Proteomic Changes During Boron Tolerance in Barley (hordeum Vulgare) and the Role of Vacuolar Proton-Translocating Atpase Subunit E

Abstract

Boron is an essential micronutrient for plants and animals; however, it can be toxic when present at high concentrations. The purpose of this study was to understand the mechanisms of boron tolerance in the Turkish barley (Hordeum vulgare) Anadolu cultivar. For this purpose, 2-dimensional electrophoresis (2-DE) was used to screen differentially expressed proteins for both control and boron-stressed Anadolu barley genotypes. Seven proteins were revealed by 2-DE: 1) ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCo large chain), 2) TLP5, a thaumatin-like protein, 3) PR5, a basic pathogenesis-related protein, 4) a RNase S-like protein, 5) a PSI type III chlorophyll a/b-binding protein, 6) a light-harvesting complex I LHC I, and 7) the vacuolar proton-translocating ATPase subunit E protein. These were found to be upregulated in response to boron treatment. Even though the protein encoded by the V-ATPase subunit E gene was overexpressed, its transcript level was downregulated by boron treatment. Heterologous expression of the barley V-ATPase subunit E gene in yeast provided boron resistance to yeast cells. These results indicated that the V-ATPase subunit E gene was functional and conferred tolerance to toxic boron levels in yeast and might play a role in the overall boron tolerance of barley. © TÜBITAK.Bor, bitkiler ve hayvanlar için gerekli olan mikrolementlerdendir. Ancak yüksek konsantrasyonlarda toksik etki göstermektedir. Bu çalışmada bora dayanıklı Anadolu arpa (Hordeum vulgare) genotipindeki bor tolerans mekanizmasının anlaşılması amaçlanmıştır. Kontrol ve bor stresi uygulanmış ve Anadolu genotipi arasındaki farklı seviyede ekspres olan proteinleri taramak için 2 boyutlu elektroforez tekniği uygulanmıştır. İki boyutlu elektroforez deneyi sonucu ekspresyon seviyesi artan yedi protein bulunmuştur: ribuloz 1,5-bifosfat karboksilaz/oksijenaz büyük zincir, thaumatin benzeri protein TLP5, patojenaz benzeri protein PR5, RNaz S benzeri protein, PSI tipi III a/bbağlayıcı protein, ışık toplayan kompleks protein I LHC I ve vakuol proton translokasyon ATPaz alt birim E. V-ATPaz alt birim E geni tarafından kodlanan proteinin seviyesinin bor uygulaması ile artmasına rağmen, genin transkript seviyesi azalmıştır. Arpa V-ATPaz alt birim E geninin maya hücrelerinde ifadenlenmesi maya hücrelerine bora karşı dayanıklılık sağlamıştır. Bu sonuçlar, V-ATPaz alt birim E geninin mayada fonksiyonel olduğunu ve maya hücrelerine, toksik bor seviyelerine karşı dayanıklılık sağladığını ve de arpada bor toleransında bir rolü olabileceğini göstermektedir.