Informace o kvalifikační práci Podiel aktínového cytoskeletu na dynamických procesoch interakcií lucerny (Medicago sativa L.) so symbiotickými baktériami rodu Rhizobium pri hľuzkovaní
- Všechny požadované údaje o této VŠKP jsou vyplněny.
Hlavní téma
Podíl aktinového cytoskeletu na dynamických procesech interakcí vojtěšky (Medicago sativa L.) se symbiotickými bakteriemi rodu Rhizobium při hlízkování
Hlavní téma v angličtině
Involvement of the actin cytoskeleton in the dynamic interaction between alfalfa (Medicago sativa L.) and Rhizobium during nodulation
Název dle studenta
Podiel aktínového cytoskeletu na dynamických procesoch interakcií lucerny (Medicago sativa L.) so symbiotickými baktériami rodu Rhizobium pri hľuzkovaní
Název dle studenta v angličtině
Involvement of the actin cytoskeleton in the dynamic interaction between alfalfa (Medicago sativa L.) and Rhizobium during nodulation
Symbiotická fixácia dusíka je komplexný proces zahŕňajúci naviazanie symbiotického vzťahu medzi strukovinami spolu s rhizóbiami. Tieto interakcie sú riadené mnohými signálnymi dráhami, ktoré ovplyvňujú štrukturálne a vývojové procesy. Štúdie na strukovinách naznačili, že aktínový cytoskelet je dôležitou súčasťou koordinácie bunkových procesov počas rhizobiálnej infekcie a tvorby koreňových hľúzok. Cieľom tejto diplomovej práce je sledovanie symbiotických interakcií rastlín Medicago sativa s baktériami Sinorhizobium meliloti so zameraním na zmeny v organizácii a usporiadaní aktínového cytoskeletu. Medzi kontrolnými a transgénnymi rastlinami bola kvantitatívne vyhodnotená efektivita tvorby infekčných vlákien a tvorba koreňových hľúzok. Mikroskopickými metódami boli u transgénnych línií GFP-FABD2 a SIMKK-RNAi GFP-FABD2, ktorá má zníženú expresiu SIMKK a SIMK, pozorované štádia symbiotických interakcií v koreňových vláskoch a v koreňových hľúzkach. Výsledky z mikroskopických analýz naznačujú, že aktínový cytoskelet má dôležitú úlohu pri naviazaní rhizóbií na koreňové vlásky, pri tvorbe infekčného váčku a infekčného vlákna a v mnohých bunkových procesoch vo vývoji koreňových hľuziek.
Anotace v angličtině
Symbiotic nitrogen fixation is a complex process involving the establishment of a symbiotic relationship between legumes and rhizobia. These interactions are controlled by many signaling pathways affecting structural and developmental processes. Studies in legumes have indicated that the actin cytoskeleton is an important component of the coordination of cellular processes during rhizobial infection and nodule formation. The aim of this thesis is to study the symbiotic interactions of Medicago sativa plants with Sinorhizobium meliloti, focusing on changes in the organization and arrangement of the actin cytoskeleton. Between the control and transgenic plants, the efficiency of the formation of infection threads and the formation of nodule was quantitatively evaluated. The stages of symbiotic interactions in root hairs and in nodules were observed by microscopic methods in the transgenic lines GFP-FABD2 and SIMKK-RNAi GFP-FABD2, with a reduced expression of SIMKK and SIMK. The results from the microscopic analyzes indicate that the actin cytoskeleton has an important role in the correct attachment of rhizobia to root hairs, the formation of infection pockets and infection threads, and many cellular processes during the development of root nodules.
Symbiotická fixácia dusíka je komplexný proces zahŕňajúci naviazanie symbiotického vzťahu medzi strukovinami spolu s rhizóbiami. Tieto interakcie sú riadené mnohými signálnymi dráhami, ktoré ovplyvňujú štrukturálne a vývojové procesy. Štúdie na strukovinách naznačili, že aktínový cytoskelet je dôležitou súčasťou koordinácie bunkových procesov počas rhizobiálnej infekcie a tvorby koreňových hľúzok. Cieľom tejto diplomovej práce je sledovanie symbiotických interakcií rastlín Medicago sativa s baktériami Sinorhizobium meliloti so zameraním na zmeny v organizácii a usporiadaní aktínového cytoskeletu. Medzi kontrolnými a transgénnymi rastlinami bola kvantitatívne vyhodnotená efektivita tvorby infekčných vlákien a tvorba koreňových hľúzok. Mikroskopickými metódami boli u transgénnych línií GFP-FABD2 a SIMKK-RNAi GFP-FABD2, ktorá má zníženú expresiu SIMKK a SIMK, pozorované štádia symbiotických interakcií v koreňových vláskoch a v koreňových hľúzkach. Výsledky z mikroskopických analýz naznačujú, že aktínový cytoskelet má dôležitú úlohu pri naviazaní rhizóbií na koreňové vlásky, pri tvorbe infekčného váčku a infekčného vlákna a v mnohých bunkových procesoch vo vývoji koreňových hľuziek.
Anotace v angličtině
Symbiotic nitrogen fixation is a complex process involving the establishment of a symbiotic relationship between legumes and rhizobia. These interactions are controlled by many signaling pathways affecting structural and developmental processes. Studies in legumes have indicated that the actin cytoskeleton is an important component of the coordination of cellular processes during rhizobial infection and nodule formation. The aim of this thesis is to study the symbiotic interactions of Medicago sativa plants with Sinorhizobium meliloti, focusing on changes in the organization and arrangement of the actin cytoskeleton. Between the control and transgenic plants, the efficiency of the formation of infection threads and the formation of nodule was quantitatively evaluated. The stages of symbiotic interactions in root hairs and in nodules were observed by microscopic methods in the transgenic lines GFP-FABD2 and SIMKK-RNAi GFP-FABD2, with a reduced expression of SIMKK and SIMK. The results from the microscopic analyzes indicate that the actin cytoskeleton has an important role in the correct attachment of rhizobia to root hairs, the formation of infection pockets and infection threads, and many cellular processes during the development of root nodules.
1) Vypracování literární rešerše na téma symbiotických interakcí rostlin vojtěšky s bakteriemi Sinorhizobium meliloti v procesu tvorby hlízek, včetně charakteristiky signálních, vývojových a strukturních aspektů. Dále na téma metod transgenóze u rostlin a transformačních technik u vojtěšky, a metod vizualizace cytoskeletu u plodin a vojtěšky se zaměřením na aktinový cytoskelet a moderní neinvazivní mikroskopické metody.
2) Optimalizace kultivačních podmínek in vitro pro regeneraci, selekci a úspěšný růst transformovaných linií vojtěšky.
3) Příprava bakteriálních kultur a kokultivace bakterií s rostlinami v optimalizovaných podmínkách, fenotypová dokumentace interakcí rostlin s mikroby a vyhodnocování efektivity hlízkování.
4) Sledování jednotlivých fází interakcí v průběhu symbiotického procesu u rostlin vojtěšky s expresí fluorescenčního markeru aktinového cytoskeletu a fluorescenčně značených bakterií Sinorhizobium meliloti mikroskopickými metodami.
5) Kvalitativní a kvantitativní analýza získaných dat se zřetelem na změny ve strukturní organizaci aktinového cytoskeletu v buňkách zapojených do symbiotického procesu.
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce studijního programu Biotechnologie a genové inženýrství PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biotechnologií (http://kbt.upol.cz/).
Práce bude studentem pouze vložena v elektronické podobě ve formátu PDF do systému STAG a doplněna povinnými údaji o své práci (viz Vnitřní norma UP č. R-B - 17/08-ÚZ01 ).
Pokud na základě žádosti bude závěrečná práce v systému Stag nezveřejněná , student odevzdá jeden svázaný výtisk ve stanoveném termínu na sekretariátu Katedry biotechnologií.
Zásady pro vypracování
1) Vypracování literární rešerše na téma symbiotických interakcí rostlin vojtěšky s bakteriemi Sinorhizobium meliloti v procesu tvorby hlízek, včetně charakteristiky signálních, vývojových a strukturních aspektů. Dále na téma metod transgenóze u rostlin a transformačních technik u vojtěšky, a metod vizualizace cytoskeletu u plodin a vojtěšky se zaměřením na aktinový cytoskelet a moderní neinvazivní mikroskopické metody.
2) Optimalizace kultivačních podmínek in vitro pro regeneraci, selekci a úspěšný růst transformovaných linií vojtěšky.
3) Příprava bakteriálních kultur a kokultivace bakterií s rostlinami v optimalizovaných podmínkách, fenotypová dokumentace interakcí rostlin s mikroby a vyhodnocování efektivity hlízkování.
4) Sledování jednotlivých fází interakcí v průběhu symbiotického procesu u rostlin vojtěšky s expresí fluorescenčního markeru aktinového cytoskeletu a fluorescenčně značených bakterií Sinorhizobium meliloti mikroskopickými metodami.
5) Kvalitativní a kvantitativní analýza získaných dat se zřetelem na změny ve strukturní organizaci aktinového cytoskeletu v buňkách zapojených do symbiotického procesu.
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce studijního programu Biotechnologie a genové inženýrství PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biotechnologií (http://kbt.upol.cz/).
Práce bude studentem pouze vložena v elektronické podobě ve formátu PDF do systému STAG a doplněna povinnými údaji o své práci (viz Vnitřní norma UP č. R-B - 17/08-ÚZ01 ).
Pokud na základě žádosti bude závěrečná práce v systému Stag nezveřejněná , student odevzdá jeden svázaný výtisk ve stanoveném termínu na sekretariátu Katedry biotechnologií.
Seznam doporučené literatury
1. Ovečka M, Sojka J, Tichá M, Komis G, Basheer J, Marchetti C, Šamajová O, Kuběnová L, Šamaj J (2022): Imaging plant cells and organs with light-sheet and super-resolution microscopy. Plant Physiology, kiab349, doi: 10.1093/plphys/kiab349.
2. Komis G, Novák D, Ovečka M, Šamajová O, Šamaj J (2018): Advances in imaging plant cell dynamics. Plant Physiology176, 80-93.
3. 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.
4. 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 protocols 10: 1234-1247.
5. von Wangenheim D, Daum G, Lohmann JU, Stelzer EK, Maizel A (2014): Live imaging of Arabidopsis development. Methods in Molecular Biology1062: 539–550.
6. Zhang X, Han L, Wang Q, Zhang C, Yu Y, Tian J, Kong Z (2019): The host actin cytoskeleton channels rhizobia release and facilitates symbiosome accommodation during nodulation in Medicago truncatula. New Phytologist221: 1049-1059
7. Liang P, Schmitz C, Lace B, Ditengou FA, Su C, Schulze E, Knerr J, Grosse R, Keller J, Libourel C, Delaux PM, Ott T (2021): Formin-mediated bridging of cell wall, plasma membrane, and cytoskeleton in symbiotic infections of Medicago truncatula. Current Biology31: 2712-2719
8. Ivanov S, Fedorova E, Bisseling T. (2010): Intracellular plant microbe associations: secretory pathways and the formation of perimicrobial compartments. Current Opinion in Plant Biology 13: 372–377.
9. Ibá\ nez F, Wall L, Fabra A. (2017): Starting points in plant-bacteria nitrogen-fixing symbioses: intercellular invasion of the roots. Journal of Experimental Botany68: 1905-1918.
10. Fournier J, Timmers ACJ, Sieberer BJ, Jauneau A, Chabaud M, Barker DG (2008): Mechanism of infection thread elongation in root hairs of Medicago truncatula and dynamic interplay with associated Rhizobial colonization. Plant Physiology148: 1985–1995.
Seznam doporučené literatury
1. Ovečka M, Sojka J, Tichá M, Komis G, Basheer J, Marchetti C, Šamajová O, Kuběnová L, Šamaj J (2022): Imaging plant cells and organs with light-sheet and super-resolution microscopy. Plant Physiology, kiab349, doi: 10.1093/plphys/kiab349.
2. Komis G, Novák D, Ovečka M, Šamajová O, Šamaj J (2018): Advances in imaging plant cell dynamics. Plant Physiology176, 80-93.
3. 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.
4. 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 protocols 10: 1234-1247.
5. von Wangenheim D, Daum G, Lohmann JU, Stelzer EK, Maizel A (2014): Live imaging of Arabidopsis development. Methods in Molecular Biology1062: 539–550.
6. Zhang X, Han L, Wang Q, Zhang C, Yu Y, Tian J, Kong Z (2019): The host actin cytoskeleton channels rhizobia release and facilitates symbiosome accommodation during nodulation in Medicago truncatula. New Phytologist221: 1049-1059
7. Liang P, Schmitz C, Lace B, Ditengou FA, Su C, Schulze E, Knerr J, Grosse R, Keller J, Libourel C, Delaux PM, Ott T (2021): Formin-mediated bridging of cell wall, plasma membrane, and cytoskeleton in symbiotic infections of Medicago truncatula. Current Biology31: 2712-2719
8. Ivanov S, Fedorova E, Bisseling T. (2010): Intracellular plant microbe associations: secretory pathways and the formation of perimicrobial compartments. Current Opinion in Plant Biology 13: 372–377.
9. Ibá\ nez F, Wall L, Fabra A. (2017): Starting points in plant-bacteria nitrogen-fixing symbioses: intercellular invasion of the roots. Journal of Experimental Botany68: 1905-1918.
10. Fournier J, Timmers ACJ, Sieberer BJ, Jauneau A, Chabaud M, Barker DG (2008): Mechanism of infection thread elongation in root hairs of Medicago truncatula and dynamic interplay with associated Rhizobial colonization. Plant Physiology148: 1985–1995.
Přílohy volně vložené
6 videí.
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby:
V úvodu obhajoby předseda komise prof. RNDr. Jozef Šamaj DrSc. 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 diplomové práce a oponenta student zodpověděl.
V rámci veřejné diskuse student zodpověděl následující dotazy položené přítomnými odborníky:
prof. RNDr. Jozef Šamaj, DrSc.: Jakým způsobem můžou MAPK přímo nebo nepřímo regulovat aktinový cytoskelet?
doc. Ing. Tomáš Takáč, Ph.D.: Tvrdíte, že má aktin ústřední úlohu v symbiotickém vztahu M. sativa s rhizobiemi. Proč si to myslíte?
Mgr. Petr Dvořák, Ph.D.: Jak je zahájený symbiotický proces mezi rostlinou a bakterií?