Vliv nízké teploty na propustnost buněčných membrán a přežití rostlin

Anna Kubovčíková

Bachelor's thesis

Effect of low temperature on cell membrane permeability and plant survival

Abstract:

Rostliny jsou v přírodě přirozeně vystaveny nízkým teplotám. V průběhu zimy jsou teploty nejnižší a na určitých místech dosahují i velmi nízkých hodnot. Velkou roli na odolnost rostliny vůči nízkým teplotám má kyselina jasmonová. Geny rodiny PLIP produkují její prekurzory, proto jsme se v této práci zaměřili na vliv těchto genů a také vliv intenzity světla na odolnost rostliny Arabidopsis thaliana vůči nízkým teplotám. Sledovanými parametry u rostlin aklimovaných na nízké teploty byly parametry fotosyntézy, intaktnost buněčných membrán a přežití po působení mrazu. Výsledky experimentů prokázaly, že mutace genů PLIP vede ke snížení intaktnosti membrán při působení mrazu, a naopak ektopicky zvýšená exprese genu PLIP3 má za následek zvýšení odolnosti rostliny. Na základě úniku iontů jsme pro jednotlivé varianty stanovili hodnoty LT50, a bylo prokázáno, že rozdíl mezi nejodolnější transgenní linií plip3 ox a mutantní linií ve všech třech genech PLIP je více než 4 °C. Následně byl proveden test na přežití rostlin po působení mrazu, kde bylo prokázáno, že hodnota LT50 korelovala s přežitím rostlin. Analýza fluorescence chlorofylu ukázala, že po aklimaci na nízkou teplotu nejsou mezi jednotlivými genotypy s modifikovanou hladinou PLIP velké rozdíly ve fotosyntetických parametrech. Výraznější vliv mělo na rostliny světlo, které bylo při aklimaci použito. Rostliny aklimované při nízké intenzitě vykazovaly vyšší hodnoty nefotochemického zhášení i větší maximální kvantový výtěžek fotosystému II. Získané výsledky dokazují, že geny PLIP se významně podílejí na odolnosti rostlin vůči nízkým teplotám.

Abstract:

Plants are naturally exposed to low temperatures in nature. During the winter, the temperatures are the lowest and in certain places they even reach very low values. Jasmonic acid plays an important role in the plant's resistance to low temperatures. In the thesis, we have focused on the effect of the PLIP genes that produce precursors of jasmonic acid. The role of the genes in cold resistance in Arabidopsis thaliana was studied after acclimation in different light conditions. The observed parameters in plants acclimated to low temperatures were the parameters of photosynthesis, intactness of cell membranes and survival after exposure to freezing. The results of the experiments proved that the mutation of the PLIP genes cause a decrease in the integrity of the cell membranes when exposed to freezing, and conversely, the ectopically increased expression of the PLIP3 gene results in an increase in plant resistance. Based on ion leakage, we determined LT50 values for each variant, and it was shown that the difference between the most resistant transgenic line plip3 ox and the mutant line in all three PLIP genes is more than 4 °C. Subsequently, a plant survival test after freezing was performed, where it was demonstrated that the LT50 value correlated with plant survival. Chlorophyll fluorescence analysis showed that after acclimation to low temperature, there are no large differences in photosynthetic parameters between individual genotypes with modified PLIP level. The light that was applicated during acclimation had a more pronounced effect on the plants. Plants acclimated at low intensity showed higher values of non-photochemical quenching as well as greater maximum quantum yield of photosystem II. The results prove that the PLIP genes are significantly involved in the resistance of plants to low temperatures.

Keywords

abiotický rostlinný stres, fotosyntéza, mráz, PLIP, Arabidopsis thaliana, únik iontů

Keywords

abiotic stress, Arabidopsis thaliana, freezing, electrolyte leakage, photosynthesis, PLIP

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2023
• Supervisor: Mgr. Jan Novák, Ph.D.
• Reader: Tomáš Vyhnánek, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Bachelor programme:
Molecular Biology and Biotechnology