Porównawcza analiza udziału pokrewnych kinaz MAPK (MKK1, MKK2, MKK4 i MKK5) Arabidopsis thaliana w odpowiedzi na stres suszy

Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii

Spośród wszystkich kinaz białkowych ważną rolę odgrywają kinazy kaskad MAPK. Dość dobrze poznano dwie kaskady: MKKK8–MKK1/MKK2–MPK4 oraz MKKK8–MKK4/MKK5–MPK3/MPK6. W prezentowanej pracy doktorskiej wykonano częściową analizę funkcjonalną pokrewnych kinaz MPK: MKK1–MKK2 oraz MKK4–MKK5. Wyciszenie endogenów wybranych kinaz metodą krótkich spinek RNA (shRNA) spowodowało efekt nadekspresji pokrewnej kinazy. Obserwacja ta sugerowała możliwość wystąpienia kompensacji pełnionych przez nie funkcji. Wątek ten był kontynuowany w trakcie realizacji celu głównego pracy, a więc porównawczej analizy udziału MKK1, MKK2, MKK4 i MKK5 w odpowiedzi na stres suszy. Scharakteryzowano profil transkrypcyjny dla mutantów insercyjnych typu nokaut i porównując go z profilem kontrolnym określono wpływ mutacji, stresu suszy oraz mutacji i stresu suszy na ekspresję 605 genów. Uzupełnieniem prowadzonych badań była ocena aktywności promotorów badanych genów po przeprowadzeniu fuzji promotora z genem reporterowym, kodującym β-glukuronidazę (GUS). Wyniki pokazują wyraźne zróżnicowanie aktywności promotorów badanych genów kinaz w czasie rozwoju rośliny oraz brak różnic w ich aktywności podczas wczesnej fazy odpowiedzi na stres suszy, zranienia i zasolenia. Przedstawione wyniki świadczą o dywergencji funkcjonalnej pokrewnych kinaz (subfunkcjonalizacja) oraz sugerują ich znikomą rolę w odpowiedzi na stres suszy.

MAPK cascade plays very important role in signal transduction activated by various stresses. Just two of all MAPK cascades are already well established: MKKK8–MKK1/MKK2–MPK4 and MKKK8–MKK4/MKK5–MPK3/MPK6.In this thesis, functional analysis of related MPK kinases: MKK2-MKK1 and MKK4-MKK5 was performed. Surprisingly, silencing of selected kinases (at endogenes level) using short hairpin RNA (shRNA) resulted in the overexpression of a related kinase. This observation suggested the possibility of compensation of their functions. It prompted me to continue this line of studies and comparative analysis of MKK1, MKK2, MKK4 and MKK5 in response to drought stress. Transcription profile for selected mutants (knockouts) and WT-type plants were used. Effects of the mutation and drought stress on the expression of 605 genes was described. Further research was directed towards assessing the activity of selected promoters of MAPK genes after a fusion with the reporter gene, encoding β-glucuronidase (GUS). The results show considerable variation in promoter activity of the kinase studied during the development of plants and no clear differences in their activity during the early phase of the response to drought, salinity and wounding. Analysis of promoters and the microarray data show functional divergence of related kinases and suggest a negligible role in their response to drought stress.