Regulation of strigolactone biosynthetic genes in arabidopsis thaliana under phosphate starvation

Strigolaktonlar karotenoidlerden eldi edilen bir tür bitki hormonu grubudur. Rizosfere salındıklarında simbiyotik arbüsküler mikorizal mantar için bir dallanma faktörü ve kök parazitik bitkileri için çimlenme faktörü olarak ikili bir rol oynarlar. Bitkilerde strigolakton biyosentezinin çevresel regülasyonu topraktaki fosfat mevcudiyeti tarafından kontrol edilir. Önceki çalışmalar düşük fosfat mevcudiyetinin bitkilerin strigolakton biyosentezini arttırmasına sebep olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, strigolakton biyosentezinin düzenlenmesindeki epigenetik mekanizmalar neredeyse tamamen incelenmemiş olarak kalmaktadır. Histone acetilasyonun ve deacetilasyonun fosfat açlığına olan tepkideki rolünü gösteren çalışmalara dayanarak, fosfat açlığı tarafından gen ifadelerinin artması nedeniyle strigolakton biyosentez genlerinin histon deacetilaz enzimleri tarafından regüle edildiği hipotezinin ortaya attık. Histon deasetilaz enzimleri strigolakton biyosentez genlerinin regülasyonundaki rollerini ortaya çıkarmak için Trichostatin A (TSA) kimyasal olarak inhibide edildi. Bu amaçla, strigolakton biyosentez yolağındaki ilk enzimi kodlayan Dwarf 27 (D27) geninin anlatımı dört farklı koşul altında incelendi. Ayrıca fosfat açlığı cevabının regülasyonundaki görev alan histone deacetylase 19 (HDA19) geninin anlatımı da incelendi. Bitkilerin büyüdüğü koşullar, normal koşullar (+Pi), fosfat yetersiz koşullar (-Pi), TSA uygulamasıyla birlikte normal koşullar (+Pi + TSA), TSA uygulamasıyla birlikte fosfat yetersiz koşullar (-Pi + TSA). Histon deasetilazların TSA ile inhibisyonu D27 geninin anlatımında normal koşullara kıyasla 3.37 kat artışa sebep olmuştur. Elde ettiğimiz sonuçlar histon deasetilaz enzimlerinin, normal koşullar altında anlatımlarını baskılayarak, strigolakton biyosentez genlerinin regülasyonunda görev alıyor olabileceğini kanıtlamaktadır. Mevcut çalışma, hala büyük ölçüde incelenmemiş bir alan olarak kalan strigolakton biyosentez genlerinin regülasyonunun moleküler mekanizmalarına ilişkin önemli bir katkıda bulunmaktadır. Histon deasetilazların hedeflerinin ve az sayıda bilinen strigolakton biyosentez geni regülatörleriyle olan olası etkileşimlerinin açığa çıkarılması için daha ileri çalışmalar gerekmektedir. Anahtar Kelimeler: Arabidopsis thaliana, Strigolaktonlar, Fosfat açlığı, Histon deasetilasyonu

Strigolactones are a cluster of carotenoid-derived signalling molecules which recently discovered to be plant hormone. When the plants released SLs into rhizosphere, they are utilized by symbiotic arbuscular mycorrhizal fungi as a branching factor, but also exploited by root parasitic plants as a germination stimulant for their seeds. Environmental regulation of strigolactone biosynthesis is governed by the phosphate availability in the soil. Previous studies showed that low phosphate availability causes plants to increase strigolactone biosynthesis. However, epigenetic mechanisms in the modulation of strigolactone biosynthesis remain almost completely uninvestigated. Based upon the previous studies that showed the function of histone deacetylation in regulating phosphate starvation, we hypothesized that strigolactone biosynthesis genes are regulated by histone deacetylases because of their up-regulation by phosphate starvation. Histone deacetylase enzymes was chemically inhibited by Trichostatin A (TSA) to reveal whether they regulate strigolactone biosynthesis. For that purpose, the expression of Dwarf 27 (D27) gene which encodes the first isomerisation enzyme in strigolactone biosynthesis pathway was assessed under four different conditions. The expression of histone deacetylase 19 (HDA19) gene which participate in the modulation of phosphate starvation response was also assessed. The conditions under which plants are grown are normal condition (+Pi), phosphate deficient condition (-Pi), normal condition with TSA (+Pi + TSA) and phosphate deficient condition with TSA (-Pi + TSA). Inhibiting histone deacetylases with TSA have caused a 3.37-fold increase in the expression of D27 compared to normal condition. Our results demonstrate that histone deacetylase enzymes are likely function in the epigenetic regulation of strigolactone biosynthesis genes, repressing their expression under normal conditions. The current study makes a valuable contribution to the molecular mechanisms behind the regulation of strigolactone biosynthesis genes, which still remain as a largely unexplored field of investigation. Further studies are called for revealing the targets of histone deacetylases and their potential interaction with the a few known regulators of strigolactone biosynthesis genes. Keywords: Arabidopsis thaliana, Strigolactones, Phosphate starvation, Histone deacetylation