Cytokinin-induced photomorphogenesis in dark-grown Arabidopsis: a proteomic analysis

0320007 - ÚEB 2009 RIV GB eng J - Článek v odborném periodiku
Lochmanová, G. - Zdráhal, Z. - Konečná, H. - Koukalová, Š. - Malbeck, Jiří - Souček, Přemysl - Válková, M. - Kiran, N.S. - Brzobohatý, Břetislav
Cytokinin-induced photomorphogenesis in dark-grown Arabidopsis: a proteomic analysis.
[Vliv cytokininů na fotomorfogenesi rostlin Arabidopsis rostoucích ve tmě: proteomická analýza.]
Journal of Experimental Botany. Roč. 59, č. 13 (2008), s. 3705-3719. ISSN 0022-0957. E-ISSN 1460-2431
Grant CEP: GA MŠMT(CZ) LC06034; GA MŠMT 1M06030; GA AV ČR IAA600040701; GA AV ČR IAA600040612
Výzkumný záměr: CEZ:AV0Z50040507; CEZ:AV0Z50040702; CEZ:AV0Z50380511
Klíčová slova: Arabidopsis thaliana * cytokinin * 2D electrophoresis * photomorphogenesis * proteome
Kód oboru RIV: ED - Fyziologie
Impakt faktor: 4.001, rok: 2008

High concentrations of cytokinins (CKs) in the cultivation medium can induce partial photomorphogenesis in dark-grown Arabidopsis seedlings. However, no significant increases in endogenous CK levels have been found in de-etiolated mutants, suggesting that either parallel pathways are involved in the light and CK responses, or changes in the sensitivity to CKs occur during photomorphogenesis. Here it is shown that even modest increases in endogenous CK levels induced by transgenic expression of the CK biosynthetic gene, ipt, can lead to many typical features of light-induced de-etiolation, including inhibition of hypocotyl elongation and partial cotyledon opening. In addition, significant changes in expression of 37 proteins (mostly related to chloroplast biogenesis, a major element of light-induced photomorphogenesis) were detected by image and mass spectrometric analysis of two-dimensionally separated proteins. The identified chloroplast proteins were all up-regulated in response to increased CKs, and more than half are up-regulated at the transcript level during light-induced photomorphogenesis according to previously published transcriptomic data. Four of the up-regulated chloroplast proteins identified here have also been shown to be up-regulated during light-induced photomorphogenesis in previous proteomic analyses. In contrast, all differentially regulated mitochondrial proteins (the second largest group of differentially expressed proteins) were down-regulated. Changes in the levels of several tubulins are consistent with the observed morphological alterations. Further, 10 out of the 37 differentially expressed proteins detected have not been linked to either photomorphogenesis or CK action in light-grown Arabidopsis seedlings in previously published transcriptomic or proteomic analyses.

Vysoká koncentrace cytokininů (CK) v kultivačním mediu může indukovat částečnou fotomorfogenezi klíčních rostlin Arabidopsis rostoucích ve tmě. Vzhledem k tomu, že v de-etiolovaných mutantech nebylo pozorováno žádné signifikantní zvýšení endogenních CK, je možné, že odezvy vůči světlu a vůči CK probíhají po paralelních drahách. Dalším vysvětlením může být, že během fotomorfogeneze dochází ke změně citlivosti vůči CK. Dokonce i mírné zvýšení hladin endogenních CK indukované expresí genu pro biosyntézu CK, ipt, vedlo k mnoha typickým znakům de-etiolace indukované světlem, včetně inhibice prodlužování hypokotylu a částečného rozevření děloh. Pomocí 2D-elektroforézy a hmotové spektrometrie byly detekovány signifikantní změny v tvorbě 37 proteinů (převážně spojených s biogenezí chloroplastů, hlavního elementu fotomorfogeneze indukované světlem). Zvýšená hladina CK vedla ke zvýšení množství chloroplastových proteinů, z nichž více než polovina byla stimulována na transkripční úrovni během fotomorfogeneze indukované světlem. Čtyři ze stimulovaných chloroplastových proteinů, které byly identifikovány, byly také indukovány během světlem vyvolané fotomorfogeneze. Všechny rozdílně regulované mitochondriální proteiny (druhá největší skupina odlišně exprimovaných proteinů) byly sníženy. Změny v hladinách několika tubulinů korelovaly s pozorovanými morfologickými změnami. Dále, 10 z 37 odlišně exprimovaných proteinů nemělo žádný vztah ani k fotomorfogenezi ani k působení CK v klíčních rostlinách Arabidopsis, které rostly na světle.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0169001