Charakterizace superoxiddismutas u rostlin Medicago truncatula a Medicago sativa L.

Kristýna POKORNÁ

Bachelor's thesis

Téma anglicky: Characterization of superoxid dismutases in Medicago truncatula and Medicago sativa L.

Abstract:

Vývoj rostlin a řadu buněčných procesů provází vznik reaktivních forem kyslíku (ROS). Někteří zástupci ROS hrají důležitou roli jako druhotní poslové a jsou zapojeny do procesu signalizace u rostlin. Nadměrná akumulace ROS během působení stresu vede k oxidaci biomolekul a poškození subcelulárních struktur. Z tohoto důvodu je pro rostliny zcela nezbytné regulovat hladinu ROS v buňkách tak, aby nepřekračovala fyziologické koncetrace. Hladinu ROS v buňkách reguluje systém antioxidační obrany, jehož součástí je i enzymatická rodina superoxiddismutas (SOD). Exprese Cu/ZnSOD (CSD) a FeSOD1 (FSD1) u rostliny Arabidopsis thaliana je závislá na hladinách mědi a je řízena transkripčním faktorem SQUAMOSA promoter-binding protein-like7 (SPL7), který je zcela klíčový pro udržování homeostasy mědi u rostlin. Předchozí práce naznačují, že tato regulace SOD je částečně narušena u rostliny Medicago sativa, která je známá pro svoji schopnost iniciovat symbiotický vztah s dusík fixující bakteriií Sinorhizobium meliloti. Předmětem této práce bylo ověření zachování této regulační dráhy SOD řízené SPL7 u příbuzného druhu Medicago truncatula. Byla provedena detekce aktivit a abundance SOD isoforem za využití metod NATIVE PAGE s nasledným specifickým barvením SOD aktivit a Western-blot. Pomocí inhibičních analýz aktivit byly popsány SOD isoformy M. truncatula. Již dříve byl u M. truncatula identifikován gen MtCSD2, který pravděpodobně nemá homologa u A. thaliana. Protein MtCSD2 by měl být lokalizovan v chloroplastu, dle dříve provedené lokalizační predikce. Dalším cílem této práce byla příprava konstruktu 35S::MtCSD2:GFP, jehož funkčnost byla ověřena transientní transformací v Nicotiana benthamiana, která odhalila přítomnost MtCSD2-GFP v chloroplastu, cytoplazmě a jádře.

Abstract:

Plant development and many cellular processes are accompanied by the production of reactive oxygen species (ROS). Some ROS representatives play important roles as second messengers and are involved in the signaling process in plants. Excessive accumulation of ROS during stress leads to oxidation of biomolecules and damage to subcellular structures. Plants must effectively manage ROS levels within cells to prevent exceeding the physiological concentrations of ROS, which are regulated by the antioxidant defense system, including the superoxide dismutase (SOD) enzyme family. The expression of Cu/ZnSOD (CSD) and FeSOD1 (FSD1) in Arabidopsis thaliana depends on copper levels. It is controlled by the SQUAMOSA promoter-binding protein-like7 (SPL7) transcription factor, which is a full component of maintaining copper homeostasis in plants. Previous work suggests that this SOD regulation is partially disrupted in Medicago sativa, a plant known for its ability to initiate a symbiotic relationship with the nitrogen-fixing bacterium Sinorhizobium meliloti. The present work was undertaken to verify the maintenance of this SPL7-driven SOD regulatory pathway in the related species Medicago truncatula. Detection of SOD isoforms activity and abundance were performed using NATIVE PAGE with specific SOD activity staining and Western-blot methods. The SOD isoforms of M. truncatula were characterized using inhibitory activity assays. The MtCSD2 gene was previously identified in M. truncatula, which probably has no homologues in A. thaliana. The MtCSD2 protein is predicted to be localized in the chloroplast, according to previous bioinformatic predictions. Another aim of this work was to prepare a 35S::MtCSD2:GFP construct whose functionality was verified by transient transformation in Nicotiana benthamiana, which revealed the presence of MtCSD2-GFP in the chloroplast, cytoplasm and nucleus.

Keywords

oxidativní stres, enzymatická antioxidační obrana, superoxiddismutasy, SQUAMOSA promoter-binding protein-like7, CSD2. Medicago truncatula, Medicago sativa

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Petr Dvořák, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biotechnology and Genetic Engineering / Biotechnology and Genetic Engineering