Mutantní typy rostlin s nedostatkem chlorofylu b jsou často využívány ve vědeckých experimentech k výzkumu fotosyntetického aparátu. Chlorofyl b má vliv na množství procesů probíhajících v rostlině, mimo jiné ovlivňuje efektivitu a stavbu fotosyntetického aparátu. V diplomové práci byly na základě experimentálních dat srovnávány rostliny ječmene setého (Hordeum vulgare L., cv. Bonus) a jeho mutantní formy chlorina f2f2, která je specifická nedostatkem chlorofylu b. Hodnoceny byly obsahy pigmentů, fluorescenční parametry chlorofylu a, redoxní stav P700 a plastocyaninu a elektroforetické separace proteinových komplexů tylakoidních membrán. Analýza pigmentů ukázala, že chlorina má snížené množství chlorofylů a a b a karotenoidů oproti přirozenému genotypu ječmene. Na základě hodnocení fluorescenčních parametrů velmi rychlé fluorescenční indukce bylo zjištěno, že chlorina má nižší účinnost fotochemie fotosystému II a menší zastoupení světlosběrných antén než přirozený genotyp ječmene setého. Tyto výsledky odpovídaly zjištěné limitaci účinnosti fotochemie fotosystému I u chloriny na donorové straně elektronového transportního řetězce. Z výsledků měření zhášecí a relaxační analýzy vyplynulo, že chlorina má jinou kinetiku zhášecích procesů než přirozený genotyp a že zhášecí procesy se na zpracování energie podílejí odlišným způsobem. Z elektroforetických separací pigment-proteinových komplexů tylakoidních membrán bylo zřejmé, že chlorina netvoří superkomplexy fotosystému II a světlosběrných komplexů II, které byly typické pro přirozeně se vyskytující genotyp ječmene. U chloriny bylo zaznamenáno menší množství světlosběrných komplexů a odlišné složení pigment-proteinových komplexů.
Anotace v angličtině
Chlorophyll b deficient mutants are often used in scientific experiments to investigate the photosynthetic apparatus. Chlorophyll b affects a number of processes taking place in plants, including the efficiency and structure of photosynthetic apparatus. Based on experimental data, plants of barley (Hordeum vulgare L., cv. Bonus) and its mutant chlorina f2f2 were compared in the diploma thesis. Pigment contents, parameters of chlorophyll fluorescence, and redox state of P700 and plastocyanin, and electrophoretic separation of protein complexes of the thylakoid membranes were evaluated. Analysis of pigments showed that chlorina had a reduced content of chlorophyll a and b and carotenoids compared to wild type barley. Based on the fluorescence parameters of very fast fluorescence induction, it was found that chlorina has lower efficiency of the photochemistry of photosystem II and smaller amount of the light-harvesting complexes than the natural genotype of barley. These results corresponded to the observed limitation in electron transfer in photosystem I donor side in chlorina. The results of quenching and relaxation analysis showed that chlorina had different quenching kinetics than wild type and that the quenching processes participated differently in energy dissipation. From the electrophoretic separations of pigment-protein complexes of thylakoid membranes, it was clear that chlorina did not form supercomplexes made of photosystem II and light-harvesting complex II, which are typical in the naturally occurring barley genotype. For chlorina, smaller amounts of light-harvesting complexes and different compositions of pigment-protein complexes were noted.
Klíčová slova
chlorina, fluorescence chlorofylu, fotochemie, fotosystém I, fotosystém II, světlosběrný komplex, zhášení fluorescence
Klíčová slova v angličtině
chlorina, chlorophyll fluorescence, fluorescence quenching, light-harvesting complex, photochemistry, photosystem I, photosystem II
Rozsah průvodní práce
65 s. (112 651 znaků)
Jazyk
CZ
Anotace
Mutantní typy rostlin s nedostatkem chlorofylu b jsou často využívány ve vědeckých experimentech k výzkumu fotosyntetického aparátu. Chlorofyl b má vliv na množství procesů probíhajících v rostlině, mimo jiné ovlivňuje efektivitu a stavbu fotosyntetického aparátu. V diplomové práci byly na základě experimentálních dat srovnávány rostliny ječmene setého (Hordeum vulgare L., cv. Bonus) a jeho mutantní formy chlorina f2f2, která je specifická nedostatkem chlorofylu b. Hodnoceny byly obsahy pigmentů, fluorescenční parametry chlorofylu a, redoxní stav P700 a plastocyaninu a elektroforetické separace proteinových komplexů tylakoidních membrán. Analýza pigmentů ukázala, že chlorina má snížené množství chlorofylů a a b a karotenoidů oproti přirozenému genotypu ječmene. Na základě hodnocení fluorescenčních parametrů velmi rychlé fluorescenční indukce bylo zjištěno, že chlorina má nižší účinnost fotochemie fotosystému II a menší zastoupení světlosběrných antén než přirozený genotyp ječmene setého. Tyto výsledky odpovídaly zjištěné limitaci účinnosti fotochemie fotosystému I u chloriny na donorové straně elektronového transportního řetězce. Z výsledků měření zhášecí a relaxační analýzy vyplynulo, že chlorina má jinou kinetiku zhášecích procesů než přirozený genotyp a že zhášecí procesy se na zpracování energie podílejí odlišným způsobem. Z elektroforetických separací pigment-proteinových komplexů tylakoidních membrán bylo zřejmé, že chlorina netvoří superkomplexy fotosystému II a světlosběrných komplexů II, které byly typické pro přirozeně se vyskytující genotyp ječmene. U chloriny bylo zaznamenáno menší množství světlosběrných komplexů a odlišné složení pigment-proteinových komplexů.
Anotace v angličtině
Chlorophyll b deficient mutants are often used in scientific experiments to investigate the photosynthetic apparatus. Chlorophyll b affects a number of processes taking place in plants, including the efficiency and structure of photosynthetic apparatus. Based on experimental data, plants of barley (Hordeum vulgare L., cv. Bonus) and its mutant chlorina f2f2 were compared in the diploma thesis. Pigment contents, parameters of chlorophyll fluorescence, and redox state of P700 and plastocyanin, and electrophoretic separation of protein complexes of the thylakoid membranes were evaluated. Analysis of pigments showed that chlorina had a reduced content of chlorophyll a and b and carotenoids compared to wild type barley. Based on the fluorescence parameters of very fast fluorescence induction, it was found that chlorina has lower efficiency of the photochemistry of photosystem II and smaller amount of the light-harvesting complexes than the natural genotype of barley. These results corresponded to the observed limitation in electron transfer in photosystem I donor side in chlorina. The results of quenching and relaxation analysis showed that chlorina had different quenching kinetics than wild type and that the quenching processes participated differently in energy dissipation. From the electrophoretic separations of pigment-protein complexes of thylakoid membranes, it was clear that chlorina did not form supercomplexes made of photosystem II and light-harvesting complex II, which are typical in the naturally occurring barley genotype. For chlorina, smaller amounts of light-harvesting complexes and different compositions of pigment-protein complexes were noted.
Klíčová slova
chlorina, fluorescence chlorofylu, fotochemie, fotosystém I, fotosystém II, světlosběrný komplex, zhášení fluorescence
Klíčová slova v angličtině
chlorina, chlorophyll fluorescence, fluorescence quenching, light-harvesting complex, photochemistry, photosystem I, photosystem II
Zásady pro vypracování
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie (http://biochemie.upol.cz/index.php/cs/studium/zaverecne-prace).
Vzhledem k nouzovému stavu platnému v době odevzdání závěrečných prací ve školním roce 2019/2020 je student povinen vložit ekvivalentní elektronickou podobu závěrečné práce do systému STAG a doplnit povinné údaje o své práci (viz Opatření děkana Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci k provedení některých ustanovení Studijního a zkušebního řádu UP v Olomouci a Rigorózního řádu UP v Olomouci).
Dva svázané výtisky obsahujících CD s elektronickou verzí závěrečné práce student odevzdá přímo zkušební komisy v den obhajoby.
- Vypracovat přehled problematiky zaměřený na stavbu a funkčnost fotosyntetického aparátu u mutantů se sníženým obsahem chlorofylu b.
- Zvládnout metodiky izolace tylakoidních membrán a elektroforetických separací pigment-proteinových komplexů.
- Zvládnout metodiku měření redoxního stavu P700 a plastocyaninu.
- Naučit se metodiku relaxační analýzy kvantových výtěžků fotochemických a nefotochemických procesů u fotosystému II.
- Pomocí výše uvedených metod a pomocí metod zvládnutých již pro bakalářskou práci:
o velmi rychlé indukce chlorofylové fluorescence,
o zhášecí analýzy kvantových výtěžků fotochemických a nefotochemických procesů u fotosystému II a
o stanovení obsahu chlorofylů i karotenoidů
provést měření na rostlinách přirozeného i mutovaného genotypu.
- Zpracovat výsledky experimentů, zhodnotit a porovnat je s literaturou.
Zásady pro vypracování
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie (http://biochemie.upol.cz/index.php/cs/studium/zaverecne-prace).
Vzhledem k nouzovému stavu platnému v době odevzdání závěrečných prací ve školním roce 2019/2020 je student povinen vložit ekvivalentní elektronickou podobu závěrečné práce do systému STAG a doplnit povinné údaje o své práci (viz Opatření děkana Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci k provedení některých ustanovení Studijního a zkušebního řádu UP v Olomouci a Rigorózního řádu UP v Olomouci).
Dva svázané výtisky obsahujících CD s elektronickou verzí závěrečné práce student odevzdá přímo zkušební komisy v den obhajoby.
- Vypracovat přehled problematiky zaměřený na stavbu a funkčnost fotosyntetického aparátu u mutantů se sníženým obsahem chlorofylu b.
- Zvládnout metodiky izolace tylakoidních membrán a elektroforetických separací pigment-proteinových komplexů.
- Zvládnout metodiku měření redoxního stavu P700 a plastocyaninu.
- Naučit se metodiku relaxační analýzy kvantových výtěžků fotochemických a nefotochemických procesů u fotosystému II.
- Pomocí výše uvedených metod a pomocí metod zvládnutých již pro bakalářskou práci:
o velmi rychlé indukce chlorofylové fluorescence,
o zhášecí analýzy kvantových výtěžků fotochemických a nefotochemických procesů u fotosystému II a
o stanovení obsahu chlorofylů i karotenoidů
provést měření na rostlinách přirozeného i mutovaného genotypu.
- Zpracovat výsledky experimentů, zhodnotit a porovnat je s literaturou.
Seznam doporučené literatury
Bossmann, B., Knoetzel, J., Jansson, S. (1997): Screening of chlorina mutants of barley (Hordeum vulgare L.) with antibodies against light-harvesting proteins of PS I and PS II: Absence of specific antenna proteins. Photosynth. Res. 52, 127136.
Färber, A., Jahns, P. (1998): The xanthophyll cycle of higher plants: influence of antenna size and membrane organization. Biochim. Biophys. Acta 1363, 4758.
Ghirardi, M.L., McCauley, S.W., Melis, A. (1986): Photochemical apparatus organization in the thylakoid membrane of Hordeum vulgare wild type and chlorophyll b-less chlorina f2 mutant. Biochim. Biophys. Acta 851, 331339.
Havaux, M., Dall'Osto, L., Bassi, R. (2007): Zeaxanthin has enhanced antioxidant capacity with respect to all other xanthophylls in Arabidopsis leaves and functions independent of binding to PSII antennae. Plant Physiol. 145, 15061520.
Havaux, M., Tardy, F. (1997): Thermostability and photostability of photosystem II in leaves of the chlorina-f2 barley mutant deficient in light-harvesting chlorophyll a/b protein complexes. Plant Physiol. 113, 913923.
Król M., Spangfort, M.D., Huner, N.P.A., Öquist, G., Gustafsson, P., Jansson, S. (1995): Chlorophyll a/b-binding proteins, pigment conversions, and early light-induced proteins in a chlorophyll b-less barley mutant. Plant Physiol. 107, 873883.
Lazár, D. (2006): The polyphasic chlorophyll a fluorescence rise measured under high intensity of excitation light. Funct. Plant Biol. 33, 930.
Lazár, D. (2015): Parameters of photosynthetic partitioning. J. Plant Physiol. 175, 131147.
Leverenz, J.W., Oquist, G., Wingsle, G. (1992): Photosynthesis and photoinhibition in leaves of chlorophyll b-less barley in relation to absorbed light. Physiol. Plant. 85, 495502.
Mueller, A.H., Dockter, C., Gough, S.P., Lundqvist, U., von Wettstein, D., Hansson, M. (2012): Characterization of mutations in barley fch2 encoding chlorophyllide a oxygenase. Plant Cell Physiol. 53, 12321246.
Nezval, J., Štroch, M., Materová, Z., Špunda, V., Kalina, J. (2017): Phenolic compounds and carotenoids during acclimation of spring barley and its mutant Chlorina f2 from high to low irradiance. Biol. Plant. 61, 7384.
Peng, C., Duan, J., Lin, G., Gilmore, A.M. (2002): Correlation between photoinhibition sensitivity and the rates and relative extents of xanthophyll cycle de-epoxidation in chlorina mutants of barley (Hordeum vulgare L.). Photosynthetica 40, 503508.
Stirbet, A., Lazár, D., Kromdijk, J., Govindjee (2018): Chlorophyll a fluorescence induction: Can just a one-second measurement be used to quantify abiotic stress responses?. Photosynthetica 56, 86104.
Štroch, M., Čajánek, M., Kalina, J., Špunda, V. (2004): Regulation of the excitation energy utilization in the photosynthetic apparatus of chlorina f2 barley mutant grown under different irradiances. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 75, 4150.
Štroch, M., Lenk, S., Navrátil, M., Špunda, V., Buschmann, C. (2008): Epidermal UV-shielding and photosystem II adjustment in wild type and chlorina f2 mutant of barley during exposure to increased PAR and UV radiation. Environ. Exp. Bot. 64, 271278.
Tyutereva, E.V., Ivanova, A.N., Voitsekhovskaja, O.V. (2014): On the role of chlorophyll b in ontogenetic adaptations of plants. Biol. Bull. Rev. 4, 507514.
Tyutereva, E. V., Evkaikina, A. I., Ivanova, A. N. Voitsekhovskaja, O. V. (2017): The absence of chlorophyll b affects lateral mobility of photosynthetic complexes and lipids in grana membranes of Arabidopsis and barley chlorina mutants. Photosynth. Res. 133, 357370.
Voitsekhovskaja, O.V., Tyutereva, E.V. (2015): Chlorophyll b in angiosperms: Functions in photosynthesis, signaling and ontogenetic regulation. J. Plant Physiol. 189, 5164.
A další literatura dle pokynů vedoucí práce.
Seznam doporučené literatury
Bossmann, B., Knoetzel, J., Jansson, S. (1997): Screening of chlorina mutants of barley (Hordeum vulgare L.) with antibodies against light-harvesting proteins of PS I and PS II: Absence of specific antenna proteins. Photosynth. Res. 52, 127136.
Färber, A., Jahns, P. (1998): The xanthophyll cycle of higher plants: influence of antenna size and membrane organization. Biochim. Biophys. Acta 1363, 4758.
Ghirardi, M.L., McCauley, S.W., Melis, A. (1986): Photochemical apparatus organization in the thylakoid membrane of Hordeum vulgare wild type and chlorophyll b-less chlorina f2 mutant. Biochim. Biophys. Acta 851, 331339.
Havaux, M., Dall'Osto, L., Bassi, R. (2007): Zeaxanthin has enhanced antioxidant capacity with respect to all other xanthophylls in Arabidopsis leaves and functions independent of binding to PSII antennae. Plant Physiol. 145, 15061520.
Havaux, M., Tardy, F. (1997): Thermostability and photostability of photosystem II in leaves of the chlorina-f2 barley mutant deficient in light-harvesting chlorophyll a/b protein complexes. Plant Physiol. 113, 913923.
Król M., Spangfort, M.D., Huner, N.P.A., Öquist, G., Gustafsson, P., Jansson, S. (1995): Chlorophyll a/b-binding proteins, pigment conversions, and early light-induced proteins in a chlorophyll b-less barley mutant. Plant Physiol. 107, 873883.
Lazár, D. (2006): The polyphasic chlorophyll a fluorescence rise measured under high intensity of excitation light. Funct. Plant Biol. 33, 930.
Lazár, D. (2015): Parameters of photosynthetic partitioning. J. Plant Physiol. 175, 131147.
Leverenz, J.W., Oquist, G., Wingsle, G. (1992): Photosynthesis and photoinhibition in leaves of chlorophyll b-less barley in relation to absorbed light. Physiol. Plant. 85, 495502.
Mueller, A.H., Dockter, C., Gough, S.P., Lundqvist, U., von Wettstein, D., Hansson, M. (2012): Characterization of mutations in barley fch2 encoding chlorophyllide a oxygenase. Plant Cell Physiol. 53, 12321246.
Nezval, J., Štroch, M., Materová, Z., Špunda, V., Kalina, J. (2017): Phenolic compounds and carotenoids during acclimation of spring barley and its mutant Chlorina f2 from high to low irradiance. Biol. Plant. 61, 7384.
Peng, C., Duan, J., Lin, G., Gilmore, A.M. (2002): Correlation between photoinhibition sensitivity and the rates and relative extents of xanthophyll cycle de-epoxidation in chlorina mutants of barley (Hordeum vulgare L.). Photosynthetica 40, 503508.
Stirbet, A., Lazár, D., Kromdijk, J., Govindjee (2018): Chlorophyll a fluorescence induction: Can just a one-second measurement be used to quantify abiotic stress responses?. Photosynthetica 56, 86104.
Štroch, M., Čajánek, M., Kalina, J., Špunda, V. (2004): Regulation of the excitation energy utilization in the photosynthetic apparatus of chlorina f2 barley mutant grown under different irradiances. J. Photochem. Photobiol. B Biol. 75, 4150.
Štroch, M., Lenk, S., Navrátil, M., Špunda, V., Buschmann, C. (2008): Epidermal UV-shielding and photosystem II adjustment in wild type and chlorina f2 mutant of barley during exposure to increased PAR and UV radiation. Environ. Exp. Bot. 64, 271278.
Tyutereva, E.V., Ivanova, A.N., Voitsekhovskaja, O.V. (2014): On the role of chlorophyll b in ontogenetic adaptations of plants. Biol. Bull. Rev. 4, 507514.
Tyutereva, E. V., Evkaikina, A. I., Ivanova, A. N. Voitsekhovskaja, O. V. (2017): The absence of chlorophyll b affects lateral mobility of photosynthetic complexes and lipids in grana membranes of Arabidopsis and barley chlorina mutants. Photosynth. Res. 133, 357370.
Voitsekhovskaja, O.V., Tyutereva, E.V. (2015): Chlorophyll b in angiosperms: Functions in photosynthesis, signaling and ontogenetic regulation. J. Plant Physiol. 189, 5164.
A další literatura dle pokynů vedoucí práce.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
V úvodu obhajoby předsedkyně komise doc. RNDr. Lenka Luhová, Ph.D. představila studentku přítomným akademickým pracovníkům a hostům. V rámci prezentace své práce Změny fotosyntetického aparátu u mutanta ječmene s nefunkční biosyntézou chlorofylu b studentka seznámila všechny zúčastněné s cíli práce a hlavními metodami využitými při jejím zpracování, dále se získanými výsledky a z nich vyplývajícími závěry.
Následně byl přečten posudek vedoucího práce a oponentský posudek. Studentka zodpověděla dotazy položené v posudku vedoucího i oponenta. Odpověděla také na dotazy členů zkušební komise:
doc. Marek Petřivalský: Jak by šlo otestovat, zda je homogenní populace semen použitých v experimentu?