Teplotního stres (TS) působící na rostlinu spouští aktivaci obranného mechanismu zahrnující signální molekuly, z nichž nejdůležitější roli zastávají reaktivní formy dusíku (RNS) a kyslíku (ROS). Největší význam má molekula oxidu dusnatého (NO), která je schopna prostřednictvím S nitrosylace modulovat cílové proteiny v rámci obranné reakce. Touto reakcí vznikají S nitrosothioly (RSNO), které jsou regulovány denitrosylačními enzymy S nitrosoglutathionreduktasou (GSNOR) a thioredoxinreduktasou (TrxR). Dále vznikají polyaminy (PA) a typickým znakem pro TS je zvýšená produkce heat shock proteinů (Hsp).
Cílem diplomové práce bylo studium metabolismu PA a RNS v reakci na krátkodobé (2 h) a dlouhodobé (24 h) působení TS při 45 °C. Dále byla studována produkce Hsp70. Pro studium byly použity extrakty z nadzemní části dvou genotypů hrachu setého (P. sativum cv. Kudrnáč a P. sativum cv. Twinset) lišící se odolností vůči některým patogenům. Hladina PA byla značně zvýšena u P. sativum cv. Twinset, zejména Put a Spm. U P. sativum cv. Kudrnáč bylo pozorováno zvýšení produkce Spd. Obsah RSNO se u P. sativum cv. Kudrnáč zvýšil pouze po 2 h, poté byl pozorován pokles. U P. sativum cv. Twinset byla nejvyšší hladina RSNO pozorována po 24 h. Aktivita GSNOR a TrxR se u obou genotypů vystavených dlouhodobému TS postupně zvyšovala a po 24 h byla nejvyšší. Značné zvýšení obou denitrosylačních enzymů bylo zaznamenáno zejména u P. sativum cv. Kudrnáč. Produkce Hsp70 byla vlivem působení TS mírně zvýšená po celou dobu experimentu u obou genotypů hrachu. Možnost S nitrosylace proteinů je nutné potvrdit pomocí metody biotin switch.
Anotace v angličtině
Exposure of temperature stress (TS) triggers activation of defense mechanism in the plants, which include signalling molecules, such as reactive nitrogen (RNS) and oxygen (ROS) species. The most important role plays nitric oxide (NO), which can modulate target proteins via S-nitrosylation in stress response. This reaction results in forming of S-nitrosothiols regulated by denitrosylation enzymes S-nitrosoglutathion reductase (GSNOR) and thioredoxin reductase (TrxR). The polyamines (PA) are also produced and a typical sign for TS is elevated production of heat shock proteins (Hsp).
The aim of the thesis was to study the metabolism of PA and RNS in plant defense response to the short-term (2 h) and long-term (24 h) TS at 45 °C. The next aim was to study the production of Hsp70. For experiments, the leaf extracts of two genotypes of pea (P. sativum cv. Kudrnáč and P. sativum cv. Twinset) with different pathogen resistance, were used. The detected level of PA was significantly elevated in P. sativum cv. Twinset extracts, especially Put and Spm. The elevated Spd production was detected in P. sativum cv. Kudrnáč extracts. The level of RSNO was elevated only after 2 h TS in P. sativum cv. Kudrnáč followed by a decrease. The highest level of RSNO was showed after 24 TS in P. sativum cv. Twinset. GSNOR and TrxR activity gradually increased within 24 h in both pea genotype extracts exposed to long-term TS however, the most significant increase was detected in P. sativum cv. Kudrnáč extracts. Hsp70 production was a little elevated in both pea genotype extracts during the whole experiment. The possibility of protein S-nitrosylation during TS must be confirmed by the biotin switch method.
Klíčová slova
Teplotní stres, Pisum sativum, polyaminy, reaktivní formy dusíku/kyslíku, S nitrosoglutathionreduktasa, thioredoxinreduktasa, heat shock proteiny
Teplotního stres (TS) působící na rostlinu spouští aktivaci obranného mechanismu zahrnující signální molekuly, z nichž nejdůležitější roli zastávají reaktivní formy dusíku (RNS) a kyslíku (ROS). Největší význam má molekula oxidu dusnatého (NO), která je schopna prostřednictvím S nitrosylace modulovat cílové proteiny v rámci obranné reakce. Touto reakcí vznikají S nitrosothioly (RSNO), které jsou regulovány denitrosylačními enzymy S nitrosoglutathionreduktasou (GSNOR) a thioredoxinreduktasou (TrxR). Dále vznikají polyaminy (PA) a typickým znakem pro TS je zvýšená produkce heat shock proteinů (Hsp).
Cílem diplomové práce bylo studium metabolismu PA a RNS v reakci na krátkodobé (2 h) a dlouhodobé (24 h) působení TS při 45 °C. Dále byla studována produkce Hsp70. Pro studium byly použity extrakty z nadzemní části dvou genotypů hrachu setého (P. sativum cv. Kudrnáč a P. sativum cv. Twinset) lišící se odolností vůči některým patogenům. Hladina PA byla značně zvýšena u P. sativum cv. Twinset, zejména Put a Spm. U P. sativum cv. Kudrnáč bylo pozorováno zvýšení produkce Spd. Obsah RSNO se u P. sativum cv. Kudrnáč zvýšil pouze po 2 h, poté byl pozorován pokles. U P. sativum cv. Twinset byla nejvyšší hladina RSNO pozorována po 24 h. Aktivita GSNOR a TrxR se u obou genotypů vystavených dlouhodobému TS postupně zvyšovala a po 24 h byla nejvyšší. Značné zvýšení obou denitrosylačních enzymů bylo zaznamenáno zejména u P. sativum cv. Kudrnáč. Produkce Hsp70 byla vlivem působení TS mírně zvýšená po celou dobu experimentu u obou genotypů hrachu. Možnost S nitrosylace proteinů je nutné potvrdit pomocí metody biotin switch.
Anotace v angličtině
Exposure of temperature stress (TS) triggers activation of defense mechanism in the plants, which include signalling molecules, such as reactive nitrogen (RNS) and oxygen (ROS) species. The most important role plays nitric oxide (NO), which can modulate target proteins via S-nitrosylation in stress response. This reaction results in forming of S-nitrosothiols regulated by denitrosylation enzymes S-nitrosoglutathion reductase (GSNOR) and thioredoxin reductase (TrxR). The polyamines (PA) are also produced and a typical sign for TS is elevated production of heat shock proteins (Hsp).
The aim of the thesis was to study the metabolism of PA and RNS in plant defense response to the short-term (2 h) and long-term (24 h) TS at 45 °C. The next aim was to study the production of Hsp70. For experiments, the leaf extracts of two genotypes of pea (P. sativum cv. Kudrnáč and P. sativum cv. Twinset) with different pathogen resistance, were used. The detected level of PA was significantly elevated in P. sativum cv. Twinset extracts, especially Put and Spm. The elevated Spd production was detected in P. sativum cv. Kudrnáč extracts. The level of RSNO was elevated only after 2 h TS in P. sativum cv. Kudrnáč followed by a decrease. The highest level of RSNO was showed after 24 TS in P. sativum cv. Twinset. GSNOR and TrxR activity gradually increased within 24 h in both pea genotype extracts exposed to long-term TS however, the most significant increase was detected in P. sativum cv. Kudrnáč extracts. Hsp70 production was a little elevated in both pea genotype extracts during the whole experiment. The possibility of protein S-nitrosylation during TS must be confirmed by the biotin switch method.
Klíčová slova
Teplotní stres, Pisum sativum, polyaminy, reaktivní formy dusíku/kyslíku, S nitrosoglutathionreduktasa, thioredoxinreduktasa, heat shock proteiny
reaktivních forem kyslíku a dusíku se zaměřením na regulaci prostřednictvím S‑nitrosylace
rostlinných regulátorů zapojených do obrany proti teplotnímu stresu (polyaminy apod.)
heat shock proteinů
enzymů metabolismu oxidu dusnatého a jejich zapojení v obranných reakcích rostlin
V experimentální části je cílem práce studium vlivu teplotního stresu u hrachu setého na:
hladinu polyaminů
aktivitu enzymů thioredoxinreduktasy a S-nitrosoglutathionreduktasy
intenzitu S-nitrosylace
produkci heat shock proteinu 70
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 aktuálnímu nastavenému režimu na UP v souvislosti s pandemií Covid-19 v době odevzdání závěrečných prací ve školním roce 2020/2021 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 komisi v den obhajoby.
Zásady pro vypracování
V teoretické části je cílem diplomové práce vypracování literární rešerše zaměřené na charakterizaci:
reaktivních forem kyslíku a dusíku se zaměřením na regulaci prostřednictvím S‑nitrosylace
rostlinných regulátorů zapojených do obrany proti teplotnímu stresu (polyaminy apod.)
heat shock proteinů
enzymů metabolismu oxidu dusnatého a jejich zapojení v obranných reakcích rostlin
V experimentální části je cílem práce studium vlivu teplotního stresu u hrachu setého na:
hladinu polyaminů
aktivitu enzymů thioredoxinreduktasy a S-nitrosoglutathionreduktasy
intenzitu S-nitrosylace
produkci heat shock proteinu 70
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 aktuálnímu nastavenému režimu na UP v souvislosti s pandemií Covid-19 v době odevzdání závěrečných prací ve školním roce 2020/2021 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 komisi v den obhajoby.
Seznam doporučené literatury
Masson P. H., Takahashi T., Angelini R. (2017): Editorial: Molecular Mechanisms Underlying Polyamine Functions in Plants. Frontiers in Plant Science8:14.
Hussain S. S., Ali M., Ahmad M., Siddique K. H. M. (2011): Polyamines: Natural and engineered abiotic and biotic stress tolerance in plants. Biotechnology Advances29, 300-311.
Todorova D., Katerova Z., Shopova E., Jodinskiene M., Jurkoniene S., Sergiev I. (2016): Responses of pea plants to heat stress and spermine treatment. Zemdirbyste-Agriculture103, 99-106.
Seznam doporučené literatury
Masson P. H., Takahashi T., Angelini R. (2017): Editorial: Molecular Mechanisms Underlying Polyamine Functions in Plants. Frontiers in Plant Science8:14.
Hussain S. S., Ali M., Ahmad M., Siddique K. H. M. (2011): Polyamines: Natural and engineered abiotic and biotic stress tolerance in plants. Biotechnology Advances29, 300-311.
Todorova D., Katerova Z., Shopova E., Jodinskiene M., Jurkoniene S., Sergiev I. (2016): Responses of pea plants to heat stress and spermine treatment. Zemdirbyste-Agriculture103, 99-106.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, schémata, 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 Obranné reakce aktivované teplotním stresem se zaměřením na úlohu reaktivních forem dusíku u hrachu setého 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 vedoucí práce a oponentský posudek. Studentka zodpověděla dotazy položené v posudku vedoucího i oponenta. Odpověděla také na dotazy členů zkušební komise:
dr. Sekaninová: Jak se liší jednotlivé kultivary, které jste použila?
dr. Škrabišová: Proč jste měřila teplotní stres při 45 °C?
dr. Danihlík: Navrhujete použití metody biotin switch, jak tato metoda funguje a co měří?
prof. Modrianský: Je možné i nitrosylace provést i na methioninu?