velikost textu

Effectors of RAB GTPases and their role in plant secretion

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Effectors of RAB GTPases and their role in plant secretion
Název v češtině:
Efektory RAB GTPáz a jejich role v regulaci sekrece u rostlin
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Martina Růžičková, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Michal Hála, Ph.D.
Oponenti:
Ing. Václav Motyka, CSc.
Mgr. Petr Klíma, Ph.D.
Konzultant:
doc. RNDr. Viktor Žárský, CSc.
Id práce:
114760
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
Program studia:
Anatomie a fyziologie rostlin (P1524)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
28. 6. 2017
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
rostliny, RAB GTPázy, sekrece
Klíčová slova v angličtině:
plants, RAB GTPases, secretion
Abstrakt:
SOUHRN Rab GTPázy jsou malé signální molekuly, které hrají důležitou roli ve váčkovém transportu. Jejich správné fungování umožňuje regulaci váčkového transportu mezi buněčnými organelami a také směrem do buněčné stěny, kdy je zdrojem materiálu pro růst a prodlužování buněk. Zapojení Rab GTPáz v regulaci endomembránového transportu je jeden z evolučně velmi konzervovaných aspektů řízení a kontroly sekrece. Mezi interaktory Rab GTPáz patří také různé 'downstream' efektory. Jedním z nich je komplex exocyst, který je nejvíce známý pro své zapojení do váčkového transportu na plazmatické membráně. Tento komplex je složen z osmi různých podjednotek (Sec3, Sec5, Sec6, Sec8, Sec10, Sec15, Exo70 and Exo84) a byl objeven jako efektor Sec4p Rab GTPázy v kvasinkách. Dostupné informace z živočišných modelových organismů uvádějí SEC15 podjednotku jako podjednotku která interaguje s Rab GTPázami. Jaká je situace v rostlinách není dosud známo. Početné studie uvádějí důležitou funkci komplexu exocyst v 'tip growth' (vrcholový růst) pylových láček a kořenových vlásků, ve vytváření semenných obalů a také ve tvorbě buněčné přepážky, buněčné stěny a prodlužování hypokotylu. Také je známo zapojení komplexu exocyst v recyklaci auxinových přenašečů - PIN proteinů. V genomu Arabidopsis můžeme nalézt dva paralogy SEC15 podjednotky označované jako SEC15a a SEC15b z nichž, jak již bylo dříve ukázáno SEC15a podjednotka je důležitá pro polární růst pylové láčky. V předkládané práci, jsme se nejdříve soustředili na konzervovanost interakce RAB GTPáz s komplexem exocyst v rostlině Arabidopsis thaliana. Použitím in vitro a in vivo metod, jsme ukázali interakci SEC15b podjednotky s RAB GTPázou z RAB-A4 podskupiny. Výsledky našich experimentů ukazují na fascinující možnost, že RAB GTPázy z RAB-A4 podskupiny nejsou v kontextu interakce s exocystem redundantní. Protože dřívější výsledky ukázaly, že komplex exocyst je důležitý pro prodlužování buněk hypokotylu, které tvoří flexibilní spojení mezi kořenem a kotyledonovými listy, použili jsme tuto část etiolovaných semenáčů Arabidopsis jako modelový systém. Morfologické, anatomické a buněčné analýzy mutantů Arabidopsis v několika podjednotkách komplexu exocyst, zahrnující také SEC15 podjednotku, odhalily vytvoření odlišitelné části etiolovaného hypokotylu blízko rozhraní podzemní a nadzemní části rostliny. Morfologicky se tento odlišný region podobal právě tomuto druhému rozhraní, které je důležitou přechodovou zónou mezi odlišnými prostředími a navzdory jeho klíčovému významu pro vývoj rostlin se málo ví o tom, jak je tato přechodová zóna determinována. Dále jsme také popsali a diskutovali další aspekty mutace SEC15b genu u Arabidopsis a redundanci obou SEC15 paralogů. Homozygotní mutantní rostliny rgtb1-1, které jsou defektivní v enzymu RAB geranylgeranyláze jsou charakteristické krátkými etiolovanými hypokotyly s nepravidelným buněčným uspořádáním a akumulací škrobu. Pro uchopení tohoto jevu jsme použili etiolované hypokotyly Arabidopsis divokého typu (WT) opůsobené isoxabenem. Rostliny pěstované na médiu se sacharózou reagovaly na porušení buněčné stěny alokací cukrů a jejich uložením ve formě škrobu. Dále jsme také použili různé mutantní linie defektní v buněčném transportu, které vykazovaly stejný fenotyp jako WT rostliny opůsobené isoxabenem. Objevili jsme, že existuje kontrolní mechanismus který přepíná mezi využitím cukrů pro syntézu buněčné stěny a nebo jejich uložením ve formě škrobu. Na konci celé práce také diskutujeme možnosti použití Rab GTPáz v biotechnologiích.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Rab GTPases are small signaling molecules that play an important role in vesicle trafficking in eukaryotic cells. Correct signaling through small GTPases allows orchestration of vesicle transport among cellular organelles and also to the cell wall providing cell wall material for cell growth and elongation. Engagement of Rab GTPases in the regulation of endomembrane trafficking is one of the evolutionary conserved aspects of secretion regulation. The network of Rab GTPases interaction includes also various downstream effectors. One of them is the exocyst complex involved in vesicle docking at the plasma membrane. It is a complex composed of eight different subunits (Sec3, Sec5, Sec6, Sec8, Sec10, Sec15, Exo70 and Exo84). Exocyst was discovered as Sec4p Rab GTPase effector in yeast and also data from animal models describe the Sec15 exocyst subunit as the Rab-interacting partner, but data from plants are missing. On the other hand, numerous studies identified exocyst role in tip growth of pollen tube and root hairs, seed coat formation, cell plate and cell wall formation, hypocotyl elongation, and importantly also PIN auxin efflux carriers recycling and polar auxin transport. There are two paralogues of SEC15 in the Arabidopsis genome, SEC15a and SEC15b, the previous one already shown to be important for polarized pollen tube growth. In this thesis, we first test the hypothesis of conservation of Rab-exocyst interaction in Arabidopis thaliana. Using in vitro and in vivo techniques, we were able to show interaction of SEC15b with RAB GTPases from the RAB-A4 subgroup. Our experimental data suggest an intriguing possibility that RAB GTPases from the RAB- A4 subgroup are not redundant in respect to interaction with exocyst. The exocyst complex was proven to be important for hypocotyl elongation, thus we use etiolated Arabidopsis hypocotyl, a flexible connection between root and cotyledons, as a model system. Morphological, anatomical and cytological analyses of Arabidopsis mutants in several exocyst subunits, including SEC15, showed formation of a discrete region on the etiolated hypocotyl near the root-hypocotyl junction, overall morphology of which resembles the collet region. The collet region, root-hypocotyl junction, is an important transition zone between different environments. Despite its crucial importance for plant development, little is known about how this transition zone is specified. We also describe and discuss other aspects of the SEC15b mutation in Arabidopsis and redundancy of both SEC15 paralogues. Homozygous rgtb1-1 mutant plants that are defective in RAB GTPase geranylgeranylation are characteristic by short etiolated hypocotyls with irregular cell pattern and heavy starch accumulation. To address this phenomenon, we show that etiolated hypocotyls upon isoxaben treatment generally react on distortion of the cell wall expansion on saccharides-containing media by allocation of sugars in the form of starch accumulation. We also used different mutant lines that are defective in cellular transport showing very similar phenotype to wild-type plants treated with isoxaben. Moreover, we discovered that there is a switch mechanism redirecting the sink of internal sugars from the cell wall synthesis to starch accumulation. At the end, we also shortly discuss potential of Rab GTPases as targets of biotechnologies.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Martina Růžičková, Ph.D. 71.79 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Martina Růžičková, Ph.D. 50 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Martina Růžičková, Ph.D. 43 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Martina Růžičková, Ph.D. 429 kB
Stáhnout Posudek vedoucího RNDr. Michal Hála, Ph.D. 272 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Václav Motyka, CSc. 242 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Petr Klíma, Ph.D. 540 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 341 kB