Studium produkce reaktivních forem kyslíku a dusíku při působení teplotního stresu u kultivaru rajčete Micro-Tom

Kateřina MARKOVÁ

Master's thesis

Study of reactive oxygen and nitrogen species during the temperature stress in tomato cultivar Micro-Tom

Abstract:

V rámci reakce rostliny na teplotní stres (TS) dochází k indukci obranných mechanismů zprostředkovaných signálními molekulami, z nichž společně s reaktivními formami kyslíku (ROS) mají nezastupitelnou roli také reaktivní formy dusíku (RNS). ROS i RNS mohou přímo aktivovat signální kaskády vedoucí k obranné odpovědi nebo prostřednictvím posttranslačních modifikací, kdy dochází k regulaci aktivity enzymů zapojených do odpovědi na stresové podmínky. Cílem této práce bylo sledování vlivu TS (2 h inkubace při 40 °C, 45 °C a 50 °C) na obrannou reakci kultivaru rajčete Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom, kdy byla sledována produkce ROS, RNS i proteinových S-nitrosothiolů (RSNO). Byly sledovány změny aktivity a exprese S-nitroglutathionreduktasy (GSNOR), enzymu zapojeném do katabolismu RNS. Dále byla studována aktivita a exprese enzymu s antioxidační aktivitou, askorbátperoxidasy (APX) a enzymu oxidačního vzplanutí, NADPH oxidasy. Vlivem TS došlo k intenzivní produkci ROS i NO a nárůstu hladiny RSNO. TS inicioval zvýšení aktivity i exprese NADPH oxidasy a naopak, aktivita a exprese APX byly významně sníženy, což poukazuje na indukci oxidativního stresu vyvolaného působením vysokých teplot. Aktivita GSNOR byla významně zvýšená zejména při vyšších teplotách (45 °C a 50 °C), v pozdějších stádiích obranné reakce se snižovala. K nárůstu exprese GSNOR došlo 2 h po ukončení TS při 40 a 45 °C. V případě TS při 50 °C byla exprese GSNOR zvýšená v čase 3 h po ukončení TS. V ranné fázi obranné reakce 2 h po ukončení TS došlo k intenzivnímu nárůstu hladiny Hsp70, molekulárních chaperonů, které se mohou podílet na ochraně buněk před oxidativním poškozením.

Abstract:

The reaction of plants to temperature stress (TS) induces defence mechanisms mediated by signal molecules. Reactive oxygen species (ROS) together with reactive nitrogen species (RNS) play an irreplaceable role in these processes. ROS and RNS can directly activate signaling cascades leading to a defence response or through post-translational modifications that regulate the activity of enzymes involved in responding to stress conditions. The aim of this work was to monitor the effect of TS (2 h incubation at 40 °C, 45 °C and 50 °C) on the defensive reaction of tomato cultivar Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom, where production of ROS, RNS and protein S-nitrosothiols (RSNO) was measured. Changes in the activity and expression of S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR), an enzyme involved in catabolism of RNS, were monitored. Furthermore, the activity and expression of the enzyme with antioxidant activity, ascorbate peroxidase (APX) and the enzyme producing oxidative burst, NADPH oxidase, were studied. TS evocated intensive production of ROS, NO and RSNOs. Moreover, TS induced an increase in NADPH oxidase activity and expression. On the other hand, APX activity and expression was significantly reduced, indicating the induction of oxidative stress. GSNOR activity was significantly increased especially at higher temperatures (45 °C and 50 °C), and declined in the later defence stages. The increase in GSNOR expression occurred 2 h after TS termination at 40 and 45 °C. For TS at 50 ° C, GSNOR expression was increased at 3 h after TS termination. In early phase of defence reaction (2 h after TS termination), an intensive increase in Hsp70 levels was observed. Hsp70 are molecular chaperones, which may be involved in cell protection from oxidative damage.

Keywords

Teplotní stres, heat shock proteiny, reaktivní formy kyslíku, reaktivní formy dusíku, oxid dusnatý, S-nitrosylace, S-nitrosothioly, S-nitrosoglutathionreduktasa, askorbátperoxidasa, NADPH oxidasa

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Tereza Tichá

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry