- All mandatory fields for this Thesis are filled in.
Main topic
Nefotochemické zhášení excitací u rostlin Arabidopsis thaliana s absencí vybraných monomerních světlosběrných antén fotosystému II
Main topic in English
Non-photochemical quenching of excitations in Arabidopsis thaliana plants lacking selected monomeric light-harvesting antenna complexes of photosystem II
Title according to student
Nefotochemické zhášení excitací u rostlin Arabidopsis thaliana s absencí vybraných monomerních světlosběrných antén fotosystému II
English title as given by the student
Non-photochemical quenching of excitations in Arabidopsis thaliana plants lacking selected monomeric light-harvesting antenna complexes of photosystem II
Cílem této bakalářské práce bylo přispět k charakterizaci nefotochemického zhášení u rostlin s absencí světlosběrných antén fotosystému II LHCB5 a LHCB6. V předchozím výzkumu, který se týkal mutantní linie lhcb6, byly u mutanta lhcb6 pozorovány nízké hodnoty fotosyntetických parametrů a obecně nízká životaschopnost, ale v případě dvojitého mutanta lhcb5lhcb6 byl pozorován částečný návrat k fenotypu a k hodnotám fotosyntetických parametrů divokého typu. V návazné studii nebyla u mutanta lhcb6 pozorována nižší životaschopnost nebo výrazně nižší hodnoty fotosyntetických parametrů.
V této práci byly využity mutantní linie Arabidopsis thaliana lhcb5 a lhcb6 a dvojitý mutant lhcb5lhcb6. Rostliny byly aklimatizovány na tři různé světelné intenzity a následně charakterizovány zejména metodami založenými na detekci chlorofylové fluorescence in vivo. Výsledky této práce nepotvrzují sníženou životaschopnost mutanta lhcb6 ani výrazný pokles fotosyntetických parametrů tohoto mutanta, ale po aklimaci na vysokou intenzitu světla byly u lhcb6 pozorovány oba tyto fenomény, především výrazně snížená indukce nefotochemického zhášení excitací. Zajímavým výsledkem je výrazné zvýšení obsahu chlorofylů u všech mutantů aklimovaných na vysokou intenzitu světla.
Annotation in English
The aim of this bachelor thesis was to contribute to the characterization of nonphotochemical quenching in plants lacking light-harvesting antennae LHCB5 and LHCB6 of photosystem II. In previous research concerning the lhcb6 mutant line, low photosynthetic parameter values and generally low viability were observed in the lhcb6 mutant, but in the case of the lhcb5lhcb6 double mutant, a partial return to wild-type phenotype and photosynthetic parameter values was observed. In a follow-up study, lower viability or significantly lower values of photosynthetic parameters were not observed in the lhcb6 mutant.
In this thesis were used mutant lines of Arabidopsis thaliana lhcb5 and lhcb6 and the double mutant lhcb5lhcb6. The plants were acclimatized to three different light intensities and subsequently characterized mainly by methods based on the detection of chlorophyll fluorescence in vivo. The results of this work do not confirm the reduced viability of the lhcb6 mutant or a significant decrease in the photosynthetic parameters of this mutant, but after acclimation to high light intensity, both of these phenomena were observed in lhcb6, especially a significantly reduced induction of non-photochemical quenching by excitation. An interesting result is a significant increase in chlorophyll content in all mutants acclimated to high light intensity.
Keywords
nefotochemické zhášení, světlosběrné antény, chlorofylová fluorescence, aklimatizace na světelnou intenzitu
Cílem této bakalářské práce bylo přispět k charakterizaci nefotochemického zhášení u rostlin s absencí světlosběrných antén fotosystému II LHCB5 a LHCB6. V předchozím výzkumu, který se týkal mutantní linie lhcb6, byly u mutanta lhcb6 pozorovány nízké hodnoty fotosyntetických parametrů a obecně nízká životaschopnost, ale v případě dvojitého mutanta lhcb5lhcb6 byl pozorován částečný návrat k fenotypu a k hodnotám fotosyntetických parametrů divokého typu. V návazné studii nebyla u mutanta lhcb6 pozorována nižší životaschopnost nebo výrazně nižší hodnoty fotosyntetických parametrů.
V této práci byly využity mutantní linie Arabidopsis thaliana lhcb5 a lhcb6 a dvojitý mutant lhcb5lhcb6. Rostliny byly aklimatizovány na tři různé světelné intenzity a následně charakterizovány zejména metodami založenými na detekci chlorofylové fluorescence in vivo. Výsledky této práce nepotvrzují sníženou životaschopnost mutanta lhcb6 ani výrazný pokles fotosyntetických parametrů tohoto mutanta, ale po aklimaci na vysokou intenzitu světla byly u lhcb6 pozorovány oba tyto fenomény, především výrazně snížená indukce nefotochemického zhášení excitací. Zajímavým výsledkem je výrazné zvýšení obsahu chlorofylů u všech mutantů aklimovaných na vysokou intenzitu světla.
Annotation in English
The aim of this bachelor thesis was to contribute to the characterization of nonphotochemical quenching in plants lacking light-harvesting antennae LHCB5 and LHCB6 of photosystem II. In previous research concerning the lhcb6 mutant line, low photosynthetic parameter values and generally low viability were observed in the lhcb6 mutant, but in the case of the lhcb5lhcb6 double mutant, a partial return to wild-type phenotype and photosynthetic parameter values was observed. In a follow-up study, lower viability or significantly lower values of photosynthetic parameters were not observed in the lhcb6 mutant.
In this thesis were used mutant lines of Arabidopsis thaliana lhcb5 and lhcb6 and the double mutant lhcb5lhcb6. The plants were acclimatized to three different light intensities and subsequently characterized mainly by methods based on the detection of chlorophyll fluorescence in vivo. The results of this work do not confirm the reduced viability of the lhcb6 mutant or a significant decrease in the photosynthetic parameters of this mutant, but after acclimation to high light intensity, both of these phenomena were observed in lhcb6, especially a significantly reduced induction of non-photochemical quenching by excitation. An interesting result is a significant increase in chlorophyll content in all mutants acclimated to high light intensity.
Keywords
nefotochemické zhášení, světlosběrné antény, chlorofylová fluorescence, aklimatizace na světelnou intenzitu
1) Vypracujte přehled problematiky na téma role světlosběrných antén Lhcb5 a Lhcb6 ve fotosyntéze se zaměřením na jejich roli při indukci nefotochemického zhášení fluorescence (NPQ)
2) Proveďte měření kinetiky NPQ a dalších parametrů funkce fotosystému II a I in vivo u mutantních linií Arabidopsis thaliana s absencí proteinů Lhcb6 a/nebo Lhcb5 aklimovaných na různou ozářenost
3) Izolujte thylakoidní membrány z napěstovaných rostlin. Proveďte separaci komplexů fotosystému I a II pomocí nativní PAGE a pokuste se identifikovat separované zony.
4) Analyzujte naměřená data a výsledky diskutujte.
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.
Research Plan
1) Vypracujte přehled problematiky na téma role světlosběrných antén Lhcb5 a Lhcb6 ve fotosyntéze se zaměřením na jejich roli při indukci nefotochemického zhášení fluorescence (NPQ)
2) Proveďte měření kinetiky NPQ a dalších parametrů funkce fotosystému II a I in vivo u mutantních linií Arabidopsis thaliana s absencí proteinů Lhcb6 a/nebo Lhcb5 aklimovaných na různou ozářenost
3) Izolujte thylakoidní membrány z napěstovaných rostlin. Proveďte separaci komplexů fotosystému I a II pomocí nativní PAGE a pokuste se identifikovat separované zony.
4) Analyzujte naměřená data a výsledky diskutujte.
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.
Recommended resources
Anderson et al. 2001 Plant Cell 13, 1193–1204.
Albanese et al. 2016 Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1857, 1651–1660.
Ballottari et al. 2009 Journal of Biological Chemistry 284, 8103–8113.
Ballottari et al. 2010 Journal of Biological Chemistry 285, 28309–28321.
Cazzaniga et al. 2020 Plant Cell and Environment 43, 496–509.
Dall‘Osto et al. 2005 Plant Cell 17, 1217–1232.
Dall‘Osto et al. 2017 Nature Plants 3, 17033.
De Bianchi et al. 2008 Plant Cell 20, 1012-1028.
Gao et al. 2020 Journal of Phycology 56, 393–403.
Ilíková et al. 2021 Plant Physiology in press (zde jsou i citace na články o roli Lhcb6)
Kouřil et al. 2013 Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1827, 411–419.
Nicol et al. 2019 Nature Plants 5, 1177–1183.
Peng et al. 2019 International Journal of Molecular Sciences 20, 3665.
Ruban 2016 Plant Physiology 170, 1903-1916.
Schumann et al. 2017 Frontiers in Plant Science 8, 681.
A další literatura dle pokynů vedoucího práce.
Recommended resources
Anderson et al. 2001 Plant Cell 13, 1193–1204.
Albanese et al. 2016 Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1857, 1651–1660.
Ballottari et al. 2009 Journal of Biological Chemistry 284, 8103–8113.
Ballottari et al. 2010 Journal of Biological Chemistry 285, 28309–28321.
Cazzaniga et al. 2020 Plant Cell and Environment 43, 496–509.
Dall‘Osto et al. 2005 Plant Cell 17, 1217–1232.
Dall‘Osto et al. 2017 Nature Plants 3, 17033.
De Bianchi et al. 2008 Plant Cell 20, 1012-1028.
Gao et al. 2020 Journal of Phycology 56, 393–403.
Ilíková et al. 2021 Plant Physiology in press (zde jsou i citace na články o roli Lhcb6)
Kouřil et al. 2013 Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1827, 411–419.
Nicol et al. 2019 Nature Plants 5, 1177–1183.
Peng et al. 2019 International Journal of Molecular Sciences 20, 3665.
Ruban 2016 Plant Physiology 170, 1903-1916.
Schumann et al. 2017 Frontiers in Plant Science 8, 681.
A další literatura dle pokynů vedoucího práce.
Enclosed appendices
-
Appendices bound in thesis
graphs
Taken from the library
No
Full text of the thesis
Appendices
Reviewer's report
Supervisor's report
Defence procedure record
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 oponenta student zodpověděl.
V rámci veřejné diskuse student zodpověděl následující dotazy položené přítomnými odborníky:
Ing. Pavel Křenek, Ph.D.: Byli v práci použití stejní mutanti jako ve studii De Bianchi et al. (2008)? Mají tito mutanti jednu T-DNA inzerci v genech? Jak si u analýzy Western Blot vysvětlujete přítomnost pásu u dvojitého lhc5lhcb6 mutanta? Jakou jinou statistickou metodu by bylo vhodné použít pro vyhodnocení získaných dat? Mohla by nadprodukce antén vést k větší biomase rostlin?
prof. Mgr. Miroslav Ovečka, Ph.D.: Je podjednotka 6 v komplexu funkčně významnější?
Mgr. Olga Šamajová, Dr.: Proč je u mutantů zvýšené množství fotosyntetických pigmentů?