Procesy spojené s příjmem těžkých kovů v rostlinách vystavených působení kademnatých iontů

Bc. Šárka Mikulášková

Master's thesis

Processes related to the heavy metals uptake in plants exposed to cadmium ions

Abstract:

Kadmium patří mezi látky znečisťující životní prostředí a vzhledem k jeho toxicitě je potenciálně nebezpečným kovem pro všechny živé organismy. U rostlin hraje významnou roli v reakci na působení kadmia intracelulární koncentrace sulfátů. Rostliny proto koordinovaně regulují transkripci genů kódujících proteiny zodpovědné za příjem dostatečného množství sulfátů z extracelulárního prostředí. V teoretické části diplomové práce jsou uvedeny informace o příjmu a metabolismu kadmia a síry v rostlinách. Následně jsou uvedena fakta týkající se sulfátových transportérů, skupin genů kódujících sulfátové transportéry a regulace transkripce těchto genů. Experimentální část se zabývá vlivem kadmia při různých koncentracích sulfátů na fenotyp rostlin a hladinu transkriptů genů sulfátových transportérů v hydroponicky pěstovaných modelových rostlinách Arabidopsis thaliana a Nicotiana tabacum. Dále je sledován vliv kademnatých solí (CdSO4, CdCl2) na morfologii rostlin, délku kořínků a transkripci genů sulfátových transportérů během časných fázích vývoje rostlin Arabidopsis thaliana a Nicotiana tabacum. Bylo potvrzeno, že různé koncentrace sulfátů a kadmia v kultivačním médiu měly vliv na fenotyp hydroponicky pěstovaných rostlin. Se zvyšující se koncentrací sulfátů v médiu se snižoval negativní dopad přítomnosti kademnaté soli. Stejně tak přítomnost vyšší koncentrace (50 µM) Cd2+ iontů v kultivačním médiu značně ovlivnila morfologii klíčních rostlin, včetně délky kořínků, přičemž tento efekt byl výraznější u rostlin vystavených působení CdSO4 ve srovnání s CdCl2. Rostliny vystavené stresu v podobě působení kademnaté soli reagovaly změnou transkripce genů sulfátových transportérů, a to převážně v časných fázích vývoje rostliny, kdy při vysoké koncentraci kademnaté soli v médiu docházelo ke zvýšení hladiny transkriptů genů sulfátových transportérů.

Abstract:

Cadmium is important environmental pollutants and due to its toxicity, it becomes dangerous for most of living organisms. In plants, intracellular concentration of sulphate ions plays an important role in dealing with the negative effects of cadmium exposure. Plants therefore co-ordinately regulate the transcription of genes encoding proteins responsible for the uptake sulphate from the extracellular environment. The theoretical part of the diploma thesis contains information on the intake and metabolism of cadmium and sulphur in plants. Then data on sulphate transporters, family of genes encoding sulphate transporters and the regulation of transcription of these genes are presented. The experimental part concerns the influence of cadmium exposure combined with the sulphur insufficiency on the phenotype of plants and the levels of transcripts of sulphate transporter genes in hydroponically cultivated Arabidopsis thaliana and Nicotiana tabacum model plants. Furthermore, the influence of cadmium salts (CdSO4, CdCl2) on plant morphology, the length of roots and transcrip-tion of genes encoding sulphate transporters is monitored during early developmental phases of Arabidopsis thaliana and Nicotiana tabacum. It was confirmed that different concentrations of sulphates and cadmium in the cultivation media influenced the phenotype of hydroponically grown plants. With increasing concentration of sulphate, the negative impact of cadmium salt decreased. Similarly, the morphology of seedlings including the length of roots was affected due to the presence of a higher concentration (50 µM) of Cd2+ ions in the cultivation medium. This effect was most pronounced in seedlings exposed to CdSO4 compared to CdCl2. Plants exposed to cadmium salt stress responded by changing the transcription of genes encoding sulphate transporters, mainly in the early stages of plant development when exposure to high concentration of cadmium salt in the medium correlated with increased levels of respective gene transcripts.

Keywords

Nicotiana tabacum, Arabidopsis thaliana, kadmium, síra, sulfátové transportéry, cadmium, sulphur, sulphate transporters

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 1. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 11. 2. 2022
• Supervisor: doc. Mgr. Miloslava Fojtová, CSc.
• Reader: RNDr. Jan Skalák, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Genomics and Proteomics