Date of Award

4-2024

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Prof. Khaled Amiri

Second Advisor

Dr. Martin Poulose

Abstract

Human Arginine Vasopressin (HsAVP) is a nona-peptide that acts as an antidiuretic hormone. In human AVP regulates water permeability through the regulation of the water channel, aquaporin 2. The process begins with the binding of vasopressin to V2 receptor which activates cAMP-dependent protein kinase A (PKA). PKA phosphorylates aquaporin-2 at Ser256 and allows the aquaporin-2-containing vesicle to fuse with the apical membrane which increases water permeability. The present study describes the functional analysis of the codon-optimized HsAVP overexpressed in Arabidopsis thaliana. The main objective of the study is to assess if HsAVP affects drought and salinity stress tolerance of the transgenic A. thaliana in vitro and in soil. Among the different lines tested, transgenic line 8 (TL8) exhibited high drought tolerance in vitro as well as in soil. This plant line overexpressing HsAVP showed a significant difference (p ≤ 0.05) in the root length of the plants grown on half-strength Murashige and Skoog medium supplemented with 350 mM sorbitol compared to the wild type plants (control). The results using the quantitative real-time PCR (qRT-PCR) displayed significant differences (p ≤ 0.05) in the relative expression of HsAVP and plasma membrane intrinsic proteins (AtPIP1 and AtPIP2) in TL8 overexpressing line. In addition, the aquaporin-related genes PIP1;1, PIP1;2, PIP1;3, PIP1;5, PIP2;1, PIP2;4-2;8 showed relatively increased transcript levels in TL8 under drought stress. The data suggest that drought tolerance in HsAVP overexpression lines can be through the activation of plant aquaporin channel genes. The present study on the overexpression of HsAVP is the first in plants; thus, HsAVP can modulate the expression of different plant aquaporin channel genes to enhance abiotic stress tolerance and plant growth.

Arabic Abstract


تعبير جين الأرجينين فازوبريسين من الإنسان في الأرابيدوبسيس وتحليل وظائفه في مقاومة الجهد الحيوي

الأرجينين فازوبريسين هو هرمون مانع لإدرار البول مكون من تسعة أحماض أمينية. ينظم هذا الهرمون نفاذية المياه في الإنسان من خلال قناة الماء aquaporin-2. تبدأ عملية التنظيم بارتباط هرمون الأرجينين فازوبريسين بالمستقبل V2 مما ينشط بروتين الكاينيز A ‏cAMP-dependent protein kinase A الذي بدوره يقوم بربط مجموعة فوسفات إلى قناة الماء aquaporin-2 على الحمض الأميني سيرين 256 فيساعد على اندماج الحويصلة الحاملة لقناة الماء بغشاء الخلية مما يزيد من نفاذية المياه. في هذه الدراسة يتم وصف التحليل الوظيفي لجين الأرجينين فازوبريسين المحسن من الإنسان في نبات الأرابيدوبسيس. الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تقييم تحمل الجهد الحيوي المتمثل بالجفاف والملوحة في نبات رشاد أذن الفأر المعدل وراثياً لجين الأرجينين فازوبريسين في الأوساط الغذائية و التربة. أظهرت السلالة المعدلة وراثياً 8 (TL8) تحملاً عالياً للجفاف على الأوساط الغذائية و التربة مقارنة بالسلالات الأخرى. أظهر TL8 اختلافاً كبيراً في طول جذر النباتات المزروعة على الوسط الغذائي المزود بالمانسيتول (350 ملي مول) مقارنة بالمجموعة الغير محولة وراثياً. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ وجود اختلاف كبير في التعبير الجيني النسبي لجين الأرجينين فازوبريسين و البروتين الداخلي لغشاء البلازما (AtPIP1 and AtPIP2) في TL8 المقاس من خلال تفاعل البوليميريز المتسلسل اللحظي (qRT-PCR) مقارنة بالمجموعة الغير محولة وراثياً. حيث أظهر التعبير الجيني النسبي في TL8 ارتفاعاً في التعبير عن البروتينات الداخلية لغشاء البلازما، تحديداً PIP1;1 ،PIP1;2 ،PIP1;3 ،PIP1;5 ،PIP2;1 و PIP2;4-2;8 تحت جهد الجفاف. توضح النتائج أن تحمل الجفاف في سلالات التعبير المفرط للأرجينين فازوبريسين يحدث من خلال تنشيط جينات قنوات المياه النباتية. تعد هذه الدراسة الأولى حول زيادة تعبير الأرجينين فازوبريسين في النباتات وتؤكد أنه يمكن أن يعدل جين الأرجينين فازوبريسين التعبير الجيني لقنوات المياه النباتية المختلفة لتعزيز تحمل الجهد الحيوي ونمو النبات.

Download

Included in

Biology Commons

COinS