velikost textu

The characterisation of organ-specific phytohormone responses to nutrient deficiency and biotic stress

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:
The characterisation of organ-specific phytohormone responses to nutrient deficiency and biotic stress
Název v češtině:
Charakterizace orgánově-specifických odpovědí na úrovni fytohormonů při nedostatku živin a biotickém stresu
Typ:
Disertační práce
Autor:
Bc. Barbara Kramná
Školitel:
RNDr. Radomíra Vaňková, CSc.
Oponenti:
Ing. Marie Hronková, Ph.D.
doc. Mgr. Lucie Plíhalová, Ph.D.
Id práce:
171419
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:
12. 9. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
nedostatek fosfátu, rac-GR24, strigolaktony, kyselina jasmonová, kyselina salicylová, Plasmodiophora brassicae, rezistence, fytohormony, genové exprese
Klíčová slova v angličtině:
phosphate deficiency, rac-GR24, strigolactones, jasmonic acid, salicylic acid, Plasmodiophora brassicae, resistance, phytohormones, gene expression
Abstrakt:
ABSTRAKT Abiotické a biotické stresy snižují výnosy pěstovaných plodin a v konečném důsledku negativně ovlivňují zemědělskou produkci. Objasnění mechanismu rostlinných stresových odpovědí a jejich regulace by pomohlo přispět ke zlepšení jejich odolnosti vůči stresu. Fytohormony regulují rostlinný růst a vývoj a mají také důležitou roli v obranných reakcích. Tato práce shrnuje výsledky dvou publikací, které se soustředily na dynamiku fytohormonů v odpovědi na abiotické a biotické stresy, konkrétně nedostatek fosfátu a infekci pathogenem Plasmodiophora brassicae. Souhrnný článek se detailně zabývá strigolaktony, které jsou hlavními regulátory odpovědí na deficit fosfátu. Důraz je kladen na orgánové-specifické odpovědi vůči stresovým podmínkám a také na dopad exogenních aplikací fytohormornů za účelem podpořit odolnost rostlin vůči stresům. V případě nedostatku fosfátu bylo společnou reakcí pro všechny orgány snížení aktivního cytokininu trans-zeatinu a giberelinu GA4 spolu se zvýšením kyseliny abscisové. Stimulace exprese fosfátových transportérů s vysokou afinitou (PHT1;4 a PHT1;7) představovalo další společnou odpověď v celé rostlině. Nedostatek fosfátu nejsilněji ovlivnil vzrostný vrchol, kde jsme zaznamenali nejvíce změn na úrovni genové exprese. Pouze v kořenech jsme detekovali zvýšenou hladinu cytokininu s nízkou aktivitou, cis-zeatinu. Exogenní aplikace rac-GR24, syntetického analogu strigolaktonů, vyvolala v přítomnosti fosfátu obecně stejné reakce jako nedostatek této živiny. Strigolaktony jsou skupina fytohormonů odvozených od karotenoidů a jejich biosyntéza je v rostlinné říši široce konzervovaná. Homologní enzymy byly identifikovány v mechu Physcomitrella patens, jednoděložných rostlinách jako je rýže a kukuřice a také u dvouděložných, např. u rajčete, Arabidopsis a topolu. Pokud jde o signální dráhy, první suchozemské rostliny se liší od cévnatých, a v prvním případě strigolaktony interagují s jinými receptory a přednostně ovlivňují světelné odpovědi. Odpovědi vůči biotickému stresu v podobě infekce biotrofním patogenem Plasmodiophora brassicae se lišily u citlivého a resistentního kultivaru řepky. U citlivého kultivaru Hornet došlo během infekce k dlouhodobému zvýšení hormonů podporujících růst, auxinů a cytokininů. Resistentní Alister měl zvýšenou basální hladinu kyseliny salicylové. Exogenní aplikace kyselinou salicylovou potlačila projevy infekce u Alisteru spolu se snížením obsahu kyseliny jasmonové v kořenech. Exogenní ošetření kyselinou jasmonovou naopak infekci podpořilo u obou kultivarů, nejvíce prostřednictvím navýšení obsahu cytokininů a exprese biosyntetických genů pro auxiny a cytokininy. Tato práce charakterizuje orgánově-specifické stresové odpovědi a diskutuje potenciální použití strigolaktonů a kyseliny salicylové pro zlepšení odolnosti vůči stresům. Dále také porovnává obecné a specifické reakce během abiotických a biotických stresů. Klíčová slova: nedostatek fosfátu, rac-GR24, strigolaktony, kyselina jasmonová, kyselina salicylová, Plasmodiophora brassicae, rezistence, fytohormony, genové exprese
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Abiotic and biotic stresses lead to crop yield losses and ultimately negatively affect agriculture production. Elucidation of the mechanisms of plant stress responses and their regulation could help to understand plant defence and improve stress tolerance. Phytohormones stand behind both plant growth and developmental changes as well as stress signalling. This thesis summarises the results published in two articles focused on phytohormone dynamics in response to abiotic and biotic stresses, namely phosphate shortage and Plasmodiophora brassicae infection. A review article focuses in depth on strigolactones as master regulators of phosphate deficiency responses. The main emphasis is put on organ-specific reactions and exogenous phytohormone treatment with the potential to convey stress tolerance. In the case of phosphate shortage, the universal reaction in all organs was a decrease in active cytokinin trans-zeatin and gibberellin GA4 with a concurrent elevation of abscisic acid. Also, the high- affinity phosphate transporters (PHT1;4 and PHT1;7) exhibited increased gene expression within the whole plant. Shoot apical meristems showed numerous changes in gene expression and were the most affected organ during the lack of phosphate. Only in roots, we observed a substantial elevation of low active cytokinin cis-zeatin. Exogenous application of a strigolactone analogue rac-GR24 in the presence of phosphate generally mimicked the impact of phosphate starvation. Strigolactones are a carotenoid group of phytohormones, and their biosynthesis is conserved within the plant kingdom. Homologous enzymes were identified in moss Physcomitrella patens, monocots such as rice and maize, and also dicots including tomato, Arabidopsis and poplar. In the case of signalling, the first land plants differ from the vascular ones, and strigolactones seem to act via other receptors and influence predominantly light responses. The biotic stress reactions to biotrophic pathogen Plasmodiophora brassicae varied in susceptible and resistant Brassica cultivars. The susceptible one, Hornet, exhibited during infection prolonged maintenance of elevated content of growth-promoting hormones, auxin and cytokinins. The resistant one, Alister, had higher basal levels of salicylic acid. Exogenous treatment of salicylic acid reduced disease symptoms in Alister and predominantly enhanced its content, down-regulating jasmonic acid levels in roots. Exogenous jasmonic acid promoted infection in both cultivars via stimulation of cytokinins and expression of cytokinin and auxin biosynthetic genes. This thesis highlights the organ-specific responses to stress conditions and discuss the potential of strigolactone and salicylic acid application for improving stress resilience. It also characterises the general and specific reactions during abiotic vs biotic stresses. Keywords: phosphate deficiency, rac-GR24, strigolactones, jasmonic acid, salicylic acid, Plasmodiophora brassicae, resistance, phytohormones, gene expression
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Bc. Barbara Kramná 24.26 MB
Stáhnout Příloha k práci Bc. Barbara Kramná 23.11 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Bc. Barbara Kramná 272 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Bc. Barbara Kramná 263 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Bc. Barbara Kramná 656 kB
Stáhnout Posudek vedoucího RNDr. Radomíra Vaňková, CSc. 209 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Marie Hronková, Ph.D. 488 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. Mgr. Lucie Plíhalová, Ph.D. 225 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 156 kB