Paprastosios saulėgrąžos sėklų apdorojimo šalta plazma poveikis daigų proteomai

Abstract

Sėklų apdorojimas fizikiniais veiksniais yra nauja technologija taikoma agrikultūroje siekiant padidinti sėklų daigumą, daigumo greitį, augimo greitį, duodamą derlių ir kitas savybes. Vienas tokių apdorojimo fizikiniais veiksniais būdas – tai sėklų apdorojimas šalta plazma (ŠP) prieš sėją. Nors atlikta nemažai tyrimų tiriančių apdorojimo poveikio efektyvumą daigumui ir augimo greičiui, molekuliniai mechanizmas sukeliantys šiuos pokyčius nėra išaiškinti. Siekiant nustatyti molekulinius mechanizmus vykstančius atsako į stresą metu įvertinti baltymo raiškos lygio pokyčiai modeliniame augale – paprastojoje saulėgrąžoje (Helianthus Annuus). Tirti proteomos pokyčiai sukelti „Nyķrségi fekete“ veislės sėklas apdorojus ŠP 4 min (ŠP4). Pokyčiai tirti dviejų savaičių daigų šaknyse ir sėklaskiltėse, bei 4 savaičių daigų lapuose. Taip pat įvertintas apdorojimo ŠP4 poveikis 2 savaičių daigų morfologiniams rodikliams – šaknų ir kotelių ilgiui. Sėklos daigintos sudrėkintame durpių substrate ir reguliuojamos temperatūros bei šviesos/tamsos ciklo kameroje. Įvertinus morfologinius pokyčius nustatyta, kad apdorojimas ŠP4 poveikio stebelių ilgiui neturėjo, tačiau pastebėtas teigiamas poveikis daigų šaknims - iš apdorotų sėklų sudygę daigai turėjo 8,68% ilgesnias šaknis. Baltymų raiškos pokyčiai tirti saulėgrąžos daigų šaknyse, sėklaskiltėse ir lapuose. Baltymų atskyrimui buvo naudojama 2D poliakrilamido gelio elektroforezė ( 2-D-PAGE), o baltymų identifikacijai masių spektrometrijos metodas (MS). Šaknyse aptikta 67 pakitusios raiškos proteoformos iš kurių 26 padidėjusios ir 41 sumažėjusios raiškos proteoformos. Identifikuoti pavyko 30 skirtingų baltymų iš 31 proteoformos. Įvertinus diferencinės raiškos po poveikio ŠP 4 min. baltymų funkcijas nustatyta, kad daigų lapuose pakito baltymų susijusių su fotosintezę kiekiai, sėklaskiltėse padaugėjo baltymo iPGAM1, kuris svarbus glikolizei. Šaknyse padaugėjo su glikolizės procesu ir atsaku į patirtą stresą susijusių baltymų.

Seed treatment with physical factors is new technology used in agriculture to improve seed germination, germination speed, seedling growth rate, harvest yield and other properties. Seed treatment with cold plasma (CP) is one of those physical factors. A number of research projects have been published analysing CP treatment effectivness on seed germination and seedling growth rate, however molecular mechanisms that cause these changes have not been found out. In order to analyse effects stress factors have on molecular level we analysed changes induced in differential protein expression of the model plant – common sunflower (Helianthus annuus). We analysed proteome changes induced to “Nyķrségi fekete“ breed sunflower after pre-sowing seed treatment using cold plasma 4 min. We looked at proteome changes in 2 weeks old seedling roots and cotyledons, 4 weeks old seedling leaves and morphological changes in 2 weeks old seedlings – root and stem length. Seed were germinated in wet peat substrate and grown in controlled enviroment with set day/night cycle and temperature. Seedling morphology analysis showed that treatment with CP 4 min had positive effect on root length – seedling from treated seeds had 8,68% longer roots. CP treatment had no effect on the seedling stem length. Proteome changes were analysed in 2 weeks old seedlings’ roots and cotyledons as well as 4 weeks old seedlings’ leaves. Differential protein expression was assesed using 2D-PAGE. We found 67 defferentially expressed proteoforms in roots 21 of them had increased abundance and 41 reduced abundance. We identified 30 different proteins from 31 proteoforms. After protein string analysis using analogical A. thaliana genes we found 4 function clusters: response to abiotic stress, glicolysis and glycogenesis, DNR repair and methylation reactions.