Koistinen Kaisa (FM) 14.1.2006

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Bioteknologia

Birch PR-10c -Multifunctional Binding Protein (Koivun PR-10c - Monivaikutteinen proteiini)

Vastaväittäjä: Professori Yrjö Helariutta, Helsingin yliopisto
Kustos: Professori Sirpa Kärenlampi, Kuopion yliopisto


Väitöskirjan tiivistelmä:


PR-10c -proteiinilla on useita tehtäviä koivun stressivasteissa

Väitöskirjatutkimuksessa havaittiin koivun PR-10c-proteiinin määrän lisääntyvän lehdissä ja juurissa raskasmetalli- ja/tai otsonialtistuksissa stressin lisääntyessä. Lisäksi todettiin PR-10c-proteiinin pilkkovan koivun ribonukleiinihappoa (RNA) ja sitovan useita biologisesti tärkeitä yhdisteitä, jotka toimivat mm. kasvunsääteinä. PR-10c proteiinilla näyttäisi olevan useita tehtäviä kasveissa ja se osallistunee mm. biologisesti tärkeiden yhdisteiden varastointiin ja kuljetukseen solun sisällä.

Koivun PR-10c proteiini kuuluu laajaan PR-10-proteiiniperheeseen, jonka jäseniä löytyy niin yksi- kuin kaksisirkkaisistakin kasveista. Niiden tehtäviä ei vielä tunneta kovinkaan hyvin, mutta eräiden proteiinien määrän on todettu lisääntyvän kasvin altistuessa erilaisille stressitekijöille, kuten taudinaiheuttajille tai ympäristösaasteille. PR-10-perheen merkitystä lisää se, että monet siitepölyjen ja kasviperäisten ruoka-aineiden pääallergeenit kuuluvat tähän perheeseen. Esimerkkeinä voidaan mainita koivuallergiaa aiheuttava Bet v 1 ja omena-allergiaa aiheuttava Mal d 1.

Tutkimuksen tavoitteena oli seurata raskasmetallien (kupari ja sinkki) ja otsonin aiheuttamia muutoksia PR-10c-proteiinin määrässä koivuklooneissa, jotka poikkesivat toisistaan metallinsietokyvyn suhteen. Lisäksi haluttiin selvittää tarkemmin proteiinin rakennetta ja tehtävää kasvissa. Proteiinin määrän havaittiin kohoavan kaikissa altistuksissa niin koivujen lehdissä kuin juurissakin. Proteiinin määrä lisääntyi metallipitoisuuden lisääntyessä, ja oli suurempi metalleille herkissä kuin raskasmetalleja sietävissä koivuissa. Tämä viittaa siihen, että PR-10c-proteiinin määrä riippuu koivun kokemasta stressistä. Yksinkertaisemmalla malliorganismilla eli geneettisesti muunnetulla hiivalla tehdyissä kokeissa ei kuitenkaan havaittu PR-10c-proteiinilla olevan vaikutusta hiivan metallinsietokykyyn.

Tutkimuksilla pystyttiin osoittamaan, että PR-10c sitoo monia biologisesti tärkeitä yhdisteitä, mm. sytokiniini-kasvunsäädettä ja flavonoideja. Molekyylimallituksen avulla saatiin viitteitä siitä, että proteiini pystyisi sitomaan myös esim. koivun tuohelle ominaista valkoista väriainetta betuliinia, sekä sitosterolia. Kokeissa todettiin lisäksi PR-10c-proteiinin pilkkovan koivun ribonukleiinihappoa (RNA), mutta ei deoksiribonukleiinihappoa (DNA). Tarkemmissa rakennetutkimuksissa havaittiin, että PR-10c proteiinin kysteiini-aminohappoon voi olla liittyneenä glutationi-molekyyli. Tämän muunnoksen ei havaittu vaikuttavan proteiinin ribonukleaasi-aktiivisuuteen, joten sen biologisen merkityksen selvittäminen vaatii lisätutkimuksia. On mahdollista, että glutationin kiinnittyminen lisää proteiinin kestävyyttä stressin aikana, tai glutationi toimii signaalina, joka ohjaa proteiinin kuljetusta solun sisällä.

Saatujen tulosten perusteella PR-10c-proteiinilla näyttäisi olevan useita tehtäviä kasveissa. Todennäköisesti proteiini osallistuu biologisesti tärkeiden yhdisteiden varastointiin ja kuljetukseen solun sisällä, mikä voi auttaa koivua selviytymään stressin aikana.

Tutkimus on antanut uutta tietoa koivun stressivasteista raskasmetalli- ja otsonialtistuksissa. Raskasmetalleilla saastuneita maa-alueita löytyy vanhojen kaivosalueiden ja metallisulattamoiden läheisyydestä. Tuloksilla voi olla siten laajempaakin merkitystä, koska samaan proteiiniperheeseen kuuluu useita siitepölyn ja ruoka-aineiden allergeeneja.


Väitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet. ISBN 951-27-0347-5. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä, sähköposti: yrjo.valtanen@uku.fi tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi