Medicago sativa L. ssp. je jednou z najdôležitejších a najrozšírenejších bôbovitých krmovín hospodárskych zvierat na svete. Jej výnimočnou vlastnosťou je schopnosť interagovať so symbiotickými baktériami, tvoriť koreňové hľúzky a asimilovať atmosférický dusík. Vďaka tejto vlastnosti obohacuje pôdy o dusíkaté látky, ktoré sú dostupné pre následne rastliny. Lucerna siata je týmto spôsobom schopná eliminovať a nahradiť extenzívne využívanie chemicky pripravovaných dusíkatých hnojív. Využitím transgénnej línie Medicago sativa s expresiou GFP-FABD2 je možné sledovať aktínový cytoskelet v procese symbiózy. Cieľom tejto bakalárskej práce bola regenerácia a kultiváciu transgénnych rastlín Medicago sativa v kontrolných podmienkach procesom somatickej embryogenézy a na následné určenie fenotypu získaných rastlín. Vyhodnotili sa merania dĺžok koreňových systémov transgénnych a kontrolných rastlín Medicago sativa. Výsledky ukázali, že rastliny transgénnej línie GFP-FABD2 majú mierne dlhšie koreňové systémy. Ďalej boli tieto rastliny kokultivované s baktériami Sinorhizobium meliloti a sledovali sa symbiotické interakcie týchto rastlín so zameraním na efektivitu procesu tvorby koreňových hľúzok. Výsledky ukázali, že tvorba koreňových hľúzok u transgénnej línie GFP-FABD2 bola približne dvojnásobne vyššia než u kontrolných rastlín RSY.
Anotace v angličtině
Medicago sativa L. ssp. is one of the most important and widespread forage legumes of livestock in the world. Its unique feature is the ability to interact with symbiotic bacteria, form root nodules and assimilate atmospheric nitrogen. Thanks to this property, it enriches the soil with nitrogenous substances, which are available for subsequent plants. In this way, alfalfa is able to eliminate and replace the extensive use of chemically prepared nitrogen fertilizers. Using a transgenic line Medicago sativa expressing GFP-FABD2, it is possible to monitor the actin cytoskeleton in the process of symbiosis. The aim of this bachelor thesis was the regeneration and cultivation of transgenic Medicago sativa plants under control conditions by the process of somatic embryogenesis and the subsequent determination of the phenotype of obtained plants. Measurements of the lengths of the root systems of transgenic and control Medicago sativa plants were evaluated. The results showed that plants of the transgenic line GFP-FABD2 have slightly longer root systems. Furthermore, these plants were co-cultivated with Sinorhizobium meliloti and the symbiotic interactions of these plants were monitored with a focus on the efficiency of the root nodule formation process. The results showed that the formation of root nodules in the transgenic line GFP-FABD2 was approximately twice as higher as in the control RSY plants.
Medicago sativa L. ssp. je jednou z najdôležitejších a najrozšírenejších bôbovitých krmovín hospodárskych zvierat na svete. Jej výnimočnou vlastnosťou je schopnosť interagovať so symbiotickými baktériami, tvoriť koreňové hľúzky a asimilovať atmosférický dusík. Vďaka tejto vlastnosti obohacuje pôdy o dusíkaté látky, ktoré sú dostupné pre následne rastliny. Lucerna siata je týmto spôsobom schopná eliminovať a nahradiť extenzívne využívanie chemicky pripravovaných dusíkatých hnojív. Využitím transgénnej línie Medicago sativa s expresiou GFP-FABD2 je možné sledovať aktínový cytoskelet v procese symbiózy. Cieľom tejto bakalárskej práce bola regenerácia a kultiváciu transgénnych rastlín Medicago sativa v kontrolných podmienkach procesom somatickej embryogenézy a na následné určenie fenotypu získaných rastlín. Vyhodnotili sa merania dĺžok koreňových systémov transgénnych a kontrolných rastlín Medicago sativa. Výsledky ukázali, že rastliny transgénnej línie GFP-FABD2 majú mierne dlhšie koreňové systémy. Ďalej boli tieto rastliny kokultivované s baktériami Sinorhizobium meliloti a sledovali sa symbiotické interakcie týchto rastlín so zameraním na efektivitu procesu tvorby koreňových hľúzok. Výsledky ukázali, že tvorba koreňových hľúzok u transgénnej línie GFP-FABD2 bola približne dvojnásobne vyššia než u kontrolných rastlín RSY.
Anotace v angličtině
Medicago sativa L. ssp. is one of the most important and widespread forage legumes of livestock in the world. Its unique feature is the ability to interact with symbiotic bacteria, form root nodules and assimilate atmospheric nitrogen. Thanks to this property, it enriches the soil with nitrogenous substances, which are available for subsequent plants. In this way, alfalfa is able to eliminate and replace the extensive use of chemically prepared nitrogen fertilizers. Using a transgenic line Medicago sativa expressing GFP-FABD2, it is possible to monitor the actin cytoskeleton in the process of symbiosis. The aim of this bachelor thesis was the regeneration and cultivation of transgenic Medicago sativa plants under control conditions by the process of somatic embryogenesis and the subsequent determination of the phenotype of obtained plants. Measurements of the lengths of the root systems of transgenic and control Medicago sativa plants were evaluated. The results showed that plants of the transgenic line GFP-FABD2 have slightly longer root systems. Furthermore, these plants were co-cultivated with Sinorhizobium meliloti and the symbiotic interactions of these plants were monitored with a focus on the efficiency of the root nodule formation process. The results showed that the formation of root nodules in the transgenic line GFP-FABD2 was approximately twice as higher as in the control RSY plants.
Cílem práce je zvládnutí laboratorních metod kultivace rostlin vojtěšky in vitro, přípravy bakteriálních kultur, metod kokultivace bakterií s rostlinami v kontrolovaných podmínkách, dokumentace interakcí rostlin s mikroby a vyhodnocování výsledků.
V rámci teoretické části bude vypracována rešerše zaměřená na problematiku:
1) zemědělského a biologického významu druhu Medicago sativa L.
2) zemědělského a ekologického významu půdních druhů bakterií Rhizobium
3) signálních, vývojových a strukturních aspektů interakcí rostlin vojtěšky se Sinorhizobium meliloti v procesech tvorby hlízek
4) transformace rostlin M. sativa a in vitro regenerace rostlin M. sativa procesem somatické embryogeneze
5) moderních mikroskopických metod neinvazivního studia vývojových procesů rostlin
V praktické části budou realizovány experimenty zaměřené na studium vývojových procesů rostlin in vitro v kontrolních podmínkách, optimalizaci kultivačních podmínek pro řízenou aplikaci bakterií rodu Rhizobium, studium interakcí rostlin vojtešky s bakteriemi rodu Rhizobium, sledování interakcí a průběhu symbiotického procesu s expresí fluorescenčního markeru aktinového cytoskeletu u rostlin vojtešky, kvalitativní a kvantitativní analýza získaných dat.
Při práci budou využívány metody kultivace rostlin in vitro, kultivace a selekce bakteriálních kultur, fenotypové analýzy experimentálních rostlin, vyhodnocování výsledků studia interakcí a vývojových procesů rostlin na úrovni kořenového systému se zaměřením na efektivitu procesu tvorby hlízek.
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie .https://www.prf.upol.cz/katedra-biochemie/studium/bakalarske-a-diplomove-prace/
Práce bude studentem nejdříve vložena v elektronické podobě ve formátu pdf do systému STAG a doplněna povinnými údaji 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), a to v řádném termínu uvedeném v harmonogramu na webové stránce Oddělení buněčné biologie CRH.http://cr-hana.upol.cz/cellbiol/
Odevzdání závěrečné práce na sekretariátě Oddělení buněčné biologie CRH ve dvou svázaných výtiscích obsahujících CD s elektronickou verzí závěrečné práce proběhne v termínu uvedeném v Pokynech pro odevzdávání prací
na webové stránce Oddělení buněčné biologie CRH.http://cr-hana.upol.cz/cellbiol/
Zásady pro vypracování
Cílem práce je zvládnutí laboratorních metod kultivace rostlin vojtěšky in vitro, přípravy bakteriálních kultur, metod kokultivace bakterií s rostlinami v kontrolovaných podmínkách, dokumentace interakcí rostlin s mikroby a vyhodnocování výsledků.
V rámci teoretické části bude vypracována rešerše zaměřená na problematiku:
1) zemědělského a biologického významu druhu Medicago sativa L.
2) zemědělského a ekologického významu půdních druhů bakterií Rhizobium
3) signálních, vývojových a strukturních aspektů interakcí rostlin vojtěšky se Sinorhizobium meliloti v procesech tvorby hlízek
4) transformace rostlin M. sativa a in vitro regenerace rostlin M. sativa procesem somatické embryogeneze
5) moderních mikroskopických metod neinvazivního studia vývojových procesů rostlin
V praktické části budou realizovány experimenty zaměřené na studium vývojových procesů rostlin in vitro v kontrolních podmínkách, optimalizaci kultivačních podmínek pro řízenou aplikaci bakterií rodu Rhizobium, studium interakcí rostlin vojtešky s bakteriemi rodu Rhizobium, sledování interakcí a průběhu symbiotického procesu s expresí fluorescenčního markeru aktinového cytoskeletu u rostlin vojtešky, kvalitativní a kvantitativní analýza získaných dat.
Při práci budou využívány metody kultivace rostlin in vitro, kultivace a selekce bakteriálních kultur, fenotypové analýzy experimentálních rostlin, vyhodnocování výsledků studia interakcí a vývojových procesů rostlin na úrovni kořenového systému se zaměřením na efektivitu procesu tvorby hlízek.
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie .https://www.prf.upol.cz/katedra-biochemie/studium/bakalarske-a-diplomove-prace/
Práce bude studentem nejdříve vložena v elektronické podobě ve formátu pdf do systému STAG a doplněna povinnými údaji 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), a to v řádném termínu uvedeném v harmonogramu na webové stránce Oddělení buněčné biologie CRH.http://cr-hana.upol.cz/cellbiol/
Odevzdání závěrečné práce na sekretariátě Oddělení buněčné biologie CRH ve dvou svázaných výtiscích obsahujících CD s elektronickou verzí závěrečné práce proběhne v termínu uvedeném v Pokynech pro odevzdávání prací
na webové stránce Oddělení buněčné biologie CRH.http://cr-hana.upol.cz/cellbiol/
Seznam doporučené literatury
Tichá M., Illésová P., Hrbáčková M., Basheer J., Novák D., Hlaváčková K., Šamajová O., Niehaus K., Ovečka M., Šamaj J. (2020): Tissue culture, genetic transformation, interaction with beneficial microbes, and modern bio-imaging techniques in alfalfa research, Critical Reviews in Biotechnology40, 1265-1280.
Hrbáčková M., Dvořák P., Takáč T., Tichá M., Luptovčiak I., Šamajová O., Ovečka M., Šamaj J. (2020): Biotechnological perspectives of OMICs and genetic engineering methods in alfalfa. Frontiers in Plant Science11, 592.
Komis G., Šamajová O., Ovečka M., Šamaj J. (2018): Cell and developmental biology of plant mitogen-activated protein kinases. Annual Review of Plant Biology69, 237-265.
Komis G., Novák D., Ovečka M., Šamajová O., Šamaj J. (2018): Advances in imaging plant cell dynamics. Plant Physiology176, 80-Methods Mol. Biol. 1062: 539–550.
Ovečka M., Vaškebová L., Komis G., Luptovčiak I., Smertenko A., Šamaj J. (2015): Preparation of plants for developmental and cellular imaging by light-sheet microscopy. Nature protocols10, 1234-1247.
Vyplelová P., Ovečka M., Šamaj J. (2017): Alfalfa root growth rate correlates with progression of microtubules during mitosis and cytokinesis as revealed by environmental light-sheet microscopy. Frontiers in Plant Science8, 1870.
von Wangenheim D., Daum G., Lohmann J.U., Stelzer E.K., Maizel A. (2014): Live imaging of Arabidopsis development. Methods in Molecular Biology1062, 539–550.
Maizel A., von Wangenheim D., Federici F., Haseloff J., Stelzer E.H. (2011): High-resolution live imaging of plant growth in near physiological bright conditions using light sheet fluorescence microscopy. Plant Journal68, 377–385.
Sena G., Frentz Z., Birnbaum K.D., Leibler S. (2011): Quantitation of cellular dynamics in growing Arabidopsis roots with light sheet microscopy. PLOS One6, e21303.
Scheres B., Benfey P., Dolan L. (2002): Root Development. In: The Arabidopsis Book. (Somerville C.R., Meyerowitz E.M. eds.), American Society of Plant Biologists, Rockville, Maryland, U.S.A.
Ivanov S., Fedorova E., Bisseling T. (2010): Intracellular plant microbe associations: secretory pathways and the formation of perimicrobial compartments. Current Opinion in Plant Biology13, 372–377.
Ibá\ nez F., Wall L., Fabra A. (2017): Starting points in plant-bacteria nitrogen-fixing symbioses: intercellular invasion of the roots. Journal of Experimental Botany 68, 1905-1918.
Fournier J., Timmers A.C.J., Sieberer B.J., Jauneau A., Chabaud M., Barker D.G. (2008): Mechanism of infection thread elongation in root hairs of Medicago truncatula and dynamic interplay with associated Rhizobial colonization. Plant Physiology148, 1985–1995.
Gage D.J. (2002): Analysis of infection thread development using Gfp- and DsRed-expressing Sinorhizobium meliloti.Journal of Bacteriology184, 7042–7046.
Seznam doporučené literatury
Tichá M., Illésová P., Hrbáčková M., Basheer J., Novák D., Hlaváčková K., Šamajová O., Niehaus K., Ovečka M., Šamaj J. (2020): Tissue culture, genetic transformation, interaction with beneficial microbes, and modern bio-imaging techniques in alfalfa research, Critical Reviews in Biotechnology40, 1265-1280.
Hrbáčková M., Dvořák P., Takáč T., Tichá M., Luptovčiak I., Šamajová O., Ovečka M., Šamaj J. (2020): Biotechnological perspectives of OMICs and genetic engineering methods in alfalfa. Frontiers in Plant Science11, 592.
Komis G., Šamajová O., Ovečka M., Šamaj J. (2018): Cell and developmental biology of plant mitogen-activated protein kinases. Annual Review of Plant Biology69, 237-265.
Komis G., Novák D., Ovečka M., Šamajová O., Šamaj J. (2018): Advances in imaging plant cell dynamics. Plant Physiology176, 80-Methods Mol. Biol. 1062: 539–550.
Ovečka M., Vaškebová L., Komis G., Luptovčiak I., Smertenko A., Šamaj J. (2015): Preparation of plants for developmental and cellular imaging by light-sheet microscopy. Nature protocols10, 1234-1247.
Vyplelová P., Ovečka M., Šamaj J. (2017): Alfalfa root growth rate correlates with progression of microtubules during mitosis and cytokinesis as revealed by environmental light-sheet microscopy. Frontiers in Plant Science8, 1870.
von Wangenheim D., Daum G., Lohmann J.U., Stelzer E.K., Maizel A. (2014): Live imaging of Arabidopsis development. Methods in Molecular Biology1062, 539–550.
Maizel A., von Wangenheim D., Federici F., Haseloff J., Stelzer E.H. (2011): High-resolution live imaging of plant growth in near physiological bright conditions using light sheet fluorescence microscopy. Plant Journal68, 377–385.
Sena G., Frentz Z., Birnbaum K.D., Leibler S. (2011): Quantitation of cellular dynamics in growing Arabidopsis roots with light sheet microscopy. PLOS One6, e21303.
Scheres B., Benfey P., Dolan L. (2002): Root Development. In: The Arabidopsis Book. (Somerville C.R., Meyerowitz E.M. eds.), American Society of Plant Biologists, Rockville, Maryland, U.S.A.
Ivanov S., Fedorova E., Bisseling T. (2010): Intracellular plant microbe associations: secretory pathways and the formation of perimicrobial compartments. Current Opinion in Plant Biology13, 372–377.
Ibá\ nez F., Wall L., Fabra A. (2017): Starting points in plant-bacteria nitrogen-fixing symbioses: intercellular invasion of the roots. Journal of Experimental Botany 68, 1905-1918.
Fournier J., Timmers A.C.J., Sieberer B.J., Jauneau A., Chabaud M., Barker D.G. (2008): Mechanism of infection thread elongation in root hairs of Medicago truncatula and dynamic interplay with associated Rhizobial colonization. Plant Physiology148, 1985–1995.
Gage D.J. (2002): Analysis of infection thread development using Gfp- and DsRed-expressing Sinorhizobium meliloti.Journal of Bacteriology184, 7042–7046.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
V úvodu obhajoby předsedou pověřený člen komise Ing. Pavel Křenek, Ph.D. představil studenta přítomným akademickým pracovníkům a hostům. V rámci prezentace své práce student seznámil 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 oponentní posudek. Odpovědi na otázky a připomínky uvedené v posudku vedoucího bakalářské práce a oponenta student zodpověděl.
V rámci veřejné diskuse student zodpověděl následující dotazy položené přítomnými odborníky:
Ing. Pavel Křenek, Ph.D.: Jak si vysvětlujete že transgenní linie rostliny vojtěšky seté FABD2, kde nebyla očekávána změna fenotypu, se určité změny vyskytly? Jaká je vaše hypotéza, že se změna fenotypu objevila?