Odpoveď rastlín jačmeňa s knock-out mutáciou génu pre mitogénom aktivovanú proteinkinázu 3 na ovplyvnenie flagelínom 22

Bc. Jakub PETROVAJ

Master's thesis

Response of barley knock-out mutants in gene encoding mitogen activated protein kinase 3 to flg22 treatment

Abstract:

Mitogénom aktivované proteín kinázy (MAPK) slúžia ako signálne kaskády pri vnímaní biotických a abiotických stresov u rastlín. MPK3 je kináza známa ako pozitívny regulátor obranných odpovedí na patogény u modelovej rastliny Arabidopsis thaliana. Jej funkcie v jačmeni nie sú preštudované. V predloženej diplomovej práci sme skúmali zapojenie jačmennej MPK3 do imunitných reakcií na dobre známy bakteriálny elicítor, flagelín (flg22). Výsledkami fenotypových analýz sme poukázali, že vyradenie MPK3 v rastlinách jačmeňa, pripravených pomocou TALEN technológie (HvMPK3 KO), má špecifickú úlohu v raste koreňov a regulácii predlžovania koreňových vláskov po ovplyvnení flg22. Pomocou histochemickej analýzy sme dokázali, že HvMPK3 má schopnosť ovplyvňovať hladinu H2O2 u jačmeňa. Pri analýzach aktivity chitináz sme zistili, že je znížená v mutantných líniách v kontrolných podmienkach a aj po šesťhodinovom ovplyvnení flg22. Vďaka imunoblotovacím analýzam sme zistili, zníženú abundanciu HSP70 v HvMPK3 KO líniách v kontrolných podmienkach. Ovplyvnenie flg22 nespôsobilo výrazné zmeny v abundancii HSP70. Prostredníctvom bioinformatických analýz sme identifikovali predpokladané transkripčné faktory MYB, WRKY a ERF regulujúce expresiu chitináz pod kontrolou MAPK. Výsledky naznačujú, že MPK3 môže byť v rastlinách jačmeňa zapojená do signalizácie pri vnímaní flg22 a jej knock out mutácia spôsobuje oslabenú odpoveď na ovplyvnenie flg22.

Abstract:

Mitogen activated protein kinases (MAPKs) serve as signaling cascades in the perception of biotic and abiotic stresses. MPK3 is a kinase positively affecting defense responses in model plant species Arabididopsis thalina, but its function in barley are not well described. Within this thesis, we investigated the involvement of barley MPK3 in immune responses to the well-known bacterial elicitor, flagellin (flg22). The results of phenotypic analyzes showed that the elimination of MPK3 in barley plants, prepared using TALEN technology (HvMPK3 KO), has a specific role in root growth and regulation of root hair elongation after flg22 treatment. Using histochemical analysis, we have shown that HvMPK3 has the ability to affect H2O2 levels in barley. Biochemical analses have shown that the chitinase activity is reduced in control conditions and also after six hours flg22 treatment. Thanks to immunoblotting analysis of HSP70, we found that abundance is reduced in both HvMPK3 KO lines. Flg22 treatment did not cause significant changes in HSP70 abundance. By bioinformatics analyses, we identified putative transcription factors MYB, WRKY and ERF regulating chitinase expression under control of MAPK. The results suggest that MPK3 may be involved in flg22 perception in barley plants and its knock out mutation causes an attenuated response to flg22.

Keywords

Imunitná odpoveď, natívna elektroforéza, chitinázy, flagelín, imunoblotovanie, HSP70, transkripčné faktory, dĺžka koreňa, fenotyp, koreňové vlásky

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Tomáš Takáč, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biotechnology and Gene Engineering / Biotechnology and Gene Engineering