Növényi elektrofiziológiai mérések alkalmazása a NO és az alacsony extracelluláris kálium tartalom sztómaműködésben betöltött szerepének feltárásában = Application of electrophysiological recordings in plant cells in order to reveal the role of NO and low extracellular potassium levels in stomatal function

摘要

Ifjúsági OTKA pályázatom kutatási célja a növényi zárósejtek működésének és szabályozásának mélyebb megértése volt. Arra kerestem a választ, hogy a zárósejtek befelé egyenirányító kálium csatornájának (KAT1) aktivitását a drasztikusan csökkenő extracelluláris kálium tartalom hogyan befolyásolja. A német kutatópartnerrel együttműködve KAT1-pEGFP-N2 plazmidot HEK293 heterológ expressziós rendszerbe transzfektáltunk, és a csatornaáramot whole-cell üzemmódban detektáltuk. Megállapítottuk, hogy a KAT1 áram redukciója nem a kapuzás megváltozásával, hanem a működő csatornák számának csökkenésével áll összefüggésben. A folyamat élettani fontossága a szubmillimoláris külső kálium koncentráció esetén a kálium kiszivárgás megakadályozásában rejlik. A kutatásom második felében a nitrogén monoxid (NO) hatását vizsgáltam a zárósejtek membrántranszportja és fotoszintézise tekintetében. Megállapítottam, hogy a homotetramer KAT1 csatorna közvetlenül, még a magas (100 μM) NO koncentráció esetén sem inaktiválódik. A NO közvetített Ca2+-függő szabályozási út a KAT1 homotetramer esetén nem érvényesül. Intakt borsó levelek fotoszintézisének vizsgálatával megállapítottam, hogy a NO a primér töltésszeparációt a QA és QB kötőhely közötti vashoz kapcsolódva in vivo lassítja, gátolja a QA- és a vízbontó komplex S2 állapota közötti töltésrekombinációt. Sejtszintű klorofill fluoreszcencia indukció mérésével zárósejtekben is igazoltam a NO lineáris elektrontranszportlánc gátló hatását. | The scientific goal of my junior OTKA tender was to further understand the function and regulation of guard cells. I examined how the activity of a potassium inward rectifier channel of guard cells (KAT1) is influenced by the drastically decreasing extracellular potassium content. Co-operating with the German research partner, KAT1-pEGFP-N2 plasmids were transfected into HEK293 cells, and the channel currents were recorded in the whole-cell mode. Our results indicate that the reduction of KAT1 current is not related to the gating mechanism, but to the reduction of the number of functional channels. The physiological role of the process in case of submillimolar external potassium resides in the arrest of potassium leaking. In the second part of my research, the influence of nitric oxide (NO) on guard cell membrane transport and photosynthesis was tested. I found that the homotetramer KAT1 channel does not inactivate even at high (100 μM) NO concentrations. The NO mediated Ca2+-dependent pathway does not prevail in the case of KAT1 homotetramer. Investigation of the photosynthesis of intact pea leaves showed that NO slows down the charge separation in vivo by binding to the iron between QA and QB binding site, and impedes charge recombination of QA- with the S2 state of the water-oxidizing complex. Inhibiting effect of NO on electron transport chain was also confirmed in guard cells by the measurement of chlorophyll fluorescence induction at cellular level.