V současné době zvýšená koncentrace soli v půdě vážně omezuje růst a produktivitu důležitých druhů plodin. Je známo, že solný stres indukovaný NaCl vyvolává u rostlin akumulaci reaktivních kyslíkových radikálů, a jejich koncentrace musí být přísně regulována pomocí enzymatických anebo neenzymatických antioxidantů. Superoxiddismutása FSD1 je antioxidační enzym důležitý pro regulaci hladin jednoho z kyslíkových radikálů, superoxidu, v chloroplastech, cytosolu a jádře. Její abundance závisí na expresi signálního proteinu MITOGENEM AKTIVOVANÁ PROTEINKINÁZA 3 (MPK3). Cílem této práce bylo zjistit, vliv chybějící exprese FSD1 a MPK3 na tvorbu kyslíkových radikálů v mutantech Arabidopsis thaliana fsd1 a mpk3-1 během zasolení. Kvantitativní fluorescenční stereomikroskopie pomocí fluorescenční barvičky CM-H2DCFDA ukázala mnohem dřívější tvorbu ROS u obou sledovaných mutantů v porovnání s divokým typem Col-0, což koresponduje s jejích citlivostí na solný stres. Dynamika akumulace ROS se nelišila jenom mezi divokým typem a mutanty, zaznamenali jsme také odlišnosti mezi mutanty. Pozorování pomocí konfokální mikroskopie s rotujícím diskem potvrdilo vyšší akumulaci ROS v mutantech a ukázalo také určité změny v subcelulární distribuci ROS mezi mutanty. Akumulace ROS v tečkovitých, vezikulám podobných strukturách byla výraznější u mutanta fsd1-1 v porovnání s mpk3-1. Naše pozorování tedy ukázali, že MPK3 a FSD1 jsou důležité pro raní fáze odpovědi rostlin na tvorbu ROS indukovanou NaCl. MPK3 pravděpodobně hraje roli v hromadění ROS ve vezikulám podobných strukturách. Pozorování odhalují možnou roli FSD1 v toleranci rostlin vůči hypoxii a také přinášejí důkazy o možném propojení MKP3 a FSD1.
Anotace v angličtině
Currently, the increased concentration of salt in soil seriously restricts the growth and productivity of many important crop species. It is well known, that salt stress induced by NaCl, evokes the accumulation of reactive oxygen radicals (ROS) in plants, and their levels have to be strictly regulated by enzymatic and non-enzymatic antioxidants. Superoxide dismutase FSD1 is an antioxidant enzyme important for regulation of ROS called superoxide in chloroplasts, cytosol and nucleus. FSD1 abundance depends on the expression of a signaling protein MITOGEN ACTIVATED PROTEIN KINASE 3 (MPK3). This bachelor thesis aimed to examine the influence of the missing expression FSD1 and MPK3 on ROS generation in fsd1- 1 and mpk3-1 Arabidopsis thaliana mutants during salt stress. The quantitative fluorescence stereomicroscopy combined with ROS labeling using a fluorescent dye CM-H2DCFDA showed much earlier accumulation of ROS in both mutants compared to wild type, which corresponds with their sensitivity to the salt stress. We also obtained some differences in the dynamics of ROS accumulation between the mutants. Spinning disc microscopy observation proved the higher ROS accumulation in mutants and pointed to some differences in subcellular ROS distribution between the mutants. Arabidopsis mpk3-1 mutant showed attenuated accumulation of ROS in vesicle-like structures compared to fsd1-1 mutant. In summary, our analyses showed that FSD1 and MPK3 are important for early ROS generation in plants in response to NaCl. MPK3 might regulate the ROS accumulation in vesicle-like structures. The observations reveal the possible role of FSD1 in the plant tolerance to hypoxia, and bring evidence about the possible functional link beween MKP3 and FSD1.
salt stress, superoxide dismutases, reactive oxygen species, mitogen-activated protein kinases, fluorescent microscopy, Arabidopsis
Rozsah průvodní práce
61 s.
Jazyk
CZ
Anotace
V současné době zvýšená koncentrace soli v půdě vážně omezuje růst a produktivitu důležitých druhů plodin. Je známo, že solný stres indukovaný NaCl vyvolává u rostlin akumulaci reaktivních kyslíkových radikálů, a jejich koncentrace musí být přísně regulována pomocí enzymatických anebo neenzymatických antioxidantů. Superoxiddismutása FSD1 je antioxidační enzym důležitý pro regulaci hladin jednoho z kyslíkových radikálů, superoxidu, v chloroplastech, cytosolu a jádře. Její abundance závisí na expresi signálního proteinu MITOGENEM AKTIVOVANÁ PROTEINKINÁZA 3 (MPK3). Cílem této práce bylo zjistit, vliv chybějící exprese FSD1 a MPK3 na tvorbu kyslíkových radikálů v mutantech Arabidopsis thaliana fsd1 a mpk3-1 během zasolení. Kvantitativní fluorescenční stereomikroskopie pomocí fluorescenční barvičky CM-H2DCFDA ukázala mnohem dřívější tvorbu ROS u obou sledovaných mutantů v porovnání s divokým typem Col-0, což koresponduje s jejích citlivostí na solný stres. Dynamika akumulace ROS se nelišila jenom mezi divokým typem a mutanty, zaznamenali jsme také odlišnosti mezi mutanty. Pozorování pomocí konfokální mikroskopie s rotujícím diskem potvrdilo vyšší akumulaci ROS v mutantech a ukázalo také určité změny v subcelulární distribuci ROS mezi mutanty. Akumulace ROS v tečkovitých, vezikulám podobných strukturách byla výraznější u mutanta fsd1-1 v porovnání s mpk3-1. Naše pozorování tedy ukázali, že MPK3 a FSD1 jsou důležité pro raní fáze odpovědi rostlin na tvorbu ROS indukovanou NaCl. MPK3 pravděpodobně hraje roli v hromadění ROS ve vezikulám podobných strukturách. Pozorování odhalují možnou roli FSD1 v toleranci rostlin vůči hypoxii a také přinášejí důkazy o možném propojení MKP3 a FSD1.
Anotace v angličtině
Currently, the increased concentration of salt in soil seriously restricts the growth and productivity of many important crop species. It is well known, that salt stress induced by NaCl, evokes the accumulation of reactive oxygen radicals (ROS) in plants, and their levels have to be strictly regulated by enzymatic and non-enzymatic antioxidants. Superoxide dismutase FSD1 is an antioxidant enzyme important for regulation of ROS called superoxide in chloroplasts, cytosol and nucleus. FSD1 abundance depends on the expression of a signaling protein MITOGEN ACTIVATED PROTEIN KINASE 3 (MPK3). This bachelor thesis aimed to examine the influence of the missing expression FSD1 and MPK3 on ROS generation in fsd1- 1 and mpk3-1 Arabidopsis thaliana mutants during salt stress. The quantitative fluorescence stereomicroscopy combined with ROS labeling using a fluorescent dye CM-H2DCFDA showed much earlier accumulation of ROS in both mutants compared to wild type, which corresponds with their sensitivity to the salt stress. We also obtained some differences in the dynamics of ROS accumulation between the mutants. Spinning disc microscopy observation proved the higher ROS accumulation in mutants and pointed to some differences in subcellular ROS distribution between the mutants. Arabidopsis mpk3-1 mutant showed attenuated accumulation of ROS in vesicle-like structures compared to fsd1-1 mutant. In summary, our analyses showed that FSD1 and MPK3 are important for early ROS generation in plants in response to NaCl. MPK3 might regulate the ROS accumulation in vesicle-like structures. The observations reveal the possible role of FSD1 in the plant tolerance to hypoxia, and bring evidence about the possible functional link beween MKP3 and FSD1.
salt stress, superoxide dismutases, reactive oxygen species, mitogen-activated protein kinases, fluorescent microscopy, Arabidopsis
Zásady pro vypracování
1. Vypracování literární rešerše na téma:
Reaktivní kyslíkové radikály (ROS) a jejich role u rostlin; tvorba ROS během osmotického stresu; antioxidační obrana s důrazem na superoxiddismutázy, mikroskopické metody detekce ROS
2. Získání dovedností s prací s rostlinami v in vitro podmínkách a ve fluorescenční mikroskopii
3. Kvantitativní vyhodnocení tvorby ROS v rostlinách divého typu Arabidopsis a mutantech v genu pro vybranou isoformu superoxiddismutáz pomocí fluorescenční mikroskopie během osmotického stresu
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 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).
Odevzdání závěrečné práce na sekretariátě Katedry biotechnologií ve dvou svázaných výtiscích obsahujících CD s elektronickou verzí závěrečné práce proběhne v řádném termínu uvedeném v harmonogramu na webové stránce
Katedry biotechnologií.( http://kbt.upol.cz )
Zásady pro vypracování
1. Vypracování literární rešerše na téma:
Reaktivní kyslíkové radikály (ROS) a jejich role u rostlin; tvorba ROS během osmotického stresu; antioxidační obrana s důrazem na superoxiddismutázy, mikroskopické metody detekce ROS
2. Získání dovedností s prací s rostlinami v in vitro podmínkách a ve fluorescenční mikroskopii
3. Kvantitativní vyhodnocení tvorby ROS v rostlinách divého typu Arabidopsis a mutantech v genu pro vybranou isoformu superoxiddismutáz pomocí fluorescenční mikroskopie během osmotického stresu
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 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).
Odevzdání závěrečné práce na sekretariátě Katedry biotechnologií ve dvou svázaných výtiscích obsahujících CD s elektronickou verzí závěrečné práce proběhne v řádném termínu uvedeném v harmonogramu na webové stránce
Katedry biotechnologií.( http://kbt.upol.cz )
Seznam doporučené literatury
Waszczak, C., Carmody, M., and Kangasjärvi, J. (2018). Reactive Oxygen Species in Plant Signaling. Annu. Rev. Plant Biol. 69, 209–236. doi:10.1146/annurev-arplant-042817-040322.
Dvořák P, Krasylenko Y, Zeiner A, Šamaj J, Takáč T (2021) Signaling Toward Reactive Oxygen Species-Scavenging Enzymes in Plants. Frontiers in Plant Science 11:618835.
Dvořák P, Krasylenko Y, Ovečka M, Basheer J, Zapletalová V, Šamaj J, Takáč T (2021) In‐vivo light‐sheet microscopy resolves localisation patterns of FSD1, a superoxide dismutase with function in root development and osmoprotection. Plant, Cell & Environment 44, 68-87.
Seznam doporučené literatury
Waszczak, C., Carmody, M., and Kangasjärvi, J. (2018). Reactive Oxygen Species in Plant Signaling. Annu. Rev. Plant Biol. 69, 209–236. doi:10.1146/annurev-arplant-042817-040322.
Dvořák P, Krasylenko Y, Zeiner A, Šamaj J, Takáč T (2021) Signaling Toward Reactive Oxygen Species-Scavenging Enzymes in Plants. Frontiers in Plant Science 11:618835.
Dvořák P, Krasylenko Y, Ovečka M, Basheer J, Zapletalová V, Šamaj J, Takáč T (2021) In‐vivo light‐sheet microscopy resolves localisation patterns of FSD1, a superoxide dismutase with function in root development and osmoprotection. Plant, Cell & Environment 44, 68-87.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby:
V úvodu obhajoby předseda komise prof. Mgr. Miroslav Ovečka, 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 oponentky student zodpověděl.
V rámci veřejné diskuse student částečně zodpověděl následující dotazy položené přítomnými odborníky:
Ing. Pavel Křenek, Ph.D.: Jakými způsoby byste prokázal, že MPK3 interaguje s FeSOD?
Mgr. Olga Šamajová, Dr.: V grafech u fsd1-1 mutanta máte v měření poměrně velké odchylky. Čím myslíte, že je to dané?
prof. Mgr. Miroslav Ovečka, Ph.D.: Nárůst intenzity signálu se nachází v diferenciační zóně. Jak jste vyhodnotil tuto intenzitu signálu? Jak probíhalo měření? Plazmolýza buněk se nacházela ve všech zónách kořene, nebo jen v těch nejcitlivějších?