Date of Award

4-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Biology

First Advisor

Dr. Synan AbuQamar

Abstract

Biotic and abiotic stresses critically influence plant survival and growth; survival depends on the ability to correctly sense and react to their environment. Certain environmental stresses must be overcome through careful manipulation of internal levels, and of the resulting signaling cascades. Hormones signaling networks and the crosstalk among each respective hormone signaling pathway are principle for response mediation via transcriptional reprogramming or altered signaling pathways. The long-term objective is to determine how plants sense biotic stresses, and how hormone signaling networks control and direct plant responses to the fungal pathogen Botrytis cinerea. This research aims to identify commonly regulated genes in Arabidopsis thaliana that responses to both B. cinerea and four selected hormones to ultimately improve the understanding of biotic stress responses and resistance in plants. The specific aims were to: (1) identify regulated genes in response to B. cinerea infection, salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA), ethylene (ET), and abscisic acid (ABA); and (2) determine common up-and down-regulated genes in response to B. cinerea infection and the photohormones in Arabidopsis> These goals were accomplished by analyzing publicly available microarray data of Arabidopsis differentially-expressed genes (DEGs) in response to B. cinerea, SA, methyl jasmonate (MeJA), 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC; the ET natural precursor), and ABA. This analysis of microarray data revealed 6.9% of genes were up-regulated and 5.3% of genes were down-regulated at 18 hours post-infection with B. cinerea. Between 6.1 – 7.2% of genes were induced upon individual treatments of SA, MeJA, ACC, or ABA, with 9% and 1.2% of genes identified as commonly up-regulated and down-regulated genes, respectively, for all hormone treatments and B. cinerea together. Of these DEGs, most belong to biological functional binding proteins (i.e. transcription factors) or proteins related to cellular transport. Arabidopsis expression profiling of defense regulated genes in response to B. cinerea and hormone stresses aims to improve the understanding of how plants cope with biotic stresses on the transcriptional level and will help identify potential up- and down-regulated genes involved in Arabidopsis defense against the pathogen. This study could lead to the introduction of novel defense genes into crops, or to utilize genes already present in the organism to subtly modify the hormonal signaling cascade in response to B. cinerea, improving these crops’ resistance to B. cinerea infections. Changes in hormone regulations through gene expression following exposure to B. cinerea would allow a marketable and responsible solution to improving crop resistance to B. cinerea.

Comments

يتأثر بقاء النبات ونموه تأثراً كبيراً بالضغوطات الحيوية واللاحيوية. للتغلب والتكيف على الإجهادات البيئة، تعتمد النباتات على الهرمونات وذلك لقدرتها على التحكم في التنبهات الداخلية في النباتات. تعتبر الشبكات الهرمونية والتداخل بين هذه المسارات مهمة لإستجابة النبات للإجهادات عن طريق التحكم في إعادة البرمجة عبر النسخ أو تغيير مسارات التأثير. يمكن الهدف في هذا البحث على المدى الطويل هو تحديد كيفية شعور النباتات بالإجهاد الحيوي، وكيف تستثار شبكات التنبهات الهرمونات النباتية للإستجابة لفطر البوترايتس سينيريا. يهدف هذا البحث إلى التعرف على استجابة الجينات المشتركة المنظمة النباتية لكل من بوترايتس سينيريا وأربعة هرمونات مختارة في نبات الاريبادوبسيس، لتحسين فهم مقاومة الإجهاد الحيوي ف النباتات في نهاية المطاف. ولأجل ذلك، كانت الأهداف المحددة على النحو التالي: (1) تحديد الجينات الخاضعة للرقابة استجابة لعدوى البوترايتس سينيريا، وحمض الساليسيليك، وحمض الجاسمونيك، والإثيلين، وحمض الاباسيك، (2) تحديد الجينات المشتركة استجابة لعدوى البوترايتس سينيريا الهرمونات النباتية في نبات الاريبادوبسيس. لذلك تم تحليل الميكرو أري للبيانات المتاحة من الجينات المعبرة بشكل تفاضلي في الاريبادوبسيس استجابا للبوترايتس سينيريا وغيره من الهرمونات النباتية. فقد تم الكشف عن طريق الميكروأري أن 6.9% من الجينات كانت منظمة بشكل تصاعدي 5.3% من الجينات قد خضعت للتنظيم التنازلي خلال ل 18 ساعة بعد الإصابة للبوترايتس سينيريا. وهذا ما كان بين 6.1 – 7.2 % من الجينات محرضا على علاجات فردية لحمض الساليسيلك مع 9% و1.2% من الجينات التي تم تحديدها على أنها جينات شائعة التنظيم التصاعدي والتنظيم التنازلي، على التوالي، لجميع المعاملات الهرمون وللبوترايتس سينيريا معا. ينتمي معظم هؤلاء التنظيمات التصاعدية التنازلية إلى بروتينات الربط الوظيفية البيولوجية (أي عوامل النسخ) أو البروتينات المرتبطة بالنقل الخلوي. يهدف تعبير الاريبادوبسيس عن الجينيات الخاضعة للدفاع استجابة لضغط البوترايتس سينيريا الهرمونات إلى فهم التعامل النباتات مع الضغوط الحيوية على المستوى والمشاركة في دفاع عن العوامل الممرضة. يمكن أن تؤدي هذه الدراسة إلى إدخال جينات دفاعية جديدة في المحاصيل، أو الاستفادة من الجينات الموجودة بالفعل في الكائن الحي لتعديل سلسلة الإشارات الهرمونية بمهارة استجابة للبوترايتس سينيريا، مما يؤدي إلي تحسين مقاومة هذه المحاصيل لعدوى هذا الفطر. أن التغييرات في تنظيم الهرمونات من خلال التعبير الجيني بعد التعرض البوترايتس سينيريا ستتيح حلا قابلا للتسويق والمسؤول لتحسين مقاومة المحا صيل البوترايتس سينيريا بشكل عام.

Download

Share

COinS