Skip to main content
SUPERVISOR
Aghafakhr Mirlohi,Azar Shahpiri
اقافخر میرلوحی فلاورجانی (استاد مشاور) آذر شاه پیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayed reza Deljoonia
سیدرضا دلجونیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

The Effect of Heterologous Expression of Three Isoforms of Rice (Oryza sativa) Metallothionein on The Tolerance of Escherichia coli to Oxidative Stresses
Metallothioneins (MTs) are an superfamily of low-molecular-weight, cysteine (Cys)-rich proteins present in plants, animals, fungi and cyanobacteria. In plants, MTs are suggested to be involved in metal tolerance or homeostasis, as they are able to bind metal ions through the thiol groups of their cysteine residues. Recent reports show that MTs are also involved in the scavenging of reactive oxygen species (ROS). However the mechanism that MTs regulate ROS is not still completely clear. Therefore in this work the activities of catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) as two main antioxidant enzymes in Escherichia coli were studied in the presence of different plant MT isoforms. Previously four rice (Oryza sativa) MT isoforms OsMTI, OsMTI-2a, OsMTI-3a and OsMTII-1a that belong to type 1, type 2, type 3 and type 4, respectively, were heterologously expressed in Escherichia coli as carboxyl-terminal extensions of glutathione-S-transferase (GST). The four strains expressing these 4 isoforms were grown in LB medium containing 1- 3 mM hydrogen peroxide or 4-6 % ethanol. The tolerance of cells expressing recombinant proteins were compared to control strain (The strain that produce GST) by plotting their growth curve. The results showed that the tolerance of bacteria expressing MT is considerably more than that in control strain suggesting the role of heterologous expression of plant MTs in tolerance of bacteria against oxidative stress. The activities of catalase and SOD in the strains expressing MTs as well as control strain were determined. The enzyme assay showed that the activities of both CAT and SOD in strains expressing MTs were higher than that in control strain. However the activity of CAT differs in different strains which may indicate that different MT isoforms have different effects on the activity of CAT. In addition, In vitro study of the effect of MT isoforms on CAT and SOD activities were analyzed. To this end the recombinant Zn 2+ -MT and Fe 2+ -MT were expressed by addition of either Zn 2+ or Fe 2+ 20 min after addition of IPTG to the transgenic strains. The soluble proteins were extracted 4h after addition of IPTG and were purified using affinity chromatography. Then the pure MTs were added to total protein which was extracted from control strain and then the activities of CAT and SOD were analyzed. The results show that while the activity of SOD was increased in the presence of Zn 2+- MT, the activity of CAT was not changed. However the activity of CAT increased in the presence of Fe 2+ -MT. Therefore the results suggest that MTs play important role as supplier of Fe 2+ and Zn 2+ for CAT and SOD, respectively.
متالوتیونین ها (MTs) یک خانواده پروتئینی با وزن مولکولی پایین و غنی از سیستئین هستند که در گیاهان، جانوران، قارچ ها و سیانوباکتری ها یافت می شوند. در گیاهان این خانواده پروتئینی نقش مهمی در هموستازی فلزات از طریق اتصال به فلزات به عهده دارند. اخیرا نقش این پروتئینها در محافظت سلول در برابر استرسهای اکسیداتیو نیز گزارش شده است. با این حال مکانیسم عمل این خانواده پروتئینی در پاکسازی گونه های واکنش گر اکسیژنی هنوز به طور واضح مشخص نمی باشد. بنابراین در این مطالعه هدف بررسی تاثیر ایزوفرم های مختلف MT گیاهی بر فعالیت آنزیم کاتالاز (CAT) و سوپراکسید دیسموتاز (SOD) به عنوان دو آنزیم آنتی اکسیدان مهم در موجودات زنده بود. قبلا چهار ایزوفرم مختلف MT از گیاه برنج به نام OsMT1، OsMT2، OsMT3 و OsMT4 که به ترتیب به تیپ 1، 2، 3 و 4 تعلق داشتند به صورت هترولوگ در باکتری E. coli به همراه شریک الحاقی با GST تولید شدند. در این مطالعه به منظور بررسی نقش MT در ایجاد مقاومت به استرسهای اکسیداتیو سویه های تولید کننده این چهار ایزوفرم مختلف در محیط کشت حاوی 1-3 میلی مولار پراکسید هیدروژن و 4-6 درصد اتانول رشد داده شدند. القا کننده IPTG جهت القای پروموتر به منظور بیان پروتئین ها به محیط کشت اضافه شد. منحنی رشد این سویه ها به همراه منحنی رشد سویه شاهد که فاقد ژن MT بود و فقط GST تولید می کرد رسم شد. منحنی های رشد نشان داد سویه های تولید کننده ایزوفرم های مختلف MT مقاومت بالاتری در شرایط استرس نسبت به سویه شاهد دارند. فعالیت CAT و SOD نیز در این سویه ها مورد اندازه گیری قرار گرفت. فعالیت این دو آنزیم در همه سویه های تولید کننده MT نسبت به فعالیت این دو آنزیم در سویه های شاهد بالاتر بود. که این موضوع نشان دهنده تاثیر بیان هترولوگ MT در فعالیت این دوآنزیم می باشد. همچنین فعالیت آنزیم CAT در سویه های بیان کننده ایزوفرم های مختلف MT متفاوت بود که این موضوع می تواند نشان دهنده تاثیر متفاوت ایزوفرم های مختلف MT باشد. تاثیر MT بر فعالیت دو آنزیم CAT و SOD در محیط این ویترو نیز مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور پروتئین های Zn 2+ -OsMT3 و Fe 2+ -OsMT3 با رشد سویه تولید کننده در محیط کشت حاوی Zn 2+ یا Fe 2+ و با اضافه کردن IPTG تولید شد. با توجه به حضور His.Tagدر این پروتئینها با استفاده از کروماتوگرافی جذبی، خالص سازی آنها انجام شد. از طرفی دیگر سویه شاهد در محیط حاوی پراکسید هیدروژن رشد داده شد و پروتئین محلول کل از این باکتری استخراج شد. فعالیت CAT و SOD در این پروتئین کل یک بار بدون اضافه کردن MT و بار دیگر با اضافه کردن Zn 2+- MT و Fe2+-MT اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که بر خلاف Zn 2+ -MT که تاثیری بر فعالیت CAT نداشت فعالیت این آنزیم به طور قابل توجهی در حضور Fe 2+ -MT بالا رفت. فعالیت آنزیمی SOD نیز در حضور Zn 2+ -MT افزایش یافت. این نتایج نشان می دهد که دلیل افزایش فعالیت دو آنزیم CAT و SOD شاید این باشد که پروتئین های Zn 2+ -MT و Fe 2+ -MT به ترتیب توانسته اند به عنوان منبع Zn 2+ و Fe 2+ برای دو آنزیم SOD به عنوان یک متالو آنزیم حاوی Zn 2 + و CAT به عنوان آنزیم حاوی Fe 2+ عمل نمایند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی