Overexpression of the Arabidopsis glutathione peroxidase-like 5 gene (AtGPXL5) resulted in altered redox status, plant development and salt tolerance
Authors: Riyazuddin Riyazuddin 
Published: February 2021

A tiol peroxidázok közé tartozó növényi glutation peroxidáz-szerű enzimek (GPXL-ek) redukált glutation (GSH) vagy tioredoxin elektron donort használva katalizálják a H2O2 vagy egyéb hidroperoxidok vízzé vagy alkohollá történő redukcióját (Navrot és mtsai., 2006). Az Arabidopsis thaliana 8 GPXL izoenzimet tartalmaz, amelyek különböző sejtorganellumokban lokalizáltak és eltérő redox-függő folyamatokban játszanak szerepet. Az AtGPXL5 egy kevéssé ismert plazmamembrán-kapcsolt izoenzim, bár szerepét feltételezték a sóstressz tolerancia kialakításában (Gao és mtsai. 2014). Kísérleteinkben konstitutívan túltermeltettük az AtGPXL5 cDNS-t és a növények fejlődésében és NaCl kezelésre adott válaszában vizsgáltuk az AtGPXL5 szerepét. Vizsgálatainkat AtGPXL5-túltermelő (OX-AtGPXL5) és Atgpxl5 mutáns növények felhasználásával végeztük. Eredményeink alapján az alábbi megállapításokat tettük: 1) A 12 napos Arabidopsis thaliana Atgpxl5 inszerciós mutánsok gyökerében magasabb szuperoxid gyök anion és össz ROS szint található kontroll körülmények között is, mint a vad típusú (Col-0) gyökerekben. A magasabb ROS szint az Atgpxl5 hajtások csökkent életképességét eredményezte. 7 napig tartó 100 mM-os NaCl kezelés tovább emelte a gyökerekben a O2•− mennyiségét, szintje meghaladta a vad típusban kialakultat. Ezek alapján az AtGPXL5 fontos szerepet tölthet be a reaktív oxigénformák homeosztázisában és a sejt életképességének fenntartásában. 2) A hat hetes Atgpxl5 mutáns és OX-AtGPXL5 növények antioxidáns mechanizmusait összehasonlítva jelentős különbségek mutatkoztak. Míg az Atgpxl5 mutánsban több antioxidatív enzim emelkedett aktivitást mutatott, az AtGPXL5-túltermelő növényekben a vad típushoz hasonló aktivitásokat mértünk. Míg az Atgpxl5 növények magasabb glutation peroxidáz (GPOX) aktivitással rendelkeztek, az OX-AtGPXL növényekben a GPOX és TPOX (tioredoxin peroxidáz) aktivitás is a vad típuséval azonos szinten működött. 3) Kontroll körülmények között a GSH tartalom szignifikánsan alacsonyabb volt az Atgpxl5 mutáns gyökerekben, míg az OX-AtGPXL5 hajtásban magasabb. Az alkalmazott sóstressz után az AtGPXL5-túltermelő növények rendelkeztek legmagasabb GSH és legalacsonyabb GSSG szinttel, a GSSG mennyisége az Atgpxl5 mutáns gyökerekben nőtt legnagyobb mértékben. Az OX-AtGPXL5 vonalak számított redukciós potenciál értéke negatívabb volt, mint a Col-0 vad típusé. Az eredmények megerősítették, hogy az AtGPXL5 fehérje szerepet játszik a redox állapot szabályozásában, amelyen keresztül a növekedést és fejlődést is befolyásolhatják. 4) Az AtGPXL5 protein szükséges az Arabidopsis thaliana csíranövények normál növekedéséhez és fejlődéséhez. Hiányában csökkent az elsődleges gyökerek hossza, biomasszája, a rozetta mérete, a hajtások klorofill- és antocián tartalma kontroll körülmények között is. 100 mM NaCl jelenlétében az Atgpxl5 mutáns és a vad típusú növények magjainak csírázása gátlódott, azonban az AtGPXL5 túltermelőké nem. Az OX-AtGPXL5 növények normal fiziológiás körülmények között a vad típushoz hasonló fenotípust mutattak, azonban 100 mM NaCl jelenlétében jobban növekedtek: nagyobb rozetta átmérővel rendelkeztek, a levelek nagyobb konvex területet foglaltak el, magasabb klorofill és antocián tartalommal rendelkeztek, mint a Col-0 és Atgpxl5 mutáns növények. Az Atgpxl5-nél megfigyelt csökkent hajtás- és gyökérnövekedés arra enged következtetni, hogy az AtGPXL5 fehérje szerepet játszik a növények normal növekedésében.