Role transportéru KUP9 v adaptaci na toxické půdy

• Název práce v češtině: Role transportéru KUP9 v adaptaci na toxické půdy
• Název v anglickém jazyce: Role of the KUP9 transporter in adaptation to toxic soils
• Klíčová slova: Toxicita, hadcové půdy, Ca/Mg poměr, draslík, transportér KUP9, Arabidopsis
• Klíčová slova anglicky: Toxicity, serpentine soils, Ca/Mg ratio, potassium, KUP9 transporter, Arabidopsis
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Edita Tylová, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 27.10.2023
• Datum zadání: 30.10.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 29.01.2024
• Konzultanti: Mgr. Marek Šustr, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Zhang M-L, Huang P-P, Ji Y, Wang S, Wang S-S, Li Z, Guo Y, Ding Z, Wu W-H ,Wang Y, 2020. KUP9 Maintains Root Meristem Activity by Regulating K+ and Auxin Homeostasis in Response to Low K. EMBO reports 21, e50164.
Bradshaw H, 2005. Mutations in CAX1 Produce Phenotypes Characteristic of Plants Tolerant to Serpentine Soils. New Phytologist 167, 81-88.
Brady K U, Kruckeberg A R ,Jr. H D B, 2005. Evolutionary Ecology of Plant Adaptation to Serpentine Soils. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 36, 243-266.
Šustr M, Konrádová H, Martinčová M, Soukup A ,Tylová E, 2023. Potassium Transporter KUP9 Regulates Plant Response to K+ Deficiency and Affects Carbohydrate Allocation in A. thaliana. Journal of plant physiology 154147.
Genies L, Martin L, Kanno S, Chiarenza S, Carasco L, Camilleri V, Vavasseur A, Henner P ,Leonhardt N, 2021. Disruption of AtHAK/KT/KUP9 Enhances Plant Cesium Accumulation under Low Potassium Supply. Physiologia Plantarum 173, 1230-1243
Konečná V, Bray S, Vlček J, Bohutínská M, Požárová D, Choudhury R R, Bollmann-Giolai A, Flis P, Salt D E, Parisod C, Yant L ,Kolář F, 2021. Parallel Adaptation in Autopolyploid Arabidopsis arenosa Is Dominated by Repeated Recruitment of Shared Alleles. Nature Communications 12,
Konečná V, Šustr M, Požárová D, Čertner M, Krejčová A, Tylová E ,Kolář F, 2022. Genomic Basis and Phenotypic Manifestation of (Non-)Parallel Serpentine Adaptation in Arabidopsis arenosa. Evolution 76, 2315-2331.
Konečná V, Yant L ,Kolář F, 2020. The Evolutionary Genomics of Serpentine Adaptation. Frontiers in Plant Science 11.

Předběžná náplň práce

Hadcové půdy představují pro rostliny jednu z největších výzev díky zvýšenému obsahu těžkých kovů a hořčíku, nedostatku vápníku a suchu. Jedním z druhů, který se na tyto podmínky dokázal přizpůsobit je příbuzný hlavního rostlinného modelu Arabidopsis thaliana – planě rostoucí Arabidopsis arenosa (řeřišničník písečný). Pomocí nejnovějších přístupů populační genomiky bylo zkoumáno několik populací A. arenosa rostoucích na toxických půdách a byly nalezeny geny pravděpodobně zodpovědné za toto přizpůsobení. Jedním z těchto genů je KUP9, kódující transportér draslíku z rodiny KT/HAK/KUP. Diplomová práce bude testovat fenotypické a fitness důsledky specifických genetických variant KUP9 genu nalezené u populací Arabidopsis arenosa přizpůsobených k toxickému prostředí hadcových substrátů. Vybrané hadcové varianty AaKUP9 budou exprimovány v A. thaliana a u takto transformovaných linií budou provedeny kultivační experimenty testující fenotyp rostlin v podmínkách hadcového substrátu s hlavním zaměřením na růst kořenového systému a jeho architekturu a další růstové parametry. Náplní diplomové práce bude také analýza citlivosti kup9 inzerčních mutantů A. thaliana k vybraným stresovým faktorům typickým pro hadcové lokality v kultivačních experimentech in vitro a ex vitro. Práce bude realizována v úzké spolupráci s Katedrou botaniky (týmem dr. Koláře).

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Serpentine soils are one of the greatest challenges to plants due to their elevated heavy metal and magnesium content, shortage of calcium and drought. One species that has been able to adapt to these conditions is a relative of the main plant model, Arabidopsis thaliana, the wild Arabidopsis arenosa. Using recent population genomics approaches, several populations of A. arenosa growing on toxic soils have been studied and genes likely responsible for this adaptation have been identified. One of these genes is KUP9, encoding a potassium transporter from the KT/HAK/KUP family. This thesis will test the phenotypic and fitness consequences of specific genetic variants of the KUP9 gene found in populations of Arabidopsis arenosa adapted to the toxic environment of serpentine substrates. Selected serpentine variants of AaKUP9 will be expressed in A. thaliana and cultivation experiments will be performed in these transformed lines to test the plant phenotype under serpentine substrate conditions, with the main focus on root system growth and architecture, and on other growth parameters. The thesis will also analyse the sensitivity of kup9 insertion mutants of A. thaliana to selected stress factors typical for serpentine sites in in vitro and ex vitro cultivation experiments. The work will be carried out in close collaboration with the Department of Botany (Dr. Kolar's team).