Obranné reakce aktivované teplotním stresem se zaměřením na úlohu reaktivních forem dusíku u hrachu setého

Bc. Kateřina VRBOVÁ

Master's thesis

The defensive reactions activated by heat stress focused on the role of reactive nitrogen species in pea (Pisum sativum)

Abstract:

Teplotního stres (TS) působící na rostlinu spouští aktivaci obranného mechanismu zahrnující signální molekuly, z nichž nejdůležitější roli zastávají reaktivní formy dusíku (RNS) a kyslíku (ROS). Největší význam má molekula oxidu dusnatého (NO), která je schopna prostřednictvím S nitrosylace modulovat cílové proteiny v rámci obranné reakce. Touto reakcí vznikají S nitrosothioly (RSNO), které jsou regulovány denitrosylačními enzymy S nitrosoglutathionreduktasou (GSNOR) a thioredoxinreduktasou (TrxR). Dále vznikají polyaminy (PA) a typickým znakem pro TS je zvýšená produkce heat shock proteinů (Hsp). Cílem diplomové práce bylo studium metabolismu PA a RNS v reakci na krátkodobé (2 h) a dlouhodobé (24 h) působení TS při 45 °C. Dále byla studována produkce Hsp70. Pro studium byly použity extrakty z nadzemní části dvou genotypů hrachu setého (P. sativum cv. Kudrnáč a P. sativum cv. Twinset) lišící se odolností vůči některým patogenům. Hladina PA byla značně zvýšena u P. sativum cv. Twinset, zejména Put a Spm. U P. sativum cv. Kudrnáč bylo pozorováno zvýšení produkce Spd. Obsah RSNO se u P. sativum cv. Kudrnáč zvýšil pouze po 2 h, poté byl pozorován pokles. U P. sativum cv. Twinset byla nejvyšší hladina RSNO pozorována po 24 h. Aktivita GSNOR a TrxR se u obou genotypů vystavených dlouhodobému TS postupně zvyšovala a po 24 h byla nejvyšší. Značné zvýšení obou denitrosylačních enzymů bylo zaznamenáno zejména u P. sativum cv. Kudrnáč. Produkce Hsp70 byla vlivem působení TS mírně zvýšená po celou dobu experimentu u obou genotypů hrachu. Možnost S nitrosylace proteinů je nutné potvrdit pomocí metody biotin switch.

Abstract:

Exposure of temperature stress (TS) triggers activation of defense mechanism in the plants, which include signalling molecules, such as reactive nitrogen (RNS) and oxygen (ROS) species. The most important role plays nitric oxide (NO), which can modulate target proteins via S-nitrosylation in stress response. This reaction results in forming of S-nitrosothiols regulated by denitrosylation enzymes S-nitrosoglutathion reductase (GSNOR) and thioredoxin reductase (TrxR). The polyamines (PA) are also produced and a typical sign for TS is elevated production of heat shock proteins (Hsp). The aim of the thesis was to study the metabolism of PA and RNS in plant defense response to the short-term (2 h) and long-term (24 h) TS at 45 °C. The next aim was to study the production of Hsp70. For experiments, the leaf extracts of two genotypes of pea (P. sativum cv. Kudrnáč and P. sativum cv. Twinset) with different pathogen resistance, were used. The detected level of PA was significantly elevated in P. sativum cv. Twinset extracts, especially Put and Spm. The elevated Spd production was detected in P. sativum cv. Kudrnáč extracts. The level of RSNO was elevated only after 2 h TS in P. sativum cv. Kudrnáč followed by a decrease. The highest level of RSNO was showed after 24 TS in P. sativum cv. Twinset. GSNOR and TrxR activity gradually increased within 24 h in both pea genotype extracts exposed to long-term TS however, the most significant increase was detected in P. sativum cv. Kudrnáč extracts. Hsp70 production was a little elevated in both pea genotype extracts during the whole experiment. The possibility of protein S-nitrosylation during TS must be confirmed by the biotin switch method.

Keywords

Teplotní stres, Pisum sativum, polyaminy, reaktivní formy dusíku/kyslíku, S nitrosoglutathionreduktasa, thioredoxinreduktasa, heat shock proteiny

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 24. 5. 2021
• Supervisor: doc. RNDr. Lenka Luhová, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry