Interakce proteinů HSP90 a signální dráhy MAPK v regulaci vývoje Arabidopsis

Mgr. et Mgr. Tereza TICHÁ

Doctoral thesis

Interaction of HSP90 proteins and MAPK signaling pathway in the regulation of Arabidopsis development

Abstract:

Rostliny jako nepohyblivé organismy nejsou schopny se aktivně vyhnout nepříznivým životním podmínkám, a proto využívají k přežití vývojovou plasticitu. Jedním z hlavních abiotických faktorů ovlivňujících růst a životaschopnost rostlin je teplota, která v průběhu roku výrazně kolísá ve velkém rozpětí, často zcela mimo optimální rozmezí teplot vhodných pro růst rostlin. Vystavení rostlin extrémním teplotám, zvláště nad optimální hodnoty, způsobuje tepelný stres, často trvající delší dobu, který je spojený i s omezením dostupnosti půdní vody (způsobuje tedy sucho). Z tohoto důvodu mají vysoké teploty významný vliv na vývoj rostlin a spouštějí anatomické změny, jejichž cílem je zmírnění ztrát vody z povrchu listů, a také ochrana buněk, tkání a orgánů před samotným teplem. Tato práce se zabývá vlivem tepelného stresu na vývoj průduchů listové pokožky. Předmětem zkoumání byly fyzikální a genetické interakce mezi PROTEINY TEPELNÉHO STRESU 90 (HSP90), členy signální kaskády YODA (YDA) mitogenem aktivované proteinové kinázy (MAPK) a brassinosteroidní signální kaskádou a dále jejich vliv na transkripční regulátory, které jsou základem vývoje průduchů, a to jak za normální, tak za zvýšené teploty. V této práci se prokázalo, že brassinosteroidní a YDA signální moduly se podílejí na regulaci vývoje průduchů za akutního tepelného stresu a celý tento proces je závislý na HSP90 proteinech. YDA signální kaskáda se také podílí na embryogenezi, a proto se tato studie zabývá i důsledky interakcí HSP90-YDA v embryonálním vývoji. Zjistilo se jejich potenciální spojení v epigenetické regulaci genové exprese WOX2, WOX8 a WOX9, tedy při regulaci transkripčních faktorů, které jsou důležité pro správný vývoj embryí. Zde uvedené výsledky dokazují významnou roli proteinů HSP90 jako hlavního modulátoru vývoje, ať už průduchů či embrya, prostřednictvím interakce s YDA signální kaskádou.

Abstract:

Owing to their sedentary lifestyle, plants evolved to cope with environmental conditions via developmental plasticity rather than by the employment of avoidance strategies once conditions become detrimental. A major abiotic factor affecting plant growth and perpetuation is temperature, which at certain periods within the year may be much lower or much higher than the optimal range. Heat stress, i.e., the exposure of organisms to supra-optimal temperatures, may occur for prolonged periods during the year and is tightly associated with soil water limitations (inducing thus drought). For this reason, elevated temperatures have major developmental consequences and trigger anatomical adaptations purposed to the mitigation of water losses from the leaf surface and additionally, to the protection of cell, tissue, and organ integrity from the heat itself. In the present study, we address the integration of major heat stress effectors with regular components of stomatal development, in the process of adaptation of stomatal patterning under conditions of heat stress. We examined physical and genetic interactions between HEAT SHOCK PROTEIN 90 (HSP90) species with components of the YODA (YDA) mitogen activated protein kinase module (MAPK) and of the Brassinosteroids (BR) signalling module (BR) and their effects on the transcriptional regulators underlying stomatal development in both ambient and elevated temperatures. This thesis demonstrates that the BR cascade and the YDA cascade signalling are involved in the regulation of stomatal development under acute heat stress conditions and this effect is HSP90s-depended. Given that YDA is also involved in embryogenesis, the present study also surveys the implications of HSP90-YDA interactions in embryonic development. We revealed its potential connection in the epigenetic regulation of the expression pattern of WOX2, WOX8 and WOX9 genes, coding for important transcription factors for proper embryo development. The results presented herein support the role of HSP90 proteins as a main modulators of developmental possesses such as stomatal and embryonal development through interaction with YDA signalling cascade.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 10. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 10. 12. 2020
• Supervisor: prof. Mgr. Miroslav Ovečka, Ph.D., prof. Mgr. Miroslav Ovečka, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry