Tek Hücreli Bir Kırmızı Alg’de Nitrat Asimilasyonunun Altında Yatan Moleküler ‘Ekip Çalışması’
Azot, bitki büyümesi ve gelişmesinde rol alan temel bileşenlerden birisidir. Bitkiler genellikle çevreden aldıkları nitrat veya amonyum formunda ki azotu alır ve sırasıyla nitrat veya amonyum asimilasyon genlerinin ürünleri yardımıyla amino asitlere asimile ederler. Transkripsiyon faktörleri (TF’ler) bu aktiviteyi düzenlerken, nitrojen seviyelerindeki değişikliklere bağlı olarak nitrat asimilasyon oranı da değişir. Azot’un eksik olduğu durumlarda, bu TF’ler nitrat asimilasyon genlerinin ekspresyonunu pozitif yönde düzenler.
Aynısı, transkripsiyonu incelemek için fotosentetik yüksek organizmaların mükemmel bir modeli olarak hizmet eden tek hücreli bir organizma olan kırmızı alg Cyanidioschyzon merolae için de geçerlidir. ‘CmMYB1’ olarak adlandırılan TF’nin nitrojenin tükendiği durumlarda nitrat asimilasyonundan sorumlu genlerin kopyalamasında görev aldığı bilinmesine rağmen; nitrojenin bulunduğu durumlarda nasıl bir çalışma mekanizması olduğu açık değildir.
Bu bilmeceyi ele almak için, Frontiers in Plant Science’da yayınlanan bir çalışmada, Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden (Tokyo Tech) ve diğer enstitülerden çalışmaya katılan araştırma ekibi; +N koşulu altında C. merolae’de CmMYB1’in düzenlenmesini kontrol eden moleküler mekanizmaları araştırdı. Çalışmanın baş araştırmacısı Sousuke Imamura, “Önceki çalışmalarımız sayesinde, CmMYB1’in aktivitesinin kendisinin düzenleyici bir bölge ve/veya CmMYB1 bağlayıcı proteinlerle ilişkili olduğunun farkındaydık ve bu nedenle yaptığımız çalışmada CmMY tanımlamaya çalıştık.” Şeklinde açıklıyor.
Ekip bunu yapmak için, önce CmMYB1’in olmadığı C. merolae suşları üreterek, bunları farklı kesik CmMYB1 dizileri içeren plazmitlerle dönüştürdüler. Daha sonra, +N koşulu altında nitrat asimile edici genleri dowm regüle etmekten ve sonuç olarak transkripsiyonu inhibe etmekten sorumlu anahtar bölge olarak 311-380 pozisyonları arasında bir CmMYB1 dizisini tanımlandı. Kantitatif polimeraz zincir reaksiyonlarına dayanan diğer analizler, +N koşulu altında CmMYB1’in anahtar bölgesinden yoksun olan suşta bu genlerin transkript seviyelerinin arttığını gösterdi. Bu yeni diziyi CmMYB1’in ‘negatif alanı’ (ND) olarak etiketlediler.
Ayrıca, ND’nin +N koşulu altında CmMYB1’in hücre altı lokalizasyonunu ve promotör bağlama kapasitesini kontrol ettiğini bulmuşlardır. Kromatin immünopresipitasyon analizleri, +N koşulu altında CmMYB1’in nitrat asimile edici genlerin promotör bölgelerine bağlanma kapasitesini azaltmada ND’nin rolünü doğruladı.
ND’nin rolü netleştikçe ekip, ND’nin düzenlenmesinde yer alan proteinleri belirlemeye karar verdi. Bunu yapmak için, aşırı ND ifade eden bir suş oluşturdular ve Tohoku Üniversitesi’nden araştırmacılarla işbirliği içinde potansiyel ND bağlayıcı proteinlerin bir listesini elde etmek için immünopresipitasyon ve kütle spektrometrisi analizleri gerçekleştirdiler. Son olarak, mayalarla yapılan ikili hibrit analizleriyle, CmMYB1’in ND’si ile etkileşime giren ‘CmNDB1’ adlı bilinmeyen bir işleve sahip yeni bir protein tanımladılar.
Bir CmNDB1’in bulunmadığı suşu kullanarak yapılan çeşitli analizlerle; CmNDB1’in silinmesinin CmMYB1’in nükleer lokalizasyonu ile sonuçlandığını ve +N koşulu altında CmMYB1’in promotör bağlama kapasitesinin azaldığını keşfettiler. Ayrıca, CmNDB1 silinmesinin, +N koşulu altında nitrat asimilasyon genlerinin transkripsiyonunu arttırdığını keşfettiler.
Özetlemek gerekirse, hem ND hem de CmNDB1, +N koşulu altında CmMYB1’in aktivitesini negatif olarak kontrol eder, sitoplazmada lokalizasyonunu kolaylaştırır ve transkripsiyonlarını down regüle etmek için nitrat asimile edici genlerin promotör bölgelerine bağlanmasını bastırır. Bu bulguların sonuçlarını tartışan Profesör Imamura, “Yaptığımız çalışma, +N koşulu altında nitrat asimilasyon genlerinin transkripsiyonunun düzenlenmesinin arkasındaki mekanizmaları ortaya çıkaran ilk çalışmadır. Bu yenilikçi sonuçlar, bu alandaki araştırmaların ilerlemesinde önemli ölçüde yardımcı olabilir. “Dedi.
CmMYB1 ve CmNDB1 proteininin kritik ND bölgesinin belirlenmesi, C. merolae’de nitrat asimilasyonunun düzenlenmesinin anlaşılmasına yardımcı olan kilit taşlardır. CmMYB1 ve/veya CmNDB1’in translasyon sonrası modifikasyonlarının araştırılması gibi daha ileri çalışmalar, nitrat asimilasyonunun düzenlenmesini sadece bu kırmızı algde değil, aynı zamanda diğer fotosentetik organizmalarda da daha iyi anlamak için önemlidir.
Kaynak: sciencedaily.com
