رابطه الگوی بیانی ژن‌های ناقلین فسفات و آنزیم فسفاتاز pap26 در گیاه arabidopsis thaliana

فسفر (p) یکی از اصلی‌ترین عناصر برای حیات کلیه موجودات زنده محسوب می‌شود و از اجزای اصلی تشکیل دهنده مولکول‌های زیستی ضروری و واکنش‌های متابولیکی است. گیاهان در مواجه با کمبود فسفات، راه‌کارهای متعددی از جمله بیان اسیدفسفاتازها، ناقلین فسفر و همچنین ترشح اسیدهای آلی در ریزوسفر را به کار می‌گیرند. در شرایط تنش کمبود فسفر، حفظ هومئوستازی فسفر سلولی در گرو تعامل بین این اجزا می باشد. در مطالعه حاضر رابطه بیانی ژن‌های سه خانواده ناقلین فسفات pht1، pht2 و pho1 در تعامل با آنزیم فسفاتاز pap26 به عنوان یکی از مهمترین 29 اسیدفسفاتاز گیاه arabidopsis thaliana در مواجه با شرایط فقدان فسفر (p) و فسفر کافی (+p) به ترتیب دارای kh2po4 صفر و 1.25 میلی مولار در محیط کشت ms مورد بررسی قرار گرفت. از گیاهان طبیعی col0 به عنوان شاهد (wt)، لاین‌های جهش‌یافته هموزیگوت دارای قطعه tdna در ژن atpap26 (mu26) و لاین‌های بیش‌بیان هموزیگوت ژن مذکور (oe26) استفاده شد. نتایج حاکی از کاهش معنی‌دار بیان ژن‌های pht1، pht2 و pho1 و همچنین فعالیت فسفاتازی در گیاهان mu26 نسبت به گیاهان wt در شرایط کمبود فسفر بود. در شرایط p+ افزایش معنی‌دار 58% و 42% به ترتیب در میزان فسفر کل و آزاد و افزایش 1.3 برابری وزن خشک گیاهان mu26 نسبت به گیاهان wt مشاهده شد. از طرفی نتایج حاکی از بهبود ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک در گیاهان oe26 نسبت به گیاهان wt در هر دو شرایط محیطی بود. بر اساس نتایج حاصل حفظ هومئوستازی فسفر سلولی در این گیاهان مستلزم تعامل فسفاتازهای مهم از جمله atpap26 با ناقلین فسفات در شرایط تنش فسفر است که می تواند در تولید گیاهان با قابلیت جذب حداقل مقدار فسفر موجود در محیط‌ جهت رشد گیاه در شرایط تنش فسفر استفاده کرد.

Relationship between expression pattern of phosphate transporter genes and the phosphatase enzyme PAP26 in response to stress phosphorus deficiency in Arabidopsis thaliana

Phosphorus (P) is one of the most vital elements for all living organisms, which acts as a constituent of essential biomolecules and metabolic reactions. Plants to cope with phosphate (Pi) deficiency have developed different adaptive mechanisms, including induction of acid phosphatases genes, Pi transporters and release of organic acids in rhizosphere as well. Under conditions of phosphorus deficiency stress, maintaining cellular phosphorus homeostasis depends on the interactions between these components. In the present study, the relationship between gene expression pattern of three families of phosphate transporters PHT1, PHT2 and PHO1 in Arabidopsis thaliana in interaction with AtPAP26 as the dominant purple acid phosphatase among 29 identified PAPs in A. thaliana genome were studied under Pideficient and Pisufficient conditions (MS culture medium). For this purpose, three different genotypes including the wild type (Wt) plants Col0 as the control, mutated homozygote plants with TDNA fragment insertion (Mu26), and the homozygous overexpress plants (OE26) for AtPAP26 gene were used in all experiments. Our results showed a significant reduction in the expression level of PHT1, PHT2 and PHO1 genes, as well as the phosphatase activity in Mu26 plants compared to the Wt ones under P condition. Under +P conditions, 58% and 42% incensement were observed in total and free phosphate content. In addition, the dry weight biomass increased 3 folds in the mutant plants compared to the wild type, respectively. On the other hand, the results showed the improvement of morphological and physiological characteristics in OE26 plants compared to Wt plants in both environmental conditions. Our result demonstrated that maintaining cellular phosphorus homeostasis in Arabidopsis plant requires the interaction of important phosphatases such as AtPAP26 with phosphate transporter in Pi stress conditions. These findings can be use in production of plants with the ability to absorb the minimum amount of phosphorus for plant growth under phosphorus stress.