The study of oxidative stress response in Xanthomonas spp.
18
Issued Date
2023
Copyright Date
1999
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xviii, 212 leaves : ill.
ISBN
9746629816
Access Rights
restricted access
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (Ph.D. (Biotechnology))--Mahidol University, 1999
Suggested Citation
Paiboon Vattanaviboon The study of oxidative stress response in Xanthomonas spp.. Thesis (Ph.D. (Biotechnology))--Mahidol University, 1999. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/88426
Title
The study of oxidative stress response in Xanthomonas spp.
Alternative Title(s)
การศึกษากลไกการต้านทานต่อ Oxidative stress ในแบคทีเรียแซนโทโมนาส
Author(s)
Abstract
Xanthomonas is one of the important genus of phytopathogenic bacteria. In order to successfully colonize the host plant, pathogens must overcome oxidative stress generated as the initial plant defense response. The response to exogenous oxidative stress in Xanthomonas was investigated. Exposure of X. oryzae pv. oryzae (Xoo) as well as X. campestris pv. phaseoli (Xp) to sublethal doses of H2O2 confers protection to H2O2 killing (adaptive response). No adaptive response to tert-butylhydroperoxide (tBOOH) or superoxide generator menadione (MD) was observed. However, exposure to low doses of tBOOH induced cross-protection against H2O2 killing. Pre-treatment with MD conferred cross-protection against H2O2 and tBOOH killing. The levels of protection against H2O2 killing were correlated with their ability to induce catalase. Both adaptive and cross-protective responses require de novo protein synthesis. Pretreatment of Xp with low inducing concentrations of thiol reagents such as N-Ethylmaleimide (NEM) and diamide induced resistance to H2O2 killing. Thiol reagent-induced responses required a functional redox sensor/transcription activator oxyR and were absent in an oxyR mutant. By contrast, NEM pretreatment enhanced the killing effects of organic peroxide. Hydroxyl radical was a major reactive oxygen species involved in H2O2 killing of Xp. Compounds capable of absorbing hydroxyl radicals (glycerol and DMSO) protected Xp from H2O2 killing but not from killing by MD and tBOOH. Addition of ferrous ions to Xp suspension in water potentiated H2O2 killing. On the other hand, pre-treatment of Xp with an iron chelator showed no protective effects and H2O2 killing was actually enhanced. Xp possessed at least two distinct isozymes of monofuctional catalases, denoted Kat1 and Kat2. Kat1 was expressed throughout the growth phase and could be induced in response to exposure to oxidative stresses in the manner of functional oxyR dependence. Kat2 expression was specific to stationary phase of growth. The Xanthomonas-specific kat fragment was amplified from Xp genomic DNA. This specific kat probe was used as a DNA probe to screen a functional kat gene from Xp genomic library constructed in a ZipLox phage vector by plaque hybridization. By this method, a katE gene encoding Kat2 was cloned and characterized. KatE deduced amino acid sequence shows high degree of identity to group II bacteria monofunctional catalase. The role of katE against external peroxide and superoxide killing was evaluated in a mutant strain lacking functional katE. No significant differences were observed in either log or stationary phase cells. The level of total catalase activity in the katE mutant was similar to that of wild type even in stationary phase cells. This result implies the existence of a compensatory mechanism between two catalase isozymes.
แซนโทโมนาสเป็นแบคทีเรียที่เป็นสาเหตุสำคัญของการก่อโรคในพืช การที่แบคทีเรียจะเจริญได้ ในพืชนั้นจะต้องต้านทานต่อสภาวะ oxidative stress ซึ่งเป็นกลไกการป้องกันเบื้องต้นที่พืชสร้างขึ้น ในการศึกษาการตอบสนองต่อสภาวะ oxidative stress ในแบคทีเรียกลุ่มนี้พบว่าเมื่อกระตุ้น Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) และ Xanthomonas campestris pv. phaseoli (Xp) ด้วยสาร H2O2 ซึ่งไม่พบการตอบสนองแบบนี้เมื่อกระตุ้นแบคทีเรียด้วยสาร tert-butylhydroperoxide (tBOOH) หรือสารที่สร้าง superoxide เช่น menadione (MD) อย่างไรก็ตาม การกระตุ้นด้วย MD จะเหนี่ยวนำให้เกิด cross protection ต่อ H2O2 และ tBOOH โดยที่ระดับ ของความต้านทานต่อ H2O2 สัมพันธ์โดยตรงต่อระดับเอนไซม์ catalase นอกจากนี้ ความต้านทาน ของ Xp ต่อการฆ่าด้วยสาร H2O2 ยังสามารถเหนี่ยวนำด้วยสารไธออล เช่น N-ethylmaleimide (NEM) และ diamide โดยการเหนี่ยวนำด้วยสารไธออลต้องอาศัยยีน oxyR ซึ่งเป็น redox sensor และ transcriptional regulator แต่กระตุ้น Xp ด้วย NEM กลับทำให้เซลไวต่อสาร tBOOH มากขึ้น Hydroxyl radical เป็น reactive oxygen species ที่เกี่ยวข้องกับการออกฤทธิ์ของ H2ฯ2 ใน การทำให้เซล Xp ตาย โดยพบว่าสารที่ดูดซับ hydroxyl radical เช่น กลีเซอรอล และ DMSO สามารถ ป้องกัน Xp จากการฆ่าด้วยสาร H2O2 แต่สารเหล่านี้ไม่สามารถป้องกัน Xp จากการทำลาย ด้วย MD และ tBOOH ได้ การเพิ่ม ferrous ions ลงในน้ำที่มี Xp แขวนลอยอยู่จะเพิ่มอัตราการฆ่า ด้วยสาร H2O2 ในทางตรงกันข้ามการเพิ่ม iron chelator นอกจากจะไม่ช่วยป้องกันพิษของ H2O2 ยังกลับเพิ่มอัตราการฆ่าของ H2O2 อีกด้วย Catalase เป็นเอนไซม์ที่สำคัญในการทำลายพิษของ H2O2 Xp สร้าง catalase ประเภท monofuctional อย่างน้อยสองไอโซไซม์คือ Kat1 และ Kat2 โดยที่ Kat1 จะถูกสร้างตลอดระยะของการ เจริญและสามารถเหนี่ยวนำให้แสดงออกมากขึ้นได้โดยการกระตุ้นด้วยสาร oxidants ในลักษณะที่ขึ้น กับการทำงานของยีน oxyR ในขณะที่ Kat2 จะถูกสร้างในระยะ stationary phase เท่านั้น ยีน katE ที่ code Kat2 ได้ถูกแยกจาก genomic library ของ Xp มาวิเคราะห์ลำดับเบสและกรด อะมิโน สามารถจัด Xp Kat2 ให้อยู่ในกลุ่มของ atypical catalase จากการศึกษาเปรียบเทียบ บทบาทของ katE ใน Xp กลายพันธุ์ที่สูญเสียการทำงานของ katE กับ Xp wild type พบว่าระดับของ catalase และความไวต่อสาร oxidants ไม่แตกต่างกันแสดงว่ามีกลไกการชดเชย ระหว่างไอโซไซม์ Kat1 และ Kat2
แซนโทโมนาสเป็นแบคทีเรียที่เป็นสาเหตุสำคัญของการก่อโรคในพืช การที่แบคทีเรียจะเจริญได้ ในพืชนั้นจะต้องต้านทานต่อสภาวะ oxidative stress ซึ่งเป็นกลไกการป้องกันเบื้องต้นที่พืชสร้างขึ้น ในการศึกษาการตอบสนองต่อสภาวะ oxidative stress ในแบคทีเรียกลุ่มนี้พบว่าเมื่อกระตุ้น Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) และ Xanthomonas campestris pv. phaseoli (Xp) ด้วยสาร H2O2 ซึ่งไม่พบการตอบสนองแบบนี้เมื่อกระตุ้นแบคทีเรียด้วยสาร tert-butylhydroperoxide (tBOOH) หรือสารที่สร้าง superoxide เช่น menadione (MD) อย่างไรก็ตาม การกระตุ้นด้วย MD จะเหนี่ยวนำให้เกิด cross protection ต่อ H2O2 และ tBOOH โดยที่ระดับ ของความต้านทานต่อ H2O2 สัมพันธ์โดยตรงต่อระดับเอนไซม์ catalase นอกจากนี้ ความต้านทาน ของ Xp ต่อการฆ่าด้วยสาร H2O2 ยังสามารถเหนี่ยวนำด้วยสารไธออล เช่น N-ethylmaleimide (NEM) และ diamide โดยการเหนี่ยวนำด้วยสารไธออลต้องอาศัยยีน oxyR ซึ่งเป็น redox sensor และ transcriptional regulator แต่กระตุ้น Xp ด้วย NEM กลับทำให้เซลไวต่อสาร tBOOH มากขึ้น Hydroxyl radical เป็น reactive oxygen species ที่เกี่ยวข้องกับการออกฤทธิ์ของ H2ฯ2 ใน การทำให้เซล Xp ตาย โดยพบว่าสารที่ดูดซับ hydroxyl radical เช่น กลีเซอรอล และ DMSO สามารถ ป้องกัน Xp จากการฆ่าด้วยสาร H2O2 แต่สารเหล่านี้ไม่สามารถป้องกัน Xp จากการทำลาย ด้วย MD และ tBOOH ได้ การเพิ่ม ferrous ions ลงในน้ำที่มี Xp แขวนลอยอยู่จะเพิ่มอัตราการฆ่า ด้วยสาร H2O2 ในทางตรงกันข้ามการเพิ่ม iron chelator นอกจากจะไม่ช่วยป้องกันพิษของ H2O2 ยังกลับเพิ่มอัตราการฆ่าของ H2O2 อีกด้วย Catalase เป็นเอนไซม์ที่สำคัญในการทำลายพิษของ H2O2 Xp สร้าง catalase ประเภท monofuctional อย่างน้อยสองไอโซไซม์คือ Kat1 และ Kat2 โดยที่ Kat1 จะถูกสร้างตลอดระยะของการ เจริญและสามารถเหนี่ยวนำให้แสดงออกมากขึ้นได้โดยการกระตุ้นด้วยสาร oxidants ในลักษณะที่ขึ้น กับการทำงานของยีน oxyR ในขณะที่ Kat2 จะถูกสร้างในระยะ stationary phase เท่านั้น ยีน katE ที่ code Kat2 ได้ถูกแยกจาก genomic library ของ Xp มาวิเคราะห์ลำดับเบสและกรด อะมิโน สามารถจัด Xp Kat2 ให้อยู่ในกลุ่มของ atypical catalase จากการศึกษาเปรียบเทียบ บทบาทของ katE ใน Xp กลายพันธุ์ที่สูญเสียการทำงานของ katE กับ Xp wild type พบว่าระดับของ catalase และความไวต่อสาร oxidants ไม่แตกต่างกันแสดงว่ามีกลไกการชดเชย ระหว่างไอโซไซม์ Kat1 และ Kat2
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Department
Faculty of Science
Degree Discipline
Biotechnology
Degree Grantor(s)
Mahidol University