levelek fotoszintézisének vizsgálatával megállapítottam, hogy a NO a primér töltésszeparációt a QA és QB kötőhely közötti vashoz kapcsolódva in vivo lassítja, gátolja a QA- és a vízbontó komplex S2 állapota közötti töltésrekombinációt. Sejtszintű klorofill fluoreszcencia indukció mérésével zárósejtekben is igazoltam a NO lineáris elektrontranszportlánc gátló hatását.
kutatási eredmények (angolul)
The scientific goal of my junior OTKA tender was to further understand the function and regulation of guard cells. I examined how the activity of a potassium inward rectifier channel of guard cells (KAT1) is influenced by the drastically decreasing extracellular potassium content. Co-operating with the German research partner, KAT1-pEGFP-N2 plasmids were transfected into HEK293 cells, and the channel currents were recorded in the whole-cell mode. Our results indicate that the reduction of KAT1 current is not related to the gating mechanism, but to the reduction of the number of functional channels. The physiological role of the process in case of submillimolar external potassium resides in the arrest of potassium leaking.
In the second part of my research, the influence of nitric oxide (NO) on guard cell membrane transport and photosynthesis was tested. I found that the homotetramer KAT1 channel does not inactivate even at high (100 μM) NO concentrations. The NO mediated Ca2+-dependent pathway does not prevail in the case of KAT1 homotetramer.
Investigation of the photosynthesis of intact pea leaves showed that NO slows down the charge separation in vivo by binding to the iron between QA and QB binding site, and impedes charge recombination of QA- with the S2 state of the water-oxidizing complex. Inhibiting effect of NO on electron transport chain was also confirmed in guard cells by the measurement of chlorophyll fluorescence induction at cellular level.
B. Hertel, F. Horváth, B. Wodala, A. Hurst, A. Moroni, G. Thiel: KAT1 inactivates at sub-millimolar concentrations of external potassium, Journal of Experimental Botany, 2005
Horváth F.: A nitrogén monoxid szerepe a sztómaműködés szabályozásában., 37. Membrán-Transzport Konferencia, Sümeg 2007. május 22-25., 2007
B Wodala, Zs Deak, I Vass, L Erdei, I Altorjay, F Horvath: In vivo target sites of NO in photosynthetic electron transport as studied by chlorophyll fluorescence in pea leaves, Plant Physiology, 146: 1920-1927, 2008
Attila Ördög, Barnabás Wodala, Ferenc Horváth: Investigating the role of potassium channel KAT1 in NO mediated stomatal closure, Acta Biol Szeged, 52(1):163-165, 2008
Barnabás Wodala, Ferenc Horváth: The effect of exogenous NO on PSI photochemistry in intact pea leaves, Acta Biol Szeged, 52(1):243-245, 2008
