Η διευκρίνιση των μοριακών μηχανισμών, που καθορίζουν την ανθεκτικότητα
στις καταπονήσεις αποτελεί θέμα αιχμής στη βιολογία των φυτών, μπορεί να οδηγήσει
στη δημιουργία ανθεκτικών γονοτύπων. Η συμβολή των πολυαμινών (PAs) στην
αύξηση, ανάπτυξη και στις αποκρίσεις καταπόνησης, έχει τεκμηριωθεί καλά τα
τελευταία χρόνια. Ο τρόπος δράσης τους αποτελεί ακόμα και σήμερα θέμα αιχμής. Ένας
τρόπος δράσης τους είναι η παραγωγή Η2Ο2 μέσω των πολυαμινικών οξειδασών (ΡΑΟs),
οι οποίες καταλύουν την οξειδωτική απαμίνωση των ανώτερων PAs παράγοντας Η2Ο2,
το οποίο ανάλογα με την συσσώρευσή του έχει σηματοδοτικό ρόλο, επάγοντας είτε
αμυντικές αποκρίσεις ή τον κυτταρικό θάνατο. Στο γονιδίωμα του δικοτυλήδονου φυτού-
μοντέλου Arabidopsis thaliana υπάρχουν πέντε γονίδια PAO (AtPAO1-AtPAO5) τα
οποία κωδικοποιούν πρωτεϊνες με διαφορετικό υποκυτταρικό εντοπισμό. Οι AtPAO2, 3
και 4 βρίσκονται στα περοξεισώματα, ενώ οι AtPAO1 και AtPAO5 στο κυτταρόπλασμα.
Όλες οι AtPAO έχουν την ικανότητα αλλαλομετατροπής των PAs, μετατρέποντας την
Spm (ή την Τ-Spm) σε Spd (partial back-conversion), ή τη Spm (ή την Τ-Spm) πρώτα σε
Spd και στη συνέχεια σε Put (full back-conversion).
Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η μελέτη του κατά πόσο η απορρύθμιση της
έκφρασης των AtPAOs, μπορεί να επηρεάσει την κυτταρική ομοιοστασία σε
φυσιολογικές συνθήκες και σε συνθήκες καταπόνησης αλατότητας και βαρέων
μετάλλων. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν φυτά Arabidopsis thaliana που υπέρ-
εκφράζουν τις PAO (S-AtPAO1, 3, 5) και τα αντίστοιχα μεταλλάγματα (Atpao1, 3, 5) και
φυτά αγρίου τύπου (Col-0, WT). Από τα αποτελέσμα προκύπτει ότι η υπέρ-έκφραση της
περοξεισωματικής PAO3 (S-AtPAO3) προσδίδει ανθεκτικότητα στις καταπονήσεις, μέσω
της ενεργοποίησης του αντιοξειδωτικού μηχανισμού (και επαγωγής γονιδίων που
εμπλέκονται σε αυτόν), μειώνοντας τα επίπεδα των ROS, καθώς και μέσω της αύξησης
των επιπέδων των PAs, ενώ αντίθετα η υπο-έκφρασή της (Atpao3), τον καθιστά
ευαίσθητο. Επίσης η υπερ-έκφραση της κυτταροπλασματικής PAO1 (S-AtPAO1)
καθιστά ευαίσθητο τον ΓΤ γονότυπο, ενώ αντίθετα η υπο-έκφρασή του (Atpao1) τον
καθιστά ανθεκτικό. Η PAO3 φαίνεται να είναι απαραίτητη για την διατήρηση της
ομοιοστασίας του κυττάρου, αφού η έλλειψή της προκαλεί απορρυθμίσεις σε πολλά
επίπεδα.
(EL)
The elucidation of the molecular mechanisms that confer resistance to stresses is
an cutting’ edge topic in plant biology, because their understanding can lead to the
development of tolerant genotypes. The contribution of polyamines (PAs) in growth,
development and stress responses has been well documented tduring the recent years.
Their mode of action an open question. A key factor seems to be the polyamine oxidases
(PAOs) generated hydrogen peroxide ( Η2Ο2). Depending on its cellular titers it can signal
either plant defence mechanisms or the programmed cell death syndrome. In the genome
of dicotyledonous model-plant Arabidopsis thaliana, five PAO genes (AtPAO1 to
AtPAO5) have been characterized encoding proteins with different subcellular
localization. The AtPAO2, 3 and 4 are localized in peroxisome while AtPAO1 and
AtPAO5 are cytoplasmic. All AtPAOs back-convert PAs, converting Spm (or T-Spm) to
Spd (partial back-conversion), or Spm (or T-Spm) first to Spd and then to Put (full backconversion).
The purpose of this study was to investigate whether deregulation of AtPAOs gene
expression, can affect cell homeostasis under normal, salinity and heavy metal stress
conditions. In doing so we used Arabidopsis thaliana plants over-expressing PAO (SAtPAO1,
3, 5), the respective mutants (Atpao1, 3, 5) and wild-type plants (Col-0, WT).
Our results support that overexpression of peroxisomal AtPAO3 (S-AtPAO3) confers
resistance to stress, more likely by inducing expression of the antioxidant genes resulting
in the scavenging of Reactive Oxygen Species and by increasing the levels of PAs,
whereas, the under-expression (Atpao3), makes it sensitive. On the contrary, overexpression
of the cytoplasmic AtPAO1 (S-AtPAO1) results to sensitive genotype, whilst
under-expression (Atpao1) confers resistance. AtPAO3 appears to be indispensable in
maintaining cellular homeostasis, since its absence causes deregulation at many levels.
(EN)
