Sự thay đổi trong biểu hiện của gen ascorbate peroxidase tế bào chất, ca-capx1, trong quá trình nảy mầm và phát triển của cây con ớt

Journal of Plant Biology - Tập 48 - Trang 276-283 - 2005
Sung -Chae Moon1, Soon Il Kvvon1, Chung Sun An1
1Department of Biological Sciences, Seoul National University, Seoul, Korea

Tóm tắt

Enzyme peroxidase ascorbate (APX), một enzyme chống oxy hóa, có vai trò quét H2O2 được sản xuất từ quá trình trao đổi chất bình thường và căng thẳng oxy hóa tế bào. Để điều tra vai trò của nó trong quá trình nảy mầm và sự phát triển của cây con, chúng tôi đã phân lập một cDNA mã hóa APX tế bào chất (cAPX) trong ớt chỉ thiên (Capsicum annuum L). Mảnh clone có chiều dài đầy đủ, Ca-cAPX1, dài 1011 bp và có một ORF mã hóa 249 axit amin. Trong quá trình phát triển của cây con, hoạt động và mức độ biểu hiện cAPX cao hơn vào Ngày 5 và 6 sau khi ủ nước, trong khi hoạt động của catalase (CAT) tăng lên vào Ngày 8 và 10. Sự gia tăng lượng H2O2 ở giai đoạn phát triển sớm đó (Ngày 5) có thể chủ yếu bị APX tác động và sau đó được loại bỏ bởi CAT phối hợp với APX. Để xác định liệu sự tích lũy H2O2 qua việc ức chế biểu hiện cAPX có thể là một yếu tố kích thích nảy mầm hay không, chúng tôi đã xây dựng một dòng biến đổi của CaAPX1. So với dòng hoang dã, tỷ lệ nảy mầm của Arabidopsis bị ức chế antisense tăng lên 26%, trong khi hàm lượng H2O2 của nó tăng 50%. Do đó, chúng tôi đề xuất rằng việc ức chế biểu hiện cAPX trước khi nảy mầm kích thích sự nảy mầm hạt bằng cách thúc đẩy sự tích lũy của H2O2.

Từ khóa

#ascorbate peroxidase #H2O2 #germination #seedling growth #Capsicum annuum

Tài liệu tham khảo

Asada K (1993) Divergence of peroxide-scavenging peroxidases in organisms,In K Yaki, ed, Active Oxygens, Lipid Peroxides and Antioxidants. CRC Press, Boca Raton, pp 289–298 Bewley JD, Black M (1994) Seeds. Physiology of Development and Germination, Ed 2. Plenum Press, New York, pp 248–252 Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem72: 248–254 Chance B, Sies H, Boveris A (1979) Hydroperoxide metabolism in mammalian organs. Physiol Rev59: 527–605 Chien CT, Lin TP (1994) Mechanism of hydrogen peroxide in improving the germination ofCinnamonum camphora seed. Seed Sci Technol22: 231–236 Clough SJ, Bent AF (1998) Floral dip: A simplified method forAgrobacterium mediated transformation ofArabidopsis thaliana. Plant J16: 735–743 de Gara L, de Pinto MC, Arrigoni O (1997) Ascorbate synthesis and ascorbate peroxidase activity during the early stage of wheat germination. Physiol Plant100: 894–900 de Tullio M, Arrigoni O (1992) Ascorbate peroxidase activity in resistant and susceptible plants ofLycopersicon esculentum. Boll Soc Ital Biol Sper68: 613–617 Everse J, Everse KE, Grisham MB (1991) Peroxidases in Chemistry and Biology, Vol 1. CRC Press, Boca Raton Fath A, Bethke PC, Jones RL (2001) Enzymes that scavenge reactive oxygen species are down-regulated prior to gibberellic acid-induced programmed cell death in barley aleurone. Plant Physiol126: 156–166 Fontaine O, Huault C, Pavis N, Billard JP (1994) Dormancy breakage ofHordeum vulgare seeds: Effects of hydrogen peroxide and scarification on glutathione level and glutathione reductase activity. Plant Physiol Biochem32: 677–683 Hendry GAF (1993) Oxygen, free radical processes and seed longevity. Seed Sci Res3: 141–153 Jimenez A, Hernandez JA, del Río LA, Sevilla F (1997) Ascorbate-glutathione cycle in mitochondria and peroxisomes of pea leaves: Changes induced by leaf senescence. Phyton37: 101–108 Kim JH, Baek MH, Chung BY, Wi SG, Kim JS (2004) Alterations in the photosynthetic pigments and antioxidant machineries of red pepper(Capsicum annuum L.) seedlings from gamma-irradiated seeds. J Plant Biol47: 314–321 Kim YG, Kwon SI, An CS (1977) Isolation and characterization of cytosolic copper/zinc Superoxide dismutase fromCapsicum annuum L. Mol Cells7: 668–673 Klapheck S, Zimmer I, Cosse H (1990) Scavenging of hydrogen peroxide in the endosperm ofRicinus communis by ascorbate peroxidase. Plant Cell Physiol31: 1005–1013 Kwon SI, An CS (2001) Molecular cloning, characterization and expression analysis of a catalase cDNA from hot pepper(Capsicum annuum L). Plant Sci160: 961–969 Mittler R, Zilinskas BA (1991) Purification and characterization of pea cytosolic ascorbate peroxidase. Plant Physiol97: 962–968 Mittler R, Zilinskas BA (1993) Detection of ascorbate peroxidase activity in native gels by inhibition of the ascorbate-dependent reduction of nitroblue tetrazolium. Anal Biochem212: 540–546 Naredo MEB, Juliano AB, Lu BR, de Guzman F, Jackson MT (1998) Response to seed dormancy-breaking treatments in rice species(Oryza sativa L.). Seed Sci Technol26: 675–689 Ogawa K, Iwabuchi M (2001) A mechanism for promoting the germination ofZinnia elegans seeds by hydrogen peroxide. Plant Cell Physiol42: 286–291 Patterson WR, Poulos TL (1995) Characterization and crystallization of recombinant pea cytosolic ascorbate peroxidase. J Biol Chem269: 17020–17024 Puntarulo S, Galleano M, Sanchez RA, Boveris A (1991) Superoxide anion and hydrogen peroxide metabolism in soybean embryonic axes during germination. Biochim Biophysv Acta1074: 277–283 Puntarulo S, Sanchez RA, Boveris A (1988) Hydrogen peroxide metabolism in soybean embryonic axes at the onset of germination. Plant Physiol86: 626–630 Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY Sanger F, Nicklen S, Coulson AR (1977) DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA74: 5463–5467 Schopfer P, Plachy C, Frahry G (2001) Release of reactive oxygen intermediates (Superoxide radicals, hydrogen peroxide, and hydroxyl radicals) and peroxidase in germinating radish seeds controlled by light, gibberellin, and abscisic acid. Plant Physiol125: 1591–1602 Tommasi F, Paciolla C, D’Elia F, Arrigoni O (1995) Changes of ascorbate peroxidase and dehydroascorbate reductase activities during seed development ofVicia faba L. Boll Soc Ital Biol Sper71: 11–12 Tommasi F, Paciolla C, de Pinto MC, de Gara L (2001) A comparative study of glutathione and ascorbate metabolism during germination ofPinus pinea L. seeds. J Exp Bot52: 1647–1654