Impact of UVR3 photolyase in Arabidopsis thaliana on ciprofloxacin resistance

Rośliny w ciągu swojego życia narażone są na działanie mutagenów, z których to najczęściej mają styczność z promieniowaniem UV, docierającym do Ziemi wraz ze światłem potrzebnym im do fotosyntezy. Funkcję ochronną w stosunku do tego mutagenu wykazują enzymy należące do rodziny fotoliaz, wykorzystujące energię światła niebieskiego oraz promieniowania UV-A do naprawy specyficznych fotouszkodzeń DNA w formie dimerów pirymidynowych. Do tej grupy należą fotoliazy UVR3 (UV REPAIR DEFECTIVE 3) oraz PHR1/UVR2 (PHOTOLYASE 1/UV REPAIR DEFECTIVE 2), występujące u Arabidopsis thaliana. Homolog drugiej wspomnianej fotoliazy, obecny u Saccharomyces cerevisiae, jest w stanie naprawiać uszkodzenia DNA inne niż te wywoływane przez promieniowanie UV. W niniejszej pracy zbadano możliwości wymienionych roślinnych fotoliaz do przeciwdziałania efektom mutagenów innych niż promieniowanie UV na A. thaliana, rozpoczynając badania od ciprofloksacyny. Ciprofloksacyna jest popularnym antybiotykiem, wykazującym mutagenne działanie dla bakterii poprzez upośledzanie poprawnego funkcjonowania enzymów związanych z replikacją i transkrypcją DNA. Wykazuje ona także negatywny wpływ w stosunku do plastydów i mitochondriów roślin.W tym badaniu pokazano efekty, jakie ciprofloksacyna wywołuje u roślin, a także wykazano pozytywne działanie fotoliazy UVR3 na rośliny poddane działaniu tegoż mutagenu. Dodatkowo zaobserwowano zaskakujący wpływ unieczynnienia genu UVR3 u A. thaliana na liczbę oraz gęstość korzeni bocznych.

Plants during their life are subjected to the impact of mutagens, amongst which the one they most frequently come into contact with is UV radiation, reaching Earth along with light required for photosynthesis. Protective function against this mutagen is exhibited by enzymes belonging to the family of photolyases, which use blue light’s and UV-A radiation’s energy in order to repair DNA specific photodamage in form of pyrimidine dimers. This group includes photolyases UVR3 (UV REPAIR DEFECTIVE 3) and PHR1/UVR2 (PHOTOLYASE 1/UV REPAIR DEFECTIVE 2), both present in Arabidopsis thaliana. Homologue of the latter, present in Saccharomyces cerevisiae,is able to repair types of DNA damage other than ones caused by UV radiation. In this paper, the possibilities of aforementioned plant photolyases to counteract the effects of mutagens other than UV radiation on A. thaliana were examined, beginning with ciprofloxacin. Ciprofloxacin is a popular antibiotic that exhibits mutagenic effect towards bacteria by impairing the proper functioning of enzymes connected with DNA replication and transcription. It also displays negative influence on plant plastids and mitochondria. In this paper, the effects of ciprofloxacin influence on plants were displayed and the positive impact of photolyase UVR3 on plants affected by this mutagen was proven. Additionally, surprising impact of knock-out of the gene UVR3 in A. thaliana on the number and density of lateral roots was observed.