Úloha L-cysteindesulfhydrasy v rostlinných odpovědích na biotické stresy

Mgr. Daniel VOJTOVIČ

Master's thesis

The role of L-cystein desulfhydrase in plant responses to biotic stres

Abstract:

L-cysteindesulfhydrasa (DES1, EC 4.4.1.1), katalyzující přeměnu L-cysteinu na pyruvát, amoniak a sulfan, je klíčovým enzymem regulace hladiny L-cysteinu v cytosolu rostlinných buněk. Významně se podílí na obraně rostlin vůči biotickému i abiotickému stresu. Práce se zabývá významem a regulací L-cysteinu a z něj odvozených metabolitů v rostlinách. Je v ní podrobně popsána role substrátu a produktu DES1, L-cysteinu a sulfanu, v odpovědích rostlin na biotické stresy. Jedna kapitola podává stručný přehled znalostí o DES1 v rostlinách. V experimentální části byla optimalizována metoda stanovení aktivity DES v kultuře tabákových buněk, byl stanovován vliv složení média na aktivitu DES a životnost tabákových buněk. Byly studovány změny aktivity DES, ke kterým docházelo v průběhu působení elicitoru kryptogeinu na kulturu tabákových buněk. Byl pozorován pozitivní vliv L cysteinu a donorů sulfanu NaHS a Na2S a negativní vliv lapače sulfanu hypotaurinu na životnost tabákových buněk pod vlivem biotického stresu, rovněž byly stanoveny změny aktivity DES vlivem těchto podmínek. Byly také sledovány změny aktivity DES v listech a kořenech v průběhu vývoje rostlin Arabidopsis thaliana, Solanum lycopersicum a Nicotiana tabacum pěstovaných v substrátu a na pevném agarovém MS médiu. Výsledky práce ukazují, že DES má úlohu ve vývoji rostlin i v odpovědích rostlin na biotický stres.

Abstract:

L-cysteine desulfhydrase (DES1, EC 4.4.1.1), which catalyzes conversion of L cysteine to pyruvate, ammonia and hydrogen sulfide, is a key enzyme involved in maintaining L-cysteine homeostasis in the cytosol of plant cells. It has an important role in plant defense mechanisms against biotic and abiotic stress. The theoretical part of this work is concerned with importance and regulation of L-cysteine and its metabolites in plants. It includes the role of DES1 substrate and product, L-cysteine and hydrogen sulfide, in plant responses to biotic stress. One chapter is focused to overview of DES1 in plants. In the experimental part, the DES activity measurement in plant cell culture was optimized. Effects of medium composition and of elicitor cryptogein on DES activity and tobacco cell viability was tested. The positive effect of L-cysteine and hydrogen sulfide donors (NaHS and Na2S) and the negative effect of hydrogen sulfide scavenger (hypotaurin) on plant cell viability and DES activity during stress conditions were confirmed. Changes in DES activity in leaves and roots during development of Arabidopsis thaliana, Solanum lycopersicum and Nicotiana tabacum grown in soil and in agar-supplemented Murashige and Skoog medium were examined. The results indicate that DES1 is involved in plant responses to biotic stress and also in plant development.

Keywords

Biotický stres, L-cysteindesulfhydrasa, L-cystein, kryptogein, sulfan

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 27. 5. 2019
• Supervisor: prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry