Funkce antioxidantů a pigmentů ve fotoochraně lišejníků za stresových podmínek

Mgr. Kristýna Večeřová, Ph.D.

Doctoral thesis

Involvement of antioxidants and pigments in photoprotection of lichen photosynthesis under stress

Abstract:

Lišejníky, symbiotické společenství hub (mykobionta) a řas či sinic (fotobionta), dokáží přežít v extrémních podmínkách díky své schopnosti vyrovnat se s nepříznivými podmínkami prostředí jako je vysoká ozářenost, sucho a rozdílné teploty. V podstatě každá změna v prostředí dokáže vyvolat následné změny ve fotosyntetickém aparátu, které vedou ke tvorbě reaktivních forem kyslíku (ROS). ROS se tvoří jak v nestresovaných tak stresovaných buňkách a jejich přítomnost může vést k poškození zejména proteinů, lipidů a nukleových kyselin. Lišejníky mají mechanismy, díky nimž se mohou uchránit nebo alespoň účinně snížit dopady fotoinhibice, včetně dobře vyvinutého ochranného systému, který tvorbu ROS omezuje a následně je odstraňuje. Všeobecně antioxidanty patří mezi biomolekuly, které účinně chrání lišejníky vůči ROS, jsou to molekuly schopné zabránit oxidaci ostatních molekul. Přestože oxidativní reakce jsou nezbytné pro život, mohou být značně škodlivé, a proto lišejníky obsahují značně komplexní systém různorodých antioxidantů. Tato Ph.D. práce je zaměřena na vyhodnocení reakce antioxidačního systému a fotosyntetického aparátu různých druhů lišejníků, které byly vystaveny zejména vysokému světelnému ozáření. Velká pozornost byla věnována především vlivu stresorů (vysoké světlo, teplota) na množství pigmentů xantofylového cyklu, glutathionu a látek, které lišejníky „stíní“ před slunečním zářením. Pro hodnocení vlivu světelného záření na lišejníky byly využity metody měření fluorescence (měření fluorescence chlorofylu), HPLC (stanovení obsahu pigmentů a antioxidantů), vymývání acetonem (acetone rinsing, vymytí pigmentů ze stélky lišejníků) a měření reflektance (pro stanovení indexu reflektance). Ze získaných výsledků vyplývá, že studované lišejníky, které byly ovlivněny stresory (ozářenost, teplota), reagovaly na tyto podmínky změnou množství antioxidantů a pigmentů. Fluorescence chlorofylu byla také významně ovlivněna.

Abstract:

Lichens are organisms formed by symbiotic association of fungi (mycobiont) and photosynthetic partner (photobiont). Lichens can survive in extreme environments due to their ability to cope with extreme and unfavourable conditions such as high irradiation, drough, different temperature. Nearly every imaginable environmental changes can upset balance between the rate of light collection and light energy use, resulting in the production of reactive oxygen species (ROS. ROS are produced in both unstressed and stressed cells and can potentially damage many cellular components such as proteins, lipids and nucleic acids. To avoid and deal with stress in photosynthetic apparatus, lichens posses several antioxidative mechanisms. Lichens have well-developed defence systems against ROS involving limitation of ROS as well as their instituting its removal. Generally, antioxidants are biomolecules involved into an effective protection of lichens against ROS and they are capable of inhibiting the oxidation of other molecules. Although oxidation reactions are crucial for life, they can also be damaging, thus lichens maintain complex system of multiple types of antioxidants. This Ph.D. thesis is focused on evaluation of the response of the antioxidant system and photosynthetic apparatus to high light in several different lichen species. Within the frame of this work, considerable attention was paid to the effect of stressors (high light, temperature) on the amount of xanthophyll cycle pigments, glutathione and solar radiation screening compounds. Responses of experimental lichen species to the stressors were evaluated also by some biophysical and biochemical methods: fluorometrical methods (measuring of chlorophyll fluorescence), HPLC (pigments and antioxidants content measurement), acetone rinsing (pigment removing from thalli) and light reflectance spectra measuring (evaluation of browning reflectance index). This work demonstrates that studied lichen species affected by different stressors (e.g. light, temperature), reacted by changing of amount of antioxidants, pigments and sun-screening compounds. Chlorophyll fluorescence was also significantly affected

Keywords

lichens, photoinhibition, high light stress, reactive oxygen species, antioxidants, glutathione, xanthophyll cycle, tocopherols

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 11. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 12. 4. 2011
• Supervisor: prof. Ing. Miloš Barták, CSc.
• Reader: doc. PharmDr. Petr Babula, Ph.D., doc. RNDr. Martin Bačkor, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Plant Anatomy and Physiology