پمپ پروتونی گیاهان Plant proton pumps

چاپ شده در مجله FEBS اسناد
رشته های مرتبط زیست شناسی، علوم گیاهی و بیوشیمی
۱٫ H+-ATPase غشای پلاسمایی: نقش های فیزیولوژیکی ۱٫۱- H+-ATPase خاص غشای پلاسمایی در سلول هایی که برای انتقال تخصصی شده اند، بیان می شود جریان محلول در سرتاسر(عرض) غشای پلاسمایی به مقدار زیادی به انرژی در دسترس برای تحریک پروتون بستگی دارد. به‌این‌ترتیب، H+-ATPase PM ها بازی‌کنندگان مولکولی مهمی هستند که دریافت و تقسیم‌بندی مواد مغذی گیاه را در تمام سطح گیاه تعیین و کنترل می کنند. ارتباط ساختار—عملکرد این پمپ ها اخیراً بررسی شده است. اینجا ما فوکوس خواهیم کرد روی پیشرفت های اخیری که روی عملکرد فیزیولوژیک و تنظیم پمپ‌های پروتونی H+-ATPase صورت گرفته است. ازآنجایی‌که توالی یابی ژنوم مدل گیاهی آرابیدوپسیس تالیانا در سال ۲۰۰۰ تکمیل شد، محتوای رونوشت های (ترانسکریپتوم) آرابیدوپسیس در تعداد زیادی از آزمایش های آرایه ی ژنی ویژگی یابی شده است . یک مرور کلی روی پروفایل بیانی اعضاء خانواده ی ژنی H+-ATPase PM آرابیدوپسیس (AHA1-11) که می تواند در پایگاه داده های جستجوکننده ی ژن( www0genevestigator.org) یافت شود، نشان می‌دهد که ۲ ژن AHA1 وAHA2 ، به صورت بالقوه در همه ی بافت ها و اندام ها بیان میشوند. بنابراین، به نظر میرسد که این ژن ها به عنوان ژن های housekeeping عمل کنند که برای هومئوستازی یون ها مورد نیاز هستند. نسبتا رونوشت های AHA1 بیشتری در جوانه ها یافت می شود ، در حالی که AHA2 غالبا در ریشه ها ، به ویژه در ریشه های( تارهای) فرعی بیان می شود. همچنین AHA3، AHA4، و AHA11 بیان گسترده ای را در سرتاسر گیاه نشان می دهند، اما در درجه ی یکسانی بیان نمی شوند و درجاتی از تخصصی شدگی در آنها دیده می شود مثلا AHA4 به مقدار زیادی در اندودرم های ریشه بیان می شود که با مطالعات آنالیز ژن گزارشگر مطابق است. آنالیزهای real time RT-PCR تایید می کند که AHA1، AHA2، AHA3و AHA11 بیشترین رونوشت هایی هستند که در برگ ها یافت می شوند. آنالیزهای ژن گزارشگر نشان میدهد که پروموتر AHA3 در فلوئم برگی سلول های همراه فعال است. الگوهای بیانی AHA5( بیان پایین در سرتاسر گیاه) ،AHA6 و AHA9(غالبا بیان می شود در بساک ها) ،AHA7 و AHA8( تقریبا منحصرا در گرده بیان می شوند) و AHA10 (بیشترین سطوح رونوشت ها را در siliques (خورجین ها)) دارند که نشان میدهد پمپ ها به وسیله ی این ژن های که عملکردهای تخصصی شده ی بیشتری دارند کد می شوند. آنالیزهای ژن گزارشگر بیان AHA9 را در بساک ها و AHA10 را در اندوتلیوم پوشش بذر در حال نمو بررسی کرده است. آیا همه ی این رونوشت ها به پروتئین ترجمه می شوند؟ همه ی ایزوفرم ها، به جز AHA8،که با روش پروتئومیکس mass اسپکترومتری شناسایی شده اند، در لپه ها، سراسرجوانه ها ، برگ ها یا ساقه ها دیده می شوند. ۴ ایزوفرمی که با روش mass اسپکترومتری در بیشتر تحقیقات شناسایی شده اند ، یعنی AHA1، AHA2، و AHA4 و AHA11 میباشند. که این ایزوفرم ها با رونوشت های ژنی عمده در جوانه ها و برگ ها مشابه هستند. ۱٫۲-سلول های منفرد احتمالا دارای بیش ازیک ایزوفرم از PM H+-ATPase هستند. آنالیزهای محتوای رونوشت ( ترانسکریپتوم) و تست های کتابخانه ی cDNA یی سلول های نگهبان روزنه Vicia faba بیان حداقل ۲ H+-ATPase غشای پلاسمایی را شناسایی کرده است، اما هیچکدام از این ایزوفرم ها خاص سلول های نگهبان روزنه نیستند. به علاوه ، با اتصال ( الحاق)پروموترهای اندوژنوس( درون زاد) H+-ATPase PM با ژن های گزارش گر GUS و بیان این ژن های شیمریک در گیاهان ترانس ژن(گیاهانی که از نظر ژنتیکی تغییر داده شده اند)، مشخص شد که ۲ H+-ATPase PM مختلف شامل NpPMA2 و NpPMA4 در سلول های نگهبان روزنه ی گیاه تنباکو فعال هستند. در یک مطالعه ی جدید از روش RT-PCR برای تکثیر توالی های AHA موجود در پروتوپلاست جدا شده از سلول های نگهبان آرابیدوپسیس استفاده شده است. به طرز شگفت آوری تمام اعضاء خانواده ی ژنی H+-ATPase PM آرابیدوپسیس (AHA1-11) در این نوع سلول خاص یافت می شود. رونوشت های عمده در سلول های نگهبان شامل AHA1، AHA2، و AHA5 میباشد.که این حضور AHA1 و AHA2 را به عنوان ژن های house-keeping در سلول های نگهبان تایید می کندو تاکید می کند که AHA5 میتواند به عنوان یک کاندیدایی برای H+-ATPase PM خاص نگهبان روزنه باشد. اگرچه ، روش به کار گرفته شده خیلی حساس است ولی کمی نیست و آن نمی تواند نشان بدهد که هرکدام از ایزوفرم ها چقدر در سلول های نگهبان توزیع شده اند. گامتوفیت نر گیاه یک ارگانیسم هاپلوئید مستقلی است که یک مجموعه ی خاص از زن ها را بیان میکند. H+-ATPase NpPMA5 در Nicotiana plumbaginifolia در لوله های گرده بیان می شود اما در بسیاری از انواع سلولی اسپوروفیتی هم بیان دارد. ۴ رونوشت AHA مختلف در دانه های گرده ی آرابیدوپسیس در مراحل مختلف نمو شناسایی شده است: AHA6 ، AHA8،AHA9، و AHA12 ، که بعدا به یک ژن کاذب تبدیل می شود. AHA12 در سطوح خیلی پایینی در میکروسپور و حالات ۲ سلولی بیان میشود ، AHA6 و AHA9 در حالت سه سلولی به مقدار زیادی بیان می شوند در حالی که در گرده ی بالغ AHA8 ایزوژنی است که تبدیل به رونوشت غالب میشود.و این پیشنهاد میکند که در طی نمو ، یک ایزوژن AHA می تواند نقش دیگری را هم بر عهده بگیرد. در نهایت، در سلول های آلئورون جو ، ۲ ایزوفرم از PM H+-ATPase با آنالیز پروتئومیک شناسایی شده است. ما میتوانیم نتیجه بگیریم که غشای پلاسمایی هر سلولی احتمالا محل قرار گیری چندین PM H+-ATPase میباشد. دلیل این تنوع شناخته شده نیست، اما شاید بازتاب دهنده ی یک نیاز خاص به ATPase در زمان-های خاصی از نمو یا برای عملکردهای تخصصی باشد.