Inne białka

Analiza PCO dla wszystkich białek należących do kategorii funkcyjnych związanych z metabolizmem azotu i transportem elektronów nie ujawniła znaczących statystycznie różnic pomiędzy warunkami suszy i kontroli. Jednakże białko uczestniczące w metabolicznych przemianach azotu – syntaza S-adenozylometioninowa wykazywała istotny statystycznie wysoki dodatni efekt suszy oraz silną interakcję genotyp x susza w znaczącej liczbie linii populacji mapującej i u odmiany rodzicielskiej Maresi. S-adenozylometionina powstaje w cyklu aktywnego metylu, gdzie konwertowana jest z metioniny przy udziale syntazy S-adenozylometioniny. Związek ten dostarcza grupy metylowe do syntezy białek, kwasów nukleinowych i metabolitów, m.in. lignin, alkaloidów oraz związków osmotycznie czynnych – betainy, czy poliamin (Espartero i in., 1994). Zmiany poziomu akumulacji innych enzymów uczestniczących w syntezie i przemianach metioniny – syntazy metioninowej i S-adenozylotransferazy metioninowej odnotowano w liściach tego samego materiału roślinnego. Podobnie jak w przypadku proteomu korzenia – odmiana rodzicielska Maresi i część linii rekombinacyjnych charakteryzowała się wzrostem względnej ilości tych białek u roślin poddawanych działaniu suszy (Rodziewicz, 2014), co może świadczyć o zwiększonym zapotrzebowaniu tych roślin na grupy metylowe, które w wyniku dalszych przemian wykorzystywane są do syntezy związków obronnych, między innymi osmoprotektantów, odgrywających kluczową rolę w przeżyciu niekorzystnych warunków środowiskowych. Indukcję syntazy

139

genotypach wzrastającego w warunkach wysokiego zasolenia gleby, jednakże znacznie wyższy poziom akumulacji tego enzymu cechował odmianę wrażliwą (Witzel i in., 2009), co w odniesieniu do wyników uzyskanych w niniejszej pracy świadczyłoby o mniejszej tolerancji odmiany Maresi na deficyt wody. W przypadku nadekspresji genu kodującego syntazę S-adenozylometioniny u rzodkiewnika zaobserwowano zwiększoną odporność rośliny na stres suszy i zasolenia, która związana były ze wzmożoną transkrypcją genów zależnych od ABA, a także zwiększoną syntezą etylenu, co może świadczyć o udziale tego białka w reakcjach roślin na stresy abiotyczne jak i biotyczne (Kim i in., 2015). Ponadto, indukcję genu syntazy metioninowej odnotowano w liściach jęczmienia poddawanego działaniu m.in. suszy, zasolenia i niskich temperatur, a w rezultacie zaobserwowano wzrost akumulacji betainy glicynowej – powstającej z choliny, której synteza związana jest z dostarczeniem grup metylowych z cyklu aktywnego metylu. Takie obserwacje mogą świadczyć o wspólnym mechanizmie regulacji przemian metioniny i syntezy betainy glicynowej w warunkach stresów abiotycznych (Narita i in., 2004).

Bardzo wysokim dodatnim efektem suszy i interakcją pomiędzy genotypem i suszą w obrębie populacji mapującej i osobników rodzicielskich charakteryzowało się niezidentyfikowane w pełni białko, posiadające domenę hydrolazy trifosfonukleotydów z motywem P-loop. Domena hydrolazy NTP jest jedną z najczęściej występujących sekwencji białkowych, znajdujących się w 5-10% produktów genów w genomie eukariotycznym i prokariotycznym. Jej funkcja związana jest z hydrolizą wiązania fosforanowego w obrębie trifosfonukleotydów, a w szczególności ATP i GTP. Energia uzyskana z hydrolizy wiązania wykorzystywana jest do zmian konformacyjnych białka, co związane jest z uzyskaniem jego pełnej aktywności. Sugeruje się, że domeny te mogą odrywać ważną rolę w procesie programowanej śmierci komórek, w regulacji ścieżek sygnalnych i w odpowiedzi na stresy środowiskowe roślin (Leipe i in., 2004). Jednakże jak dotąd nie ukazały się prace skupiające się na potencjalnym związku białek z domeną NTPazaową, a odpowiedzią roślin na stresy abiotyczne. Jak wspomniano powyżej, w niniejszej pracy nie udało się w pełni zidentyfikować białka zawierającego domenę NTPazową z motywem P-loop reprezentującego jedną z plamek na elektroforegramie, która wykazywała istotną reakcję na suszę. Ze względu na silną odpowiedź tego białka na zastosowany stres w ponad połowie badanych genotypów, a także interakcje genotyp x susza należałoby ponowić próby jego identyfikacji w dalszych badaniach prowadzonych na jęczmieniu.

140

W odpowiedzi na stres suszy zmianę poziomu akumulacji wykazały podstawowe białka budujące cytoszkielet komórkowy – tubulina, aktyna i formina. Zarówno mikrotubule budowane przez tubuliny i mikrofilamenty aktynowe są strukturami nadającymi mechaniczną wytrzymałość komórce roślinnej, wspomagają syntezę ściany komórkowej, uczestniczą w procesach mitozy i cytokinezy. Ponadto uważa się, że działają one jako sensory odbierające sygnały związane z pojawiającym się stresem osmotycznym (Nick, 2013). W przypadku badanych odmian jęczmienia zaobserwowano istotny spadek poziomu akumulacji tych białek u niemieckiej odmiany rodzicielskiej i części linii rekombinacyjnych. Podobne wyniki uzyskano w przypadku wrażliwej odmiany rzepaku (Mohammadi i in., 2012) i jęczmienia (Kausar i in., 2013), które wzrastały w warunkach niedoboru wody. Sugeruje się, że obniżony poziom białek cytoszkieletu może przyczynić się zaburzenia tworzenia wrzeciona kariokinetycznego, ograniczenia procesu mitozy, co prowadzić może do ograniczenia wzrostu rośliny (Mohammadi i in., 2012).

W obrębie badanych odmian wysokim dodatnim efektem suszy charakteryzowało się białko regulatorowe z rodziny białek 14-3-3. Białka 14-3-3 to rodzina wysoko zachowawczych molekuł, które wykazują zdolność wiązania fosforylowanych reszt treoniny i/lub seryny, regulując w ten sposób ścieżki sygnalne i metabolizm komórek. Białka te odgrywają ważną rolę w regulacji odpowiedzi roślin na stresy środowiskowe, poprzez m.in. regulację aktywności białek sygnalnych, regulację ekspresji genów aktywowanych w warunkach stresu, czy modulację czynników transkrypcyjnych (Chen i in., 2006). W warunkach stresu osmotycznego zaobserwowano wzmożoną syntezę błonowych białek 14-3-3, które wiążąc fosforylowane łańcuchy V-ATPazy, tworzą komplesy V-ATPaza/14-3-3, zwiększając aktywność pomp protonowych, pełniących kluczową rolę w mechanizmie adaptacji roślin do niekorzystnych warunków środowiskowych. Wakuolarne pompy protonowe (V-ATPazy) zaangażowane są w regulację wewnątrzkomórkowego pH, w procesy regulowania turgoru, osmoregulację i

zależną od Ca+

transdukcję sygnału (Roberts i in., 2002). W badaniach transgenicznej trzciny cukrowej z nadekspresją genów kodujących białka 14-3-3 w warunkach stresu osmotycznego, obserwowano zwiększoną aktywność pomp protonowych, co związane było z lepszym utrzymaniem turgoru i mniejszym stopniem więdnięcia roślin w porównaniu do form typu dzikiego (Babakov i in., 2000). W przypadku korzeni badanych odmian jęczmienia wysokim dodatnim efektem suszy w obrębie 30% populacji mapującej charakteryzowało się zarówno białko regulatorowe 14-3-3 jak i podjednostka A wakuolarnej ATP-azy. Wśród genotypów rodzicielskich zmiany poziomu akumulacji tych

141

białek widoczne były w korzeniach odmiany Maresi. Zmiany te świadczyć mogą o gorszym przystosowaniu tych linii do zaistniałych warunków środowiskowych i konieczności uaktywniania mechanizmów obronnych pozwalających utrzymać m.in. odpowiedni potencjał wody w komórce. Sugeruje się, że białka z rodziny 14-3-3 w znaczącym stopniu regulują aktywność mitochondrialnej i chloroplastowej syntazy ATP w warunkach niedotlenienia korzeni i braku substancji odżywczych (Bunney i in., 2001).