Organizace aktinových vláken kořenových parazitických rostlin v raných vývojových stádiích

Lea ŽILINSKÁ

Bachelor's thesis

Actin cytoskeleton organization in root parasitic plants at early developmental stages

Abstract:

V této bakalářské práci jsme studovali organizaci aktinového cytoskeletu a růst haustoriálních vlásků dvou kořenových parazitických rostlin z čeledi Orobanchaceae - endemické holoparazitické Aeginetia indica L. a vysoce devastujícího obligátního hemiparazita Striga hermonthica (Delile) Benth. v raných vývojových stadiích. Za tímto účelem byl optimalizován aseptický in vitro protokol pro klíčení "prachových semen" obou druhů závislý/nezávislý na strigolaktonech. Dále byla hodnocena morfologie semenáčků A. indica a S. hermonthica pomocí stereomikroskopie a epifluorescenční mikroskopie před a po ošetření látkami narušující aktin (latrunculin B, cytochalasin D a jasplakinolid) a mikrotubuly (taxol a oryzalin), které způsobují radiální expanzi (bobtnání) vyrůstajících radikulí. Kromě toho bylo studováno chemické složení mnohonásobných vezikul objevující se v různých tkáních A. indica a S. hermonthica pomocí histochemických technik, jako je barvení škrobových zrn Lugolovým roztokem a barvení neutrálních lipidů pomocí BODIPYTM. Dlouhé F-aktinové vlákna, perinukleární pole a jednotlivá mikrofilamenta v buňkách radikul a kořenových vlásků obou parazitů byly vizualizovány pomocí značení faloidin konjugovaným s Alexa-Fluor 568 nebo Alexa-Fluor 488. Nakonec bylo studováno cytoplazmatické proudění v haustoriálních vláscích S. hermonthica před a po ošetření látkami narušující cytoskelet pomocí časosběrné mikroskopie s použitím epifluorescenčního mikroskopu s optikou s diferenciálním interferenčním kontrastem (DIC). Podle našich znalostí se jedná o první zprávu o aktinovém cytoskeletu u kořenových parazitických rostlin a jeho významu pro cytoplazmatické proudění v haustoriálních vláscích. Předpokládáme, že haustoriální vlásky kořenových parazitických rostlin se prodlužují pomocí polárního (špičkového) růstu podobně jako kořenové vlásky, pylové trubice a jiné rostlinné buňky rostoucí špičkovým růstem.

Abstract:

In this bachelor thesis, we studied the organization of actin cytoskeleton and growth of haustorial hairs of two root parasitic plants from Orobanchaceae family an endemic holoparasitic Indian broomrape (Aeginetia indica L.) and a highly devastating obligate hemiparasite purple witchweed (Striga hermonthica (Delile) Benth.) at early developmental stages. For this purpose, the aseptic in vitro strigolactone-(in)dependent germination assay for "dust seeds" of both species was optimized. Next, the morphology of A. indica and S. hermonthica seedlings was assessed by means of stereomicroscopy and epifluorescence microscopy before and after the treatment with actin- (latrunculin B, cytochalasin D, and jasplakinolide) and mictotubule-targeted drugs (taxol and oryzalin) causing radial expansion (swelling) of the protruded radicles. Moreover, the chemical composition of multiple vesicles in different tissues of A. indica and S. hermonthica was studied using such histochemical techniques as Lugol's iodine staining of starch grains and BODIPYTM staining of neutral lipids. Long F-actin cables, perinuclear arrays, and individual microfilaments in radicle cells and root hairs of both parasites were visualized using the labeling with phalloidin conjugated with Alexa-Fluor 568 or Alexa-Fluor 488. Finally, the cytoplasmic streaming in haustorial hairs of S. hermonthica before and after the treatment with cytoskeletal drugs was studied by means of time-lapse microscopy using an epifluorescence microscope with differential interference contrast (DIC) optics. To our knowledge, this is the first report on the actin cytoskeleton in root parasitic plants, and its importance for cytoplasmic streaming in haustorial hairs. We assume that haustorial hairs of root parasitic plants elongate by means of polar (tip) growth similarly to root hairs, pollen tubes and other tip-growing plant cells.

Keywords

Kořenové parazitické rostliny, aktinová filamenta, Aeginetia indica, Striga hermonthica, haustorium, haustoriální vlásky, radikula, cytoskeletální léky, konfokální laserová skenovací mikroskopie, časosběrné sledování

Language used: English

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

Thesis defence

• Supervisor: Yuliya Krasylenko, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

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