Molekulárně biologické markery interakce rostlina - patogen

Mgr. Jan Lochman, Ph.D.

Doctoral thesis

Molecular-Biological Markers of Plant - Pathogen Interaction

Abstract:

První část disertační práce je věnována objasnění některých mechanismů účastnících se interakce mezi rostlinou a potenciálním patogenem za použití dvou různých elicitorů nacházejících se u hub, elicitinu kryptogeinu a lipoidního elicitoru ergosterolu. Výsledky získané při měření s elicitinem kryptogeinem ukazují, že zřejmě není přímá souvislost mezi schopností elicitinů indukovat transkripci PR (pathogenesis related) proteinů, vyvolávat produkci aktivních forem kyslíku, iniciovat pH změny nebo způsobovat nekrózy. Navíc výsledky ukázaly, že vyvolání systémové rezistence nemusí být spojeno s nekrotickými symptomy. Dále je diskutována možnost aktivace dvou signálních drah, které spolu nemusí být přímo propojeny. Pro schopnost vyvolat efekty časné fáze obranné reakce může být nezbytná konformace omega smyčky, zatímco schopnost aktivovat expresi obranných proteinů a vyvolávat buněčnou smrt je zřejmě dána celkovou strukturou proteinu a jeho celkovým nábojem. Experimenty prováděné s ergosterolem ukázali na schopnost ergosterolu aktivovat expresi některých obranných genů. Ergosterol specificky indukoval expresi kyselých forem PR proteinů a navíc bylo zjištěno možné vzájemné ovlivnění jasmonátové a salicylátové dráhy vyplývající z inhibice jasmonátové dráhy drahou kyseliny salicylové. Nejnižší koncentrace ergosterolu schopná vyvolat expresi obranných genů u listů tabáku byla 65 nM ve formě směsi s cyklodextrinem. Naměřená data podporují hypotézu, že ergosterol může sloužit jako signál spouštějící obrannou reakci a předpokládají možnou indukci rezistence po jeho rozpoznání rostlinou. V druhé části disertační práce byla vyvinuta metoda umožňující rychlou extrakci a detekci DNA pocházející z václavky (Armillaria) v půdě. Pro selektivní detekci byly navrženy specifické primery AR1 a AR2. Pro následné určení konkrétních druhů václavek může být použita RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisms) analýza. I když vzhledem k vysoké homologii amplikonů druhů A. cepistipes a A. gallica může být někdy nezbytné použití sekvenační analýzy

Abstract:

The first part of the thesis attempts to elucidate some mechanism participating in the interaction between the plant and potential pathogen using two different elicitors, proteinaceous elicitin cryptogein and lipoid elicitor ergosterol, both originated from fungi. Results obtained with cryptogein suggest lack of relationship between the ability of elicitins to induce transcription of pathogenesis related proteins together with AOS production, pH changes or necrotic symptoms. Moreover, the results show that systemic acquired resistance may not be connected with necrotic symptoms. The possibility of induction of two distinct signalling pathways that may not be necessarily connected is discussed. The ability to induce the early events could be conditioned by a necessary conformation of the omega loop, whereas the ability to express defence related proteins and to induce cell necroses is by overall structure of the proteins and charge distribution. The experiments with ergosterol show the ability of ergosterol to trigger the expression of some defence related genes. Ergosterol specifically induces the expression of acidic forms of PR proteins and possible cross-talk between the jasmonate and salicylate signalling pathways manifested by the inhibition of the jasmonic acid pathway by salicylic acid is discussed. The lowest effective concentration of ergosterol able to trigger the expression of defence genes in tobacco leaves was 65 nM in the form of cyclodextrin mixture. The results we obtained support the hypothesis that ergosterol might serve as a defence-related signal and suggest possible induction of resistance in plant after its recognition. In the second part of the thesis, the method enabling a rapid extraction and detection of DNA of Armillaria from soil samples is developed. For selective detection, the primers AR1 and AR2 were designed whose specificity seems to be convenient. RFLP analysis could be used for the determination of individual Armillaria species. However, due to the high sequence homology of amplicons of A. cepistipes and A. gallica, sequence analysis may be sometimes necessary.

Keywords

Cryptogein, Ergosterol, Defence reaction, Rezistance, Genes Expression, Armillaria, RFLP analysis, soil

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 6. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 30. 6. 2006
• Supervisor: prof. RNDr. Vladimír Mikeš, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry