Επιπτώσεις των αβιοτικών καταπονήσεων στην επαγωγή μηχανισμών επιδιόρθωσης του DNA
Creators: name: Καπούλας, Ευστάθιος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: Καταπόνηση
Επιγενετική
Γλυκοσυλάσες
Stress
Epigenetics
Glycosylases

description: Τα φυτά είναι συνεχώς εκτεθειμένα σε δυσμενείς συνθήκες του περιβάλλοντος, όπως η αλατότητα, η ξηρασία και η υπεριώδης ακτινοβολία, που καταπονούν τον οργανισμό και έχουν σημαντικές και κυρίως αρνητικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και την απόδοση των καλλιεργειών. Η απόκριση στις καταπονήσεις (στρες) μέσω επαγωγής μοριακών μηχανισμών είναι ουσιαστικής σημασίας για την προσαρμογή στις περιβαλλοντικές αλλαγές και την επιβίωση. Είναι γνωστό ότι οι αβιοτικές καταπονήσεις επάγουν τη δημιουργία και συσσώρευση ενεργών ριζών οξυγόνου, δηλαδή την οξειδωτική καταπόνηση ή στρες. Ακολούθως οι ενεργές ρίζες οξυγόνου προκαλούν μοριακές τροποποιήσεις στην δομή του DNA, επηρεάζοντας την έκφραση των γονιδίων που ελέγχεται από επιγενετικούς, μοριακούς μηχανισμούς ρύθμισης. Κύριο χαρακτηριστικό των επιγενετικών μοριακών μηχανισμών είναι η τροποποίηση των ιστονών και η μεθυλίωση του γενώματος, DNA, που επιτελείται με την ομοιοπολική προσθήκη μιας μεθυλικής ομάδας σε ορισμένες βάσεις κυτοσίνης. H μεθυλίωση μπορεί να συμβεί de novo αλλά επίσης κληρονομείται επιγενετικά. Οι καταπονήσεις μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στην έκφραση των γονιδίων μέσω υπερμεθυλίωσης ή υπομεθυλίωσης του DNA. Δεν είναι ακόμη γνωστό με ποιο μηχανισμό ή μηχανισμούς επέρχονται αυτές οι αλλαγές στη μεθυλίωση του γενώματος, DNA σε συνθήκες καταπόνησης. Στόχος της εργασίας ήταν η μελέτη και ο προσδιορισμός της έκφρασης γονιδίων απομεθυλίωσης. Τα γονίδια απομεθυλίωσης ανήκουν στην υπερ-οικογένεια των γλυκοσυλασών που επιδιορθώνουν βλάβες στο DNA με τον μηχανισμό επιδιόρθωσης με εκτομή της κατεστραμμένης βάσης με παράλληλη αναπλήρωση της βάσης στην κενή θέση. Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι τα γονίδια που επιλέχθηκαν για την μελέτη λαμβάνουν μέρος σε επιγενετικές αλλαγές, όπως η γονική αποτύπωση και ρυθμίζουν το ποσοστό μεθυλίωσης του DNA. Τα γονίδια που αναλύθηκαν είναι τα Demeter και Demeter Like proteins (DME, DML1, DML2, DML3 , DML3s και DML3l), οι φορμαμιδοπυριμιδινικές γλυκοσυλάσες FPG1 και FPG2, καθώς και η γλυκοσυλάση helix-hairpin-helix glycosylase (HhH-GPD). Η νουκλεοτιδική αλληλουχία των παραπάνω γονιδίων είναι γνωστή και με την χρήση των εκκινητών (primers) έγινε εφικτή η ανίχνευση της έκφρασης τους σε συνθήκες καταπόνησης των φυτών.
description: Plants are constantly exposed to adverse environmental conditions, such as high salinity and ultraviolet rays, where the stress of the plant organism resulting in significant and mainly to have negative impact on growth, reproduction and crop yields. The response to stresses through induction of molecular mechanisms is essential to adapt the environmental changes and survival. It is known that abiotic stress induces oxidative stress as consistency of the constitution and the accumulation of active oxygen radicals in plant cell. Subsequently, the active oxygen radicals cause molecular changes in the structure of DNA, by affecting the expression of genes which should be regulated by molecular and epigenetic mechanisms. The main feature of epigenetic mechanisms is modification of histones and DNA methylation, which are being carry out with the covalent addition of a methyl group to bases cytosine. Methylation is also epigenetically inherited. These stresses can cause changes in expression of genes through DNA hypermethylation or hypomethylation. The mechanism or mechanisms brought about these changes in the DNA genome and methylation pattern in stress conditions are not yet known. We focus on the determination of gene expression and mechanism of DNA demethylation. Demethylation genes belong to the superfamily of glycosylases which repair DNA damages through Base Excision Repair mechanism, which initiates with the recognition of a lesion by one of many DNA glycosylases. These specialized bifunctional enzymes cleave the damaged base from the sugar phosphate backbone, producing an abasic (apurinic or apurimidinic AP) site, resulting in a gap that is then filled with an unmethylated cytosine nucleotide by a DNA polymerase and ligase enzymes. Recent studies show that the genes were selected for the study take part in epigenetic modifications, such as parental imprinting, regulation of gene expression, the activity of transposable elements, regulate the landscape of DNA methylation and even in the inheritance of specific gene expression patterns. They have studied the following genes, Demeter and Demeter Like proteins (DME, DML1, DML2, DML3, DML3s and DML3l), formamidopyrimidine-DNA glycosylase (FPG1 and FPG2) and Helix-hairpin-Helix (HhH-GPD). The sequences of the above genes are known and with the use of primers it became possible to detect their expression in plant under stress conditions.