Masožravé rostliny získaly své mechanismy lovu a trávení kořisti exaptací genů původně zapojených do obranných systémů rostlin. Masožravé rostliny z řádu hvozdíkotvaré (Caryophyllales) navíc exaptovaly jasmonátovou signální dráhu, kterou využívají k regulaci aktivit trávících enzymů. Nicméně masožravé mechanismy nejsou u všech druhů těchto rostlin dosud plně prozkoumány. To platí i pro australské masožravé rostliny z rodu Byblis, řád hluchavkotvaré (Lamiales), jejichž charakterizace masožravosti byla hlavním cílem této diplomové práce. Pomocí LC-MS/MS analýzy bylo v trávící tekutině Byblis filifolia identifikováno několik trávících enzymů a měření enzymových aktivit ukázalo, že sekrece trávících enzymů byla jasně upregulována v přítomnosti kořisti. Oproti pozitivní kontrole, rosnatce kapské (Drosera capensis; řád hvozdíkotvaré), nedocházelo po krmení u B. filifolia k akumulaci jasmonátů a po aplikaci koronatinu, molekulárního agonisty JA, nedocházelo k produkci trávících enzymů. Naše výsledky jasně ukázaly, že B. filifolia patří mezi holokarnivorní rostliny a je schopná produkce vlastních trávících enzymů. Avšak oproti masožravým rostlinám z řádu hvozdíkotvaré není její produkce trávících enzymů regulována jasmonátovou signální dráhou, která pravděpodobně v průběhu evoluce nebyla exaptována jinými řády masožravých rostlin.
Annotation in English
Carnivorous plants acquired their mechanisms for prey capture and digestion through the co-option of genes originally involved in plant defense systems. Additionally, carnivorous plants from the order Caryophyllales co-opted the jasmonate signaling pathway, which they use for regulation of activity of digestive enzyme activites. However, the carnivorous mechanisms of all carnivorous species have not yet been fully explored. This applies also to the Australian carnivorous plants of the genus Byblis (order Lamiales), whose characterization of carnivory was the main goal of this thesis. Using LC-MS/MS analysis, several digestive enzymes were identified in the digestive fluid of Byblis filifolia, and enzyme activity measurements showed that the secretion of digestive enzymes was significantly upregulated in the presence of insect prey. Compared to the positive control, the Cape sundew (Drosera capensis; order Caryophyllales), B. filifolia did not accumulate jasmonates after feeding, and the application of coronatine, a molecular JA agonist, did not induce the production of digestive enzymes. Our results clearly demonstrated that B. filifolia is fully carnivorous and is capable of producing its own digestive enzymes. However, in contrast to carnivorous plants from the order Caryophyllales, production of digestive enzymes is not regulated by the jasmonate signaling pathway, which has not been co-opted by other orders of carnivorous plants during evolution.
Masožravé rostliny získaly své mechanismy lovu a trávení kořisti exaptací genů původně zapojených do obranných systémů rostlin. Masožravé rostliny z řádu hvozdíkotvaré (Caryophyllales) navíc exaptovaly jasmonátovou signální dráhu, kterou využívají k regulaci aktivit trávících enzymů. Nicméně masožravé mechanismy nejsou u všech druhů těchto rostlin dosud plně prozkoumány. To platí i pro australské masožravé rostliny z rodu Byblis, řád hluchavkotvaré (Lamiales), jejichž charakterizace masožravosti byla hlavním cílem této diplomové práce. Pomocí LC-MS/MS analýzy bylo v trávící tekutině Byblis filifolia identifikováno několik trávících enzymů a měření enzymových aktivit ukázalo, že sekrece trávících enzymů byla jasně upregulována v přítomnosti kořisti. Oproti pozitivní kontrole, rosnatce kapské (Drosera capensis; řád hvozdíkotvaré), nedocházelo po krmení u B. filifolia k akumulaci jasmonátů a po aplikaci koronatinu, molekulárního agonisty JA, nedocházelo k produkci trávících enzymů. Naše výsledky jasně ukázaly, že B. filifolia patří mezi holokarnivorní rostliny a je schopná produkce vlastních trávících enzymů. Avšak oproti masožravým rostlinám z řádu hvozdíkotvaré není její produkce trávících enzymů regulována jasmonátovou signální dráhou, která pravděpodobně v průběhu evoluce nebyla exaptována jinými řády masožravých rostlin.
Annotation in English
Carnivorous plants acquired their mechanisms for prey capture and digestion through the co-option of genes originally involved in plant defense systems. Additionally, carnivorous plants from the order Caryophyllales co-opted the jasmonate signaling pathway, which they use for regulation of activity of digestive enzyme activites. However, the carnivorous mechanisms of all carnivorous species have not yet been fully explored. This applies also to the Australian carnivorous plants of the genus Byblis (order Lamiales), whose characterization of carnivory was the main goal of this thesis. Using LC-MS/MS analysis, several digestive enzymes were identified in the digestive fluid of Byblis filifolia, and enzyme activity measurements showed that the secretion of digestive enzymes was significantly upregulated in the presence of insect prey. Compared to the positive control, the Cape sundew (Drosera capensis; order Caryophyllales), B. filifolia did not accumulate jasmonates after feeding, and the application of coronatine, a molecular JA agonist, did not induce the production of digestive enzymes. Our results clearly demonstrated that B. filifolia is fully carnivorous and is capable of producing its own digestive enzymes. However, in contrast to carnivorous plants from the order Caryophyllales, production of digestive enzymes is not regulated by the jasmonate signaling pathway, which has not been co-opted by other orders of carnivorous plants during evolution.
Zpracovat literární rešerši na téma masožravé rostliny a trávící enzymy
Změřit enzymatickou aktivitu trávící tekutiny masožravé rostliny Byblis filifolia po aplikaci živočišné kořisti a koronatinu
Separace trávících enzymů v odebrané trávící tekutině pomocí metody SDS-PAGE
Imunodetekce trávících enzymů pomocí metody Western blot
Identifikace enzymů v trávící tekutině pomocí LC-MS/MS analýzy
Stanovení hladiny endogenních stresových hormonů jako možných regulátorů enzymové aktivity po aplikaci živočišné kořisti pomocí LC-MS/MS
Zpracování a vyhodnocení výsledků
Napsání závěřečné práce a její prezentace
Research Plan
Zpracovat literární rešerši na téma masožravé rostliny a trávící enzymy
Změřit enzymatickou aktivitu trávící tekutiny masožravé rostliny Byblis filifolia po aplikaci živočišné kořisti a koronatinu
Separace trávících enzymů v odebrané trávící tekutině pomocí metody SDS-PAGE
Imunodetekce trávících enzymů pomocí metody Western blot
Identifikace enzymů v trávící tekutině pomocí LC-MS/MS analýzy
Stanovení hladiny endogenních stresových hormonů jako možných regulátorů enzymové aktivity po aplikaci živočišné kořisti pomocí LC-MS/MS
Zpracování a vyhodnocení výsledků
Napsání závěřečné práce a její prezentace
Recommended resources
Li Y-X., Chen A., Leu W-M. (2023): Sessile Trichomes Play Major Roles in Prey Digestion and Absorption, While Stalked Trichomes Function in Prey Predation in Byblis guehoi. International Journal of Molecular Sciences. 24(6), 5305.
Pavlovič A., Mithöfer A. (2019): Jasmonate signalling in carnivorous plants: copycat of plant defence mechanisms. Journal of Experimental Botany. 70, 3379-3389.
Pavlovič A., Koller J., Vrobel O., Chamrád I., Lenobel R., Tarkowski P. (2024): Is the co-option of jasmonate signalling for botanical carnivory universal trait for all carnivorous plants? Journal of Experimental Botany. In press.
Poppinga S., Knorr N., Ruppert S., Speck T. (2022): Chemonastic Stalked Glands in the Carnivorous Rainbow Plant Byblis gigantea LINDL. (Byblidaceae, Lamiales). International Journal of Molecular Sciences. 23(19), 11514.
Recommended resources
Li Y-X., Chen A., Leu W-M. (2023): Sessile Trichomes Play Major Roles in Prey Digestion and Absorption, While Stalked Trichomes Function in Prey Predation in Byblis guehoi. International Journal of Molecular Sciences. 24(6), 5305.
Pavlovič A., Mithöfer A. (2019): Jasmonate signalling in carnivorous plants: copycat of plant defence mechanisms. Journal of Experimental Botany. 70, 3379-3389.
Pavlovič A., Koller J., Vrobel O., Chamrád I., Lenobel R., Tarkowski P. (2024): Is the co-option of jasmonate signalling for botanical carnivory universal trait for all carnivorous plants? Journal of Experimental Botany. In press.
Poppinga S., Knorr N., Ruppert S., Speck T. (2022): Chemonastic Stalked Glands in the Carnivorous Rainbow Plant Byblis gigantea LINDL. (Byblidaceae, Lamiales). International Journal of Molecular Sciences. 23(19), 11514.
Týká se praxe
No
Enclosed appendices
-
Appendices bound in thesis
-
Taken from the library
Yes
Full text of the thesis
Appendices
Reviewer's report
Supervisor's report
Defence procedure record
Obhajobu diplomové práce studentky Bc. Terezy Jílkové zahájil prof. RNDr. Milan Navrátil, CSc. Studentka seznámila komisi s hlavními částmi a výsledky své práce. Následovalo přečtení posudků vedoucího práce doc. Mgr. Andreje Pavloviče, Ph.D. a oponenta Mgr. Ivana Luptovčiaka, Ph.D.
Studentka pak reagovala na připomínky a dotazy.
Prezentace studentky obsahovala tato témata:
masožravost rostlin a rod Byblis
cíle práce, design experimentů a použité metody
enzymová aktivita rostlin Byblis a Drosera capensis, účinek aplikace koronatinu, aktivace produkce trávicích enzymů
proteomická analýza trávicí tekutiny, identifikace nejen obecně známých ale i Byblis unikátních proteinů
analýza koncentrace fytohormonů, odlišná produkce kyseliny jasmonové u krmených a nekrmených rostlin
V rozpravě byly uvedeny následující připomínky či nastoleny tyto problémy:
využívání jasmonátové signální dráhy masožravými rostlinami, argumenty vedoucí k tomuto konstatování, možné nějaké experimentální ověření pomocí molekulárně biologických metod
rozdíl mezi TRIS-báze, TRIS a TRIS-HCl, příprava vybraných reagencií; ředění proteinů pro potřeby SDS-PAGE a Western bloting a v rámci proteomitické analýzy
složení gelů - koncentrace a objemy , jejich tloušťka
možnost ovlivnění rostlin při odběru listů, vysvětlení metodologie
nulové hodnoty při hodnocení akumulace kyseliny jasmonové
statistické hodnocení zjištěných výsledků
fylogenetická příbuznost trávicích enzymů u r. Byblis a Drosera, existence různých epitopů
koronatin - specifikace látky
mechanismy trávení u masožravých rostlin, které postrádají trávicí enzymy
důvody taxonomického zařazení r. Byblis do hluchavkotvarých
Studentka na dotazy položené oponentem práce a členy komise reagovala pohotově, adekvátně se zájmem a znalostí problematiky.
