Praca doktorska
Ładowanie...
Rola NtZIP11 i NtNramp3 w akumulacji Zn w liściach tytoniu
| dc.abstract.en | Zinc is a microelement necessary for the proper growth and development of plants, but its excess is toxic. In tobacco (Nicotiana tabacum var. Xanthi) a strategy of tolerance to high concentrations of this metal in the soil has been described. Zinc excess was accumulated only in the "Zn-accumulating cells" of the mesophyll of the leaf blades. Therefore, when plants were exposed to high concentrations of zinc, its amount in neighbouring "non-accumulating cells" remained low. This enabled the proper functioning of both - the tissue and the organ - and consequently, a plant as a whole against the toxic effects of zinc excess. The molecular mechanisms underlying this process have not yet been revealed. The study aimed to characterize the genes initially classified as NtNRAMP3 and NtZIP11 and to verify the hypothesis of their involvement in the accumulation of zinc in the " Zn-accumulating cells" of tobacco leaf mesophyll. It has been shown that the NtZIP11 gene encodes a plasma membrane-localised protein, which consists of eight transmembrane domains and catalyses zinc uptake. The role of NtZIP11 is cell-specific regulation of the homeostasis of this metal and depends on its availability in the medium. Based on the histochemical detection of the GUS protein under the control of the NtZIP11 promoter, it was demonstrated that at the control conditions, NtZIP11 is involved in supplying all leaf tissues and all tissues of the middle part of the root except the epidermis with zinc. In the presence of a high concentration of zinc, NtZIP11 protein plays a role in loading its excess into the " Zn-accumulating cells" of the leaf mesophyll. This was concluded based on the similarity of the pattern of tissue-specific NtZIP11 expression (activity of the NtZIP11 promoter in groups of palisade parenchyma cells of the leaf blade; GUS histochemical staining) to the pattern of zinc accumulation (accumulation of high concentrations in groups of "Zn-accumulating cells"; detection with the fluorophore Zinpyr-1). Shortening the NtZIP11 promoter sequence from 1922 to 807 base pairs (long and short NtZIP11 promoter sequence, respectively) showed that the key elements for the regulation of its expression may be IDE2, ABRE, TGA-box, LTR or other unidentified motifs. Their absence within the promNtZIP11shortsequence almost eliminated NtZIP11 expression. The second protein - NtNRAMP3 is composed of twelve transmembrane domains, localizes in the cell membrane and catalyses the uptake of cobalt, iron, manganese, cadmium, copper, nickel and zinc. NtNRAMP3 is involved in the regulation of metal homeostasis specifically under control conditions, as indicated by its high expression level under these conditions and its downregulation (i) at iron, manganese, cobalt or copper deficiency, (ii) after exposure to excess iron, manganese, cobalt, copper or nickel. Tissue-specific expression analysis (based on GUS histochemical staining) indicated that the main role of NtNRAMP3 in roots is to deliver metals to procambium, while in leaves it catalyses the unloading of metals from the xylem vascular bundles. The lack of NtNRAMP3 expression in leaf mesophyll cell groups suggests that the encoded protein is not involved in the loading of zinc into "Zn-accumulating cells". To conclude, the thesis provides new information on the mechanisms of regulation of metal homeostasis in tobacco. Two new genes, NtZIP11 and NtNRAMP3, encoding transmembrane proteins involved in the uptake of microelements, were cloned and characterised, and their physiological function in tobacco was outlined. The most important findings of the study were the indications of (i) the role of NtZIP11 in tobacco growing under control conditions in supplying most of the leaf cells with zinc, and in the presence of high concentrations of this metal in its loading into the " Zn-accumulating cells" of the mesophyll; (ii) the role of NtNRAMP3 in the regulation of cross-homeostasis of iron, manganese, cobalt, copper, nickel, zinc, and cadmium. |
| dc.abstract.pl | Cynk to mikroelement niezbędny do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin, jednak jego nadmiar jest szkodliwy. U tytoniu (Nicotiana tabacum var. Xanthi) opisano strategię tolerancji na wysokie stężenie tego metalu w glebie polegającą na gromadzeniu nadmiaru cynku jedynie w „komórkach akumulujących” mezofilu blaszki liściowej. Zatem podczas ekspozycji roślin na wysokie stężenie cynku jego ilość w sąsiadujących „komórkach nieakumulujących” pozostawała niska. Umożliwiało to prawidłowe funkcjonowanie zarówno tkanki, organu, jak i w konsekwencji ochrony rośliny jako całości przed toksycznym wpływem nadmiaru badanego metalu. Molekularne mechanizmy będące podstawą tego procesu nie zostały dotychczas poznane. Celem pracy było scharakteryzowanie genów wstępnie zaklasyfikowanych jako NtNRAMP3 i NtZIP11 oraz weryfikacja hipotezy o ich udziale w gromadzeniu cynku w „komórkach akumulujących” mezofilu liści tytoniu. Wykazano, że gen NtZIP11 koduje zlokalizowane w błonie komórkowej białko zbudowane z ośmiu domen transbłonowych, które katalizuje pobieranie cynku. Rolą NtZIP11 jest komórkowo-specyficzna regulacja homeostazy tego metalu w zależności od jego dostępności w podłożu. W oparciu o metodę histochemicznej detekcji białka GUS będącego pod kontrolą promotora NtZIP11 wykazano, że w warunkach kontrolnych NtZIP11 bierze udział w zaopatrywaniu w cynk wszystkich tkanek liści oraz wszystkich tkanek części środkowej korzenia za wyjątkiem epidermy. Z kolei w obecności wysokiego stężenia cynku badane białko pełni rolę w załadunku jego nadmiaru do „komórek akumulujących” mezofilu liści. Wskazuje na to wykazane w blaszkach liściowych tytoniu rosnącego na pożywce z wysokim stężeniem tego metalu podobieństwo wzoru tkankowo-specyficznej ekspresji NtZIP11 (aktywność promotora NtZIP11 w grupach komórek miękiszu palisadowego blaszki liściowej; detekcja białka GUS) do wzoru akumulacji cynku (gromadzenie wysokich stężeń w grupach „komórek akumulujących”; reakcja z fluoroforem Zinpyr-1). Skrócenie sekwencji promotora NtZIP11 z 1922 do 807 par zasad (odpowiednio sekwencja długa long i krótka short) pokazało, że elementami kluczowymi dla regulacji jego ekspresji mogą być IDE2, ABRE, TGA-box, LTR lub inne, dotychczas niezidentyfikowane motywy. Ich brak w obrębie sekwencji krótkiej promNtZIP11short prawie całkowicie eliminował ekspresję NtZIP11. Drugie z badanych białek – NtNRAMP3 zbudowane jest z dwunastu domen transbłonowych, lokalizuje się w błonie komórkowej i katalizuje pobieranie kobaltu, żelaza, manganu, kadmu, miedzi, niklu i cynku. NtNRAMP3 bierze udział w regulacji homeostazy metali specyficznie w warunkach kontrolnych, na co wskazuje jego wysoki poziom ekspresji w tych warunkach oraz obniżenie (i) w deficycie żelaza, manganu, kobaltu albo miedzi, (ii) po eskpozycji na nadmiar żelaza, manganu, kobaltu, miedzi albo niklu. Analiza tkankowo-specyficznej ekspresji (oparta o detekcję białka GUS) wskazała, że główną rolą NtNRAMP3 w korzeniach jest dostarczanie metali do komórek prokambium, natomiast w liściach – rozładunek z ksylemu we wiązkach przewodzących. Brak ekspresji NtNRAMP3 w grupach komórek mezofilu liści sugeruje, że kodowane białko nie bierze udziału w załadunku cynku do „komórek akumulujących”. Podsumowując, niniejsza praca doktorska dostarcza nowych informacji o mechanizmach regulacji homeostazy metali u tytoniu. Zidentyfikowano i scharakteryzowano dwa nowe geny NtZIP11 i NtNRAMP3 kodujące transbłonowe białka zaangażowane w pobieranie mikroelementów i nakreślono ich funkcję fizjologiczną w tytoniu. Najważniejszym ustaleniem pracy było wskazanie na: (i) udział NtZIP11 w tytoniu rosnącym w warunkach kontrolnych w zaopatrywaniu w cynk większości komórek budujących liście, a w obecności wysokich stężeń tego metalu w jego załadunku do „komórek akumulujących” mezofilu; (ii) rolę NtNRAMP3 w regulacji homeostazy krzyżowej żelaza, manganu, kobaltu, miedzi, niklu, cynku, a także kadmu. |
| dc.affiliation | Uniwersytet Warszawski |
| dc.affiliation.department | Wydział Biologii |
| dc.contributor.author | Kozak, Katarzyna |
| dc.date.accessioned | 2024-01-09T07:03:42Z |
| dc.date.available | 2024-01-09T07:03:42Z |
| dc.date.defence | 2024-01-19 |
| dc.date.issued | 2024-01-09 |
| dc.date.submitted | 2023-08-02 |
| dc.description.accesstime | before_publication |
| dc.description.additional | Link archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/4856 |
| dc.description.promoter | Antosiewicz, Danuta |
| dc.description.promoter | Papierniak, Anna |
| dc.description.reviewer | Janicka, Małgorzata |
| dc.description.reviewer | Piechalak, Aneta |
| dc.description.version | final_author |
| dc.identifier.orcid | 0000-0003-0706-3568 |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4856 |
| dc.language | pl |
| dc.language.iso | pl |
| dc.language.other | en |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | NtZIP11 |
| dc.subject.en | NtNRAMP3 |
| dc.subject.en | zinc |
| dc.subject.en | tobacco |
| dc.subject.en | Nicotiana tabacum |
| dc.subject.en | leaf |
| dc.subject.en | "Zn-accumulating cells" |
| dc.subject.pl | „komórki akumulujące” |
| dc.subject.pl | liść |
| dc.subject.pl | Nicotiana tabacum |
| dc.subject.pl | tytoń |
| dc.subject.pl | cynk |
| dc.subject.pl | NtNRAMP3 |
| dc.subject.pl | NtZIP11 |
| dc.title | Rola NtZIP11 i NtNramp3 w akumulacji Zn w liściach tytoniu |
| dc.title.alternative | A role of NtZIP11 and NtNRAMP3 in the accumulation of zinc in tobacco leaves |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |