IDENTIFICATION OF GENES REGULATED IN RESPONSE TO Cu EXPOSURE IN Brassica nigra L.

Abstract

Copper (Cu) is one of the essential trace metals required for plant growth. High amount of Cu in the media inhibits plant growth and is toxic to the plants. Brassica nigra L., a Cu accumulator, can tolerate a high amount of Cu and have specific mechanisms to relocate Cu within the cell compartments and keep the toxic amount of Cu away from the cytoplasm. This study aimed to evaluate the Cu-induced gene expression pattern of B. nigra Diyarbakir ecotype subjected to low Cu treatment. The Arabidopsis ATH1 genome array was used to determine the Cu-induced gene expression in the leaves of B. nigra grown at 25 µM Cu. Ninety-five genes were upregulated, and seventy-two genes were downregulated in the leaves of plants grown under 25 µM Cu. Cu responsive genes, such as glutathione S-transferase, glutathione reductase, heavy metal transporters, natural resistance-associated macrophage proteins, cytochrome p450, MYB-like transcription factor, copper/zinc, and Fe superoxide dismutases, and some protein kinases were highly expressed in the leaves of Cu-treated plants. The present work provides the global gene expression pattern in facultative metallophyte B. nigra, which could serve as a molecular tool for future phytoremediation studies.

Özet

Bakır (Cu), bitki büyümesi için gerekli olan temel eser metallerden biridir. Ancak, ortamdaki yüksek miktarda Cu, bitkide toksik etki göstererek büyümeyi olumsuz yönde etkilemektedir. Diğer bir yandan, Cu akümülatörü olan Brassica nigra L., sahip olduğu özel mekanizmalar ile yüksek Cu miktarlarını akümüle edebilmekte ve bu metali farklı hücre bölümlerine taşıyarak sitoplazmadan uzaklaştırabilmektedir. Bu çalışmada, B. nigra’nın düşük Cu seviyesindeki gen anlatım profilinin tespiti amaçlanmıştır. Düşük Cu seviyesinde yetiştirilen B. nigra'nın yapraktaki Cu ile indüklenen gen anlatım profili Arabidopsis ATH1 genom çipi kullanılarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, B. nigra’da 95 gen yukarı regüle ve 72 gen aşağı regüle olarak tanımlanmıştır. Glutatyon S-transferaz, glutatyon redüktaz, ağır metal taşıyıcılar, doğal dirençle ilişkili makrofaj proteinleri, sitokrom p450, MYB-gibi transkripsiyon faktörü, bakır/çinko ve Fe süperoksit dismutazlar gibi Cu ile ilişkili bazı genlerin ve bazı protein kinazların yüksek oranda anlatımının olduğu saptanmıştır. Bu çalışma, fakültatif metalofit olarak tespit edilen B. nigra' nın global gen anlatım profilini sunmakta olup, moleküler bir araç olarak ileriki fitoremediasyon çalışmaları için yardımcı olacaktır.