Abstract
Russian Ornithine aminotransferase (OAT) catalyzes transfer of the delta-amino group from L-ornithine to oxo-glutarate. In plants, this reaction biochemically connects urea cycle, proline cycle, and polyamine biosynthesis pathway. OAT activity is shown to be associated with biotic and abiotic stress responses and nitrogen metabolism, but its physiological role is still unclear. In our study, we decided to investigate transcriptional regulation of the OAT gene in Arabidopsis thaliana under normal conditions and in response to various growth regulators. In the present work, the reporter gene construct containing the Escherichia coli β-glucuronidase gene (gus) under control of the A. thaliana OAT gene promoter was introduced into the genome of A. thaliana ecotype Columbia plants using the floral dip method; GUS activity was assayed in different experimental conditions including hormone treatment, low and high nitrogen and salinity. The GUS activity was analyzed histochemically. Plants were incubated with staining solution containing X-Gluc. We show that under standard growth conditions, the promoter is active during germination and in developing floral organs. OAT promoter activity specifically activates in response to different forms of auxin (IAA, NAA, and 2,4D), cytokinin (6- BAP), ethylene precursor (ACC), high nitrogen and salinity. Analysis of the OAT expression by qRT-PCR confirmed the pattern observed using the GUS reporter system. The OAT gene showed a significantly elevated expression in fourday- old seedlings and in plant roots in response to auxins and cytokinins. The analysis of the OAT promoter structure reveals cis-acting regulatory DNA elements associated with auxin regulation and abiotic stresses. The results of the study indicate that the OAT gene is involved in developmental processes and is regulated by auxin and cytokinins. Фермент орнитинаминотрансфераза (OAT) катализирует перенос дельта-аминогруппы от L-орнитина на альфа-кетоглутарат. В растениях эта реакция связывает цикл мочевины, пролина и путь биосинтеза пролина. В литературе активность OAT связывают с ответом на биотические и абиотические стрессы, метабо- лизмом азота, но физиологическая роль этого фермента до сих пор остается неясной. В нашем исследовании мы изучали транскрипционную регуляцию гена OAT в Arabisopsis thaliana в нормальных условиях и в ответ на различные ростовые регуляторы. Репортерная конструкция, содержащая ген β-глюкуронидазы (gus) Escherichia coli под контролем промотора гена OAT из A. thaliana была интродуцирована в геном растений A. thaliana. Актив- ность GUS оценивалась в различных экспериментальных условиях, включающих воздействие гормонов, низких и высоких содержаний азота, солевой стресс. Для выявления активности GUS мы использовали гистохимический метод, растения обрабатывали раствором, содержащим X-Gluc. В нормальных условиях промотор был активен при прорастании семени и в развивающихся пестиках и пыльниках. Промотор гена OAT специфично активиру- ется в ответ на различные формы ауксина (IAA, NAA, 2,4D), цитокинина (6-BAP), предшественника этилена (ACC), высокие концентрации азота и NaCl. Результаты анализа экспрессии гена ОАТ соответствуют наблюдаемому пат- терну активности промотора, полученному с использованием репортерной системы GUS. Экспрессия гена OAT значимо повышалась в четырехдневных проростках и в ответ на ауксины и цитокинины. При анализе структуры промотора гена OAT обнаружены цис-элементы, связанные с ответами на ауксин и абиотические стрессы. Наши результаты позволяют сделать вывод о связи гена ОАТ с процессами развития растений и о его регуляции аукси- нами и цитокининами.