Proteomic comparison of «Arabidopsis thaliana» under high and low nitrogen fertilization

• Main Author: Dias, Keith
• Other Authors: Mark Lefsrud (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Agriculture - Plant Physiology
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=110688

Nitrogen (N) and the levels of N in plants play a vital role in the physiology, regulating their development and metabolism. We grew Arabidopsis thaliana under agronomic conditions at low (6 mg N/L) and high (106 mg N/L) N fertilizer regimes, maintaining a constant NO3-N to NH4-N ratio (3:1). Using a shotgun mass spectrometry proteomics approach, multi-dimensional protein identification technology (MudPIT), we characterized a total of 2134 reproducibly identified proteins shared between the two N treatments. By statistical analysis in both treatments we found 37 differentially expressed proteins that satisfied both the AC test and the FDR q-value specified cutoffs, where 18 proteins were down regulated and 19 proteins were up regulated under low and high N treatments. We also found 35 differentially expressed proteins that are statistically important but did not satisfy the q- test. These differentially expressed proteins appear to have roles in glycolysis, metabolic, developmental, and signaling processes, or protein binding, transport and nucleic acid binding. The proteins associated with glycolysis indicate glutamine metabolism is of major importance in the plant N economy since it provides N to young developing tissues. Our study indicates that under varying N level treatments, proteins responsible for glutamate synthase (GOGAT), glutamine synthase (GS), and dehydrogenase activity (DH) that serve as enzymes to catalyze a link between carbohydrate and amino acid metabolism are up regulated. Thus, this study has enabled us to apply comparative shotgun proteomics to characterize A. thaliana at the proteomic level and will provide the tools necessary to provide an improved understanding of how and what up-regulates and down regulates different proteins under varying environmental conditions. === La fertilisation en azote (N) et la teneur en N des plantes ont un rôle clef dans leur physiologie, régulant leur développement et métabolisme. Tout en gardant un rapport de NO3-N à NH4-N de 3:1, des plants d'Arabidopsis thaliana (L.) Heynh furent cultivés sous deux régimes de fertilisation: bas (6 mg N/L) et élevé (106 mg N/L). Utilisant une technique protéomique en vrac par spectrométrie de masse et une technologie d'identification multidimensionnelle des protéines (MudPIT), nous avons pu caractériser un total de 2134 protéines identifiées de façon récurrente comme apparaissant dans les deux traitements de fertilisation azotée. Une analyse statistique des deux traitements a indiqué la présence de 37 protéines différentiellement exprimées, satisfaisant à la fois le test Audic-Claverie (AC) et le seuil de valeur q dans l'estimation du taux d'erreur (FDR). De celles-ci, 18 protéines furent régulées à la baisse lors des traitements à haut ou bas niveau de N, et 19 furent régulées à la hausse dans les mêmes circonstances. En plus, 35 protéines différentiellement exprimées du point de vue statistique ne passèrent tout de même pas le test de la valeur q. Les protéines différentiellement exprimées semblent avoir des rôles dans les processus de glycolyse, de métabolisme, de développement, de signalisation, et de transport, ainsi que dans la liaison des protéines et des acides nucléiques. Une analyse des protéines associées à la glycolyse indique que le métabolisme de la glutamine est d'une importance majeur dans l'économie en N de la plante, puisqu'il fournit l'azote aux jeunes tissus en voie de développement. Notre étude indique que, sous différents niveaux de fertilisation en N, les protéines responsables pour l'activité glutamate synthétase (GOGAT), glutamine synthétase (GS), et déshydrogénase (DH), servant comme enzymes dans la catalyse du lien entre les voies de métabolisme des glucides et celui des acides aminés, sont régulés à la hausse. Ainsi, cette étude nous permettra d'utiliser une technique protéomique en vrac comparative afin de caractériser A. thaliana au niveau protéomique, et nous fournira les outils nécessaires à mieux comprendre quelles protéines sont régulées à la hausse ou à la baisse sous différentes conditions environnementales et comment cette régulation est mise en œuvre.