Fluorescenční mikroskopie kyslíkových radikálů v kořenech rostlin během působení abiotického stresu

Pavel ČÍŽEK

Bachelor's thesis

Fluorescence microscopy of oxygen radicals in plant roots during abiotic stress

Abstract:

V současné době zvýšená koncentrace soli v půdě vážně omezuje růst a produktivitu důležitých druhů plodin. Je známo, že solný stres indukovaný NaCl vyvolává u rostlin akumulaci reaktivních kyslíkových radikálů, a jejich koncentrace musí být přísně regulována pomocí enzymatických anebo neenzymatických antioxidantů. Superoxiddismutása FSD1 je antioxidační enzym důležitý pro regulaci hladin jednoho z kyslíkových radikálů, superoxidu, v chloroplastech, cytosolu a jádře. Její abundance závisí na expresi signálního proteinu MITOGENEM AKTIVOVANÁ PROTEINKINÁZA 3 (MPK3). Cílem této práce bylo zjistit, vliv chybějící exprese FSD1 a MPK3 na tvorbu kyslíkových radikálů v mutantech Arabidopsis thaliana fsd1 a mpk3-1 během zasolení. Kvantitativní fluorescenční stereomikroskopie pomocí fluorescenční barvičky CM-H2DCFDA ukázala mnohem dřívější tvorbu ROS u obou sledovaných mutantů v porovnání s divokým typem Col-0, což koresponduje s jejích citlivostí na solný stres. Dynamika akumulace ROS se nelišila jenom mezi divokým typem a mutanty, zaznamenali jsme také odlišnosti mezi mutanty. Pozorování pomocí konfokální mikroskopie s rotujícím diskem potvrdilo vyšší akumulaci ROS v mutantech a ukázalo také určité změny v subcelulární distribuci ROS mezi mutanty. Akumulace ROS v tečkovitých, vezikulám podobných strukturách byla výraznější u mutanta fsd1-1 v porovnání s mpk3-1. Naše pozorování tedy ukázali, že MPK3 a FSD1 jsou důležité pro raní fáze odpovědi rostlin na tvorbu ROS indukovanou NaCl. MPK3 pravděpodobně hraje roli v hromadění ROS ve vezikulám podobných strukturách. Pozorování odhalují možnou roli FSD1 v toleranci rostlin vůči hypoxii a také přinášejí důkazy o možném propojení MKP3 a FSD1.

Abstract:

Currently, the increased concentration of salt in soil seriously restricts the growth and productivity of many important crop species. It is well known, that salt stress induced by NaCl, evokes the accumulation of reactive oxygen radicals (ROS) in plants, and their levels have to be strictly regulated by enzymatic and non-enzymatic antioxidants. Superoxide dismutase FSD1 is an antioxidant enzyme important for regulation of ROS called superoxide in chloroplasts, cytosol and nucleus. FSD1 abundance depends on the expression of a signaling protein MITOGEN ACTIVATED PROTEIN KINASE 3 (MPK3). This bachelor thesis aimed to examine the influence of the missing expression FSD1 and MPK3 on ROS generation in fsd1- 1 and mpk3-1 Arabidopsis thaliana mutants during salt stress. The quantitative fluorescence stereomicroscopy combined with ROS labeling using a fluorescent dye CM-H2DCFDA showed much earlier accumulation of ROS in both mutants compared to wild type, which corresponds with their sensitivity to the salt stress. We also obtained some differences in the dynamics of ROS accumulation between the mutants. Spinning disc microscopy observation proved the higher ROS accumulation in mutants and pointed to some differences in subcellular ROS distribution between the mutants. Arabidopsis mpk3-1 mutant showed attenuated accumulation of ROS in vesicle-like structures compared to fsd1-1 mutant. In summary, our analyses showed that FSD1 and MPK3 are important for early ROS generation in plants in response to NaCl. MPK3 might regulate the ROS accumulation in vesicle-like structures. The observations reveal the possible role of FSD1 in the plant tolerance to hypoxia, and bring evidence about the possible functional link beween MKP3 and FSD1.

Keywords

solný stres, reaktivní kyslíkové radikály, superoxiddismutásy, mitogenem aktivované proteinkinásy, fluorescenční mikroskopie, Arabidopsis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2022

Thesis defence

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biotechnology and Genetic Engineering / Biotechnology and Genetic Engineering