Vliv nanočástic stříbra na obrannou reakci Solanum spp. v průběhu patogenese

Bc. Jana HORÁKOVÁ

Master's thesis

Effects of silver nanoparticles on the defense reaction of Solanum spp. during pathogenesis

Abstract:

Antimykotické a antibakteriální účinky iontového stříbra a nano-Ag byly prokázány v mnoha studiích. Mechanismus působení nano-Ag není zatím zcela znám. Mezi dosud navrhované základní principy působení nano-Ag patří 1) absorpce volných stříbrných iontů, následné narušení produkce ATP a replikace DNA 2) produkce ROS působením stříbrných iontů nebo nano-Ag 3) poškození buněčných membrán. K tvorbě ROS dochází v normálních metabolických procesech a v reakci na abiotický a biotický stres. ROS jsou významné signální molekuly a hrají důležitou roli ve vyvolání HR u infikovaných rostlin. K experimentální práci byl použit biotrofní patogen O. neolycopersici a tři genotypy Solanum spp. lišící se rozdílným stupněm rezistence k patogenu O. neolycopersici (S. lycopersicum cv. Amateur - vysoce náchylný, S. chmielewskii - středně rezistentní, S. habrochaites - vysoce rezistentní). Byl pozorován rozdílný vývoj patogena O. neolycopersici u tří genotypu Solanum spp. v souladu s jejich rezistentními vlastnostmi. Patogenní stres způsobil nárůst buněčné smrti u všech tří genotypů, nejintenzivnější u genotypu S. lycopersicum cv. Amateur. U ostatních sledovaných parametrů rostlinné obranné reakce (peroxidasová aktivita, koncentrace HSP 70 a hladina primárních produktů lipidické peroxidace) byl zaznamenán výrazný vliv mechanického stresu, pričemž nejintenzivnější změny byly detekovány u genotypu S. chmielewskii. V přítomnosti nano-Ag a iontového stříbra u genotypu S. lycopersicum cv. Amateur a S. chmielewskii byla pozorována inhibice růstu a vývoje patogena, nižší intenzita buněčné smrti a nižší POX aktivity. U genotypu S. habrochaites měla aplikace obou forem stříbra naopak stimulační efekt na růst a vývoj patogena a byl zaznamenán zvýšený nárůst buněčné smrti a POX aktivity. Aplikace stříbra ve formě iontů a nanočástic zvýšila produkci HSP 70 u všech tří genotypů.

Abstract:

Antifungal and antibacterial effects of silver ions and nano-Ag have been demonstrated in many studies. The mechanism of action of nano-Ag is not completely understood yet. The previously proposed basic principles of nano-Ag activity include 1) absorption of free silver ions andsubsequent disruption of ATP production and DNA replication, 2) generation of ROS by silver nanoparticle and silver ion; and 3) damage to cell membranes. The production of ROS occurs during normal metabolic processes and in responses to abiotic and biotic stresses. ROS are important signaling molecules and play an important role in the induction of hypersensitive response in infected plants. For the experimental work was used biotrophic pathogen O. neolycopersici and three genotypes of Solanum spp. differing in the degrees of resistance to the pathogen (S. lycopersicum cv. Amateur - highly susceptible, S. chmielewskii - moderately resistant, S. habrochaites - highly resistant). We observed different development of the pathogen O. neolycopersici on three genotypes of Solanum spp. in accordance with their resistant properties. Pathogenic stress caused an increase of cell death in all three genotypes, with the most intense increase observed in S. lycopersicum cv. Amateur. For other studied parameters of plant defense reaction (peroxidase activity, the level of HSP 70 and the level of lipid peroxidation primary products), significant effect was found by mechanical stress, where the most intense changes were detected in genotype S. chmielewskii. In the presence of nano-Ag and ionic silver, the inhibition of growth and development of the pathogen, lower intensity of cell death and lower POX activity were observed on genotypes S. lycopersicum cv. Amateur and S. chmielewskii. In contrast, the application of both forms of silver showed stimulatory effect on growth and development of pathogen and higher cell death and POX activity in genotype S. habrochaites. The application in the form of silver ions and nanoparticles increased the production of HSP 70 in all three genotypes.

Keywords

Ag, nano-Ag, ROS, HSP, patogeneze, Solanum spp., O. neolycopersici

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2012

Accessible from:: 23. 4. 2012

Thesis defence

• Supervisor: Doc. RNDr. Lenka Luhová, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry