UMO-2020/04/X/NZ9/00037 w ramach konkursu „MINIATURA 4”

Szlak sygnałowy brasinosteroidów (BR) regulowany jest przez kaskadę reakcji zależnych od kinaz i fosfataz. Rodzina kinaz syntazy glikogenu (ang. Glycogen Synthase Kinase 3, GSK3), wśród których najlepiej poznano funkcję kinazy BIN2 (ang. Brassinosteroid Insensitive 2) w rzodkiewniku zwyczajnym (Arabidopsis thaliana L.) i jej ortologa w ryżu, tj. OsGSK2 (Oryza sativa L.), determinuje m. in. aktywność czynnika transkrypcyjnego BZR1 (ang. Brassinazole Resistant 1). Homeostaza pomiędzy aktywnością GSK3 a BZR1 reguluje rozwój roślin, a jej zaburzenie wpływa na deregulację rozwoju, m. in. poprzez zmiany fenotypu roślin. Bikinina (ang. BIN2 Kinase Inhibitor) jest syntetycznym inhibitorem specyficznym dla motywów LEYV i MEYV, charakterystycznych odpowiednio dla drugiej oraz pierwszej i trzeciej grupy kinaz z rodziny GSK3. 

Celem projektu była identyfikacja kluczowych elementów szlaku sygnałowego BR w jęczmieniu zwyczajnym (Hordeum vulgare L.), uprawianym w warunkach: optymalnych, stresu niedoboru wody (indukowany NaCl), oraz po traktowaniu bikininą w stężeniach prowadzących do zmian fenotypowych w teście odchylenia blaszki liściowej.  

Planowana analiza została wykonana z wykorzystaniem dwóch odmian jęczmienia, tj. Golden Promise i Haruna Nijo w 10-ciu wariantach eksperymentalnych. W ramach projektu wykonano analizę transkryptomu celem identyfikacji transkryptów regulowanych przez szlak sygnałowy BR oraz oznaczono aktywność kinazy GSK2 (ortolog OsGSK2) i czynnika transkrypcyjnego BZR1. Wyniki wskazują na obniżenie ekspresji genów kontrolujących szlak sygnałowy BR pod wpływem stresu, jednakże traktowanie bikininą tylko w przypadku odmiany jęczmienia o średniej tolerancji zasolenia, tj. Golden Promise indukowało ekspresję genów szlaku sygnałowego w warunkach niedoboru wody. W warunkach kontrolnych ekspresja tych genów nie ulega zmianie zarówno w Golden Promise jak i Haruna Nijo. Podobnie nie wskazano zmian w aktywności kinazy GSK2. Jednakże, analiza czynnika transkrypcyjnego BZR1 w stresie zasolenia wskazała na zmiany w ilości białka w porównaniu do warunków kontrolnych, oraz zmianę jego ilości w stresie zasolenia po traktowaniu najwyższym stężeniem bikininy. Pomimo nieznaczących zmian w ekspresji genów kontrolujących szlak sygnałowy BR, analiza transkryptomu oraz identyfikacja transkryptów o zróżnicowanej ekspresji (ang. Differentially Expressed Genes) pozwoliła na identyfikację genów regulowanych przez bikininę. Analiza ontologii genów (ang. Gene Ontology) wskazała, że transkrypty te uczestniczą w regulacji rozwoju roślin oraz odpowiedzi na stres.