Imaging of fluorescence emission signals from healthy and infected leaf tissues

RNDr. Zuzana BENEDIKTYOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Auto-fluorescence emission of plant tissues can be a powerful reporter on plant biochemistry and physiology since it originates in substances inherent to primary or secondary metabolism. Plant bodies contain a plethora of intrinsic fluorescent compounds emitting practically all wavelengths of visible light. Moreover, the spectrum of fluorescent reporter signals was recently extended by a variety of fluorescent proteins that provide a new tool to mark whole cells or sub-cellular structures, study protein localization and monitor gene expression and molecule interactions. The imaging of such fluorescence signals reveals a possibility to acquire the information from as many as millions of points simultaneously, in vivo and in a non-invasive way thereby preserving integrity of cells and whole organisms. Imaging is particularly suited to visualize heterogeneity such as a localized immune response to invading pathogens. It can be applied both at macro- as well as micro-scales in two and three dimensions. The recent advancement in microscopy, the multi-photon microscopy, has made possible to monitor fluorescence signals, such as NAD(P)H fluorescence from intact leaf interior, that have been hidden to single-photon techniques.

Abstract:

Auto-fluorescence rostlinných pletiv může sloužit jako zdroj významných informací o biochemických a fyziologických procesech probíhající v rostlinném organismu. Je totiž vyzařována látkami vlastními rostlině, které jsou obvykle spjaty s primárním nebo sekundárním metabolismem. Rostlinná těla jsou plná fluorescenčních sloučenin, které vyzařují téměř v celém spektru viditelného a částečně i infračerveného záření. Navíc byla tato bohatá škála fluorescenčních reporterů nedávno rozšířena o paletu uměle vnesených fluorescenčních proteinů. Fluorescenční proteiny jsou novodobým nástrojem, který umožňil geneticky značit celé buňky nebo jimi obsahované struktury, studovat lokalizaci proteinů a monitorovat expresi genů nebo molekulární interakce. Zavedení zobrazovacích technik k monitorování fluorescenčních signálů otevřelo možnost získat informaci z milionů bodů současně. Neocenitelnou výhodou těchto v technik je jejich neinvazivní charakter, zachovávají integritu buněk i celého organismu. Zobrazování je vhodné zejména k studiu prostorové heterogenity, například lokalizovanou imunitní odpověď rostliny na pronikající patogen. Zobrazovací metody můžou být použity na úrovni makroskopické nebo mikroskopické, ve dvou nebo třech prostorových dimenzích. Současný pokrok v mikroskopii a zvláště multifotonová mikroskopie otevřela možnost monitorovat fluorescenční signály, které nejsou přístupné pro jednofotonové techniky. Jedným z nich je NAD(P)H fluorescence z nitra intaktního listu.

Keywords

biotický stres, modrá a zelená fluorescence, klasifikace, chloroplast, chlorofylová fluorescence, kombinatoriální fluorescenční zobrazování, nucené oscilace, zelený fluorescenční protein, zpracování dat, segmentace obrazu, kyselina jasmónová, OPDA, fotosynteza, piridín-nukleotid, rostlinné fenolické látky, kyselina salicilová, dvou-fotonová mikroskopie

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 10. 2009

Accessible from:: 27. 10. 2009

Identifier: 12644

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Ladislav Nedbal, CSc.

University of South Bohemia in České Budějovice

Institute of Physical Biology

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics