Flagellin, kitosan ve absisik asit`in stoma kapanması ve anyon kanalları üzerine etkisi

Abstract

Bitkiler, doğal yaşam alanlarında birçok potansiyel patojenik mikroorganizmanın tehdidi ile karşı karşıyadır. Bitki hücreleri temel savunma yanıtları yürüterek, bu mikroorganizmaların çoğunluğundan kendilerini korurlar. Bu korunma mekanizmalarından biri, patojenlerin girişini engelleyen yaprak yüzeyinde bulunan stoma açıklıklarının kapanmasıdır. Stoma kapanması plazma membranındaki reseptör proteinler tarafından tanınan oldukça iyi korunmuş Mikrop-İlişkili Moleküler Örüntüler (MİMÖler) tarafından tetiklenir. MİMÖ reseptörleri erken bir aşamada, plazma membran iyon taşıma aktivitesi ve elektrik sinyallerindeki değişiklikleri de içeren, çok sayıda yanıtı uyarır. Ancak bu yanıtların altında yatan moleküler mekanizmalar henüz aydınlatılamamıştır. Bu çalışmada, yanıtların moleküler mekanizmasının anlaşılması ve onların Absisik asit (ABA) sinyali ile ilişkisi mikroelektrodlar ve non-invazif nano-infüzyon teknikleri kullanılarak çalışıldı. Öncelikle, stoma kapanması açık stoma aracılığıyla stoma altı boşluğundan kitosanın nano-infüzyonu ile uyarıldı. Stoma kapanmasına neden olan MİMÖ'den fungal elisitör kitosanın bütünlüğü bozulmamış arpa bitkisinin stoma bekçi hücrelerinde plazma mebran anyon kanallarını aktivite ettiği gösterildi. Bütünlüğü bozulmamış Arabidopsis yapraklarında stoma bekçi hücreleri bakteriyel elisitör flg22 veya stres hormonu ABA ile uyarıldı. Flg22'nin nano-infüzyonu 17 dakikalık bir geçikme süresinden sonra stoma kapanmasını uyardı. ABA çok benzer bir yanıtı tetikledi fakat 7 dakikalık bir geçikme süresiyle. Flg22 ve ABA'nın stoma yanıtlarındaki benzerliklerden dolayı her iki sinyal yolağının mutantları çalışıldı (ost1-2 = Open Stomata 1, abi1-1= ABscisic acid Insensitive 1). Mikro-elektrot teknikler kullanılarak, bekçi hücrelerinde flg22'nin SLAC1 ve SLAH3 anyon kanallarının her ikisinide uyardığı gösterildi. Bu çalışmanın sonuçlarına göre, flg22 ve ABA sinyallerinin ilk basamaklarının farklı olduğu, ancak yolakların OST1 protein kinaz seviyesinde birleştiği ve SLAC1 ve SLAH3'ün aktivasyonuna neden olduğu gösterildi.

In their natural environment, plants are facing the threat of a multitude of potential pathogenic microorganisms. Plant cells protect themselves to the majority of these microorganisms, by executing basal defense responses. This is one of the mechanisms of protection, which prevents the entry of pathogens closure of stomatal pores on the surface of leaf. Stomatal closure is triggered by well-conserved Microbe-Associated Molecular Patterns, which are recognized by receptor proteins in the plasma membrane. MAMP receptors are provoking a multitude of responses, including changes in ion transport activity and electrical signals at the plasma membrane, at an early stage. However, the molecular mechanisms underlying these responses remains unclear. In these study, understanding the molecular mechanisms of these responses and its interrelation with the Abscisic acid (ABA) signalling, was studied with microelectrodes and non- invasive nano-infusion techniques. Primarily, stomatal closure was induced by nano-infusion of chitosan via open stomata into the substomatal cavity. We could show that the MAMP fungal elicitor chitosan activates plasma membrane anion channels in guard cells of intact barley, which leads to stomatal closure. Stoma guard cells in intact Arabidopsis leaves were either stimulated with the bacterial elicitor flg22, or with the stress hormone ABA. Nano-infusion of flg22 induced stomatal closure after lag time 17 min. ABA triggered a very similar response, but the lag time 7 min. Because of the similarities in stomatal responses to flg22 and ABA, we studied mutants of both signaling pathways (ost1-1= Open Stomata 1, abi1=ABscisic acid Insensitive 1). Using micro- electrode techniques, we could show that flg22 stimulates both SLAC1 and SLAH3 anion channels in guard cells. According to results of this study, the initial steps in flg22- and ABA signaling are different, but pathways they merge at level of OST1 protein kinaz and lead to activation of SLAC1 and SLAH3.