Redox proteomická analýza signálních funkcí superoxiddismutasy FSD1 u Arabidopsis thaliana

Bc. Jan ŘEHÁK

Master's thesis

Redox-proteomic analysis of signalling functions of iron superoxiddismutase FSD1 in Arabidopsis thaliana

Abstract:

Reaktivní formy kyslíku (ROS) mohou být pro buňku toxické a vážně ji poškodit. Na druhou stranu, díky svým vlastnostem jsou významné signální molekuly, které se účastní mnoha buněčných procesů a reakcí na stresové podmínky prostředí. Velmi důležitá signální molekula z řad ROS je peroxid vodíku. Vzniká přeměnou ze superoxidového aniontu působením enzymu superoxiddismutasy. Jedním z cílů této práce bylo zjistit, jakým způsobem ovlivní vyřazení genu pro superoxiddismutasu 1 s železným kofaktorem (FSD1) redoxní signalizaci v odpovědi na oxidativní stres. Redoxní proteomická analýza odhalila, že proteiny heat shock protein 70-1 (HSP70-1) a -tubulin 4 obsahují zvýšenou abundanci redoxně aktivních cysteinů po indukci tvorby superoxidového aniontu pomocí ovlivnění rostlin divokého typu Arabidopsis thaliana methyl viologenem (MV) po dobu 30 minut. Analýza míry oxidace proteinů pomocí tzv. redoxního posunu proteinů potvrdila tyto modifikace a pomohla odhalit různé oxidační stavy. Mutantní rostliny fsd1 vykazovaly rozdíly v oxidaci výše zmíněných proteinů. FSD1 se tedy může podílet na redoxní buněčné signalizaci. Druhá část práce byla věnována proteinu patellin 4 (PATL4), který byl dříve pomocí diferenciální proteomické analýzy identifikován jako rychle reagující na oxidativní stres indukovaný MV. In vivo mikroskopická analýza ukázala snížení abundance GFP-PATL4 po 30 minut dlouhém ošetření rostlin MV. Mutantní rostliny patl4 vykazovaly odolnost vůči oxidativnímu stresu vyvolaném MV. Kromě toho mutantní rostliny patl4 vykazovaly výrazně větší průduchy ve srovnání s divokým typem. Taktéž vykazovaly rozdílné hodnoty stomatální denzity, stomatálního indexu a indexu meristemoidů. PATL4 byl identifikován jako protein mající funkci při obraně rostlin vůči oxidativnímu stresu. PATL4 hraje také roli při zakládání a vývoji stomat.

Abstract:

Reactive oxygen species (ROS) can be toxic and cause serious cell damage. On the other hand, their properties allow them to be important signalling molecules involved in many plant cellular processes and responses to stress conditions. One of the most important ROS with signalling function is hydrogen peroxide. It is formed by conversion of the superoxide radical in a reaction catalyzed by superoxide dismutase. One of the aims of this study was to investigate the influence of iron superoxide dismutase 1 (FSD1) gene knocking out on redox signalling in response to oxidative stress. Redox proteomic analysis revealed the increased abundance of redox active cysteines in heat shock protein 70-1 and -tubulin 4 after a 30 minutes long methyl viologen (MV) treatment in wild type plants. The oxidation of both proteins was validated using a redox protein shift assay, allowing also detection ot their oxidation states. Arabidopsis fsd1 mutants exert different oxidation of these proteins compared to the wild type. FSD1 may therefore be involved in redox cell signaling. The second part of the work is focused on patellin 4 (PATL4), which was identified by differential proteomic analysis as responding rapidly to MV-induced oxidative stress. In vivo microscopic analysis showed a rapid decrease in the abundance of GFP-PATL4 after treatment of plants with MV. The patl4 mutant plants were resistant to MV-induced oxidative stress. Furthermore, patl4 mutant plants exhibit stomata of significantly bigger size compared to wild type. They also showed different values of stomatal density, stomatal index and meristemoid index. PATL4 was identified as a protein with a function in plant defense against oxidative stress. PATL4 has also a role in stomatal establishment and development.

Keywords

Arabidopsis thaliana, FSD1, oxidace, oxidativní stres, patelliny, PATL4, redoxní posttranslační modifikace, signalizace, superoxiddismutasy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 5. 2023

Thesis defence

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

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