Deciphering mechanisms involved in meiotic progression and germ-line differentiation in plants

Mgr. Jana Faturová, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Organizace molekulárních procesů v buňce hraje zásadní roli v koordinaci genové exprese a buněčného chování. Biomolekulární kondenzáty reprezentují klíčové buněčné struktury, které organizují metabolismus RNA a integrují různé mechanizmy posttranskripční regulace. Tato dizertační práce zkoumá, jak regulační mechanismy spojené s biomolekulárními kondenzáty přispívají ke koordinaci biogeneze RNA s buněčnou signalizací a k řízení buněčných procesů u rostlin. Výchozím bodem této práce je mechanizmus, který zajišťuje ukončení meiózy a přechod k diferenciaci mikrospor, a je spojený s proteinem SMG7. Předchozí genetické studie identifikovaly protein MO25, který u živočichů ovlivňuje aktivity kináz, jako součást tohoto procesu. Tato práce se zaměřila na objasnění mechanismů propojujících kinázovou signalizaci s organizací regulačních procesů RNA u rostlin. Jendou skupinou rostlinných kináz regulovaných proteinem MO25 jsou CIPK kinázy. Analýza CIPK5 ukázala její propojení se stresovými granulemi a regulací translace. Další část práce se věnovala charakterizaci proteinů z rodiny TDM, konkrétně proteinů TDM2 a TDM3, jejich propojení s procesy spojených s regulací RNA. Detailní studie proteinu TDM3 odhalila jeho funkční souvislost s Cajalovými tělísky. Analýzy transckriptomu ukázaly, že narušení funkce TDM3 vede k rozsáhlým změnám alternativního sestřihu, především ke zvýšené retenci intronů, a to jak za standardních podmínek, tak během stresové odpovědi. Tyto změny významně zasahují geny spojené s regulací buněčného cyklu, což naznačuje, že dysfunkce této dráhy může ovlivňovat vývojové programy rostlin. Závěrečná část práce se zaměřila na vztah mezi TDM3, colinem, což je strukturní element Cajalových tělísek, a kinázou CIPK16. Výsledky této práce naznačují, že CIPK kinázy hrají důležitou roli v regulaci biomolekulárních kondenzátů, které koordinují jak procesy sestřihu, tak translace. Souhrnně tato práce podporuje model, podle něhož biomolekulární kondenzáty fungují jako regulační uzly propojující signalizační dráhy s metabolismem RNA. Takto tyto kondenzátech přispívají jak k regulaci identity a diferenciaci buněk, tak i k adaptivním odpovědím na stresové podněty.

Abstract:

The spatial organization of molecular processes within the cell plays a crucial role in coordinating gene expression and cellular behaviour. In recent years, biomolecular condensates have emerged as key regulatory environments that organize RNA metabolism and integrate multiple layers of post-transcriptional regulation. This dissertation investigates how regulatory systems associated with biomolecular condensates contribute to the coordination of RNA processing, signalling pathways, and cellular decision-making processes in plants. The biological framework of this work is based on mechanisms regulating meiotic transition and meiotic exit, particularly pathways associated with the SMG7 protein, which link RNA regulation with cell fate control. Building on previous genetic studies that identified the scaffold protein MO25, this work focused on uncovering mechanisms connecting kinase signalling with the organization of RNA regulatory processes. Subsequent analyses focused on signalling components of the CIPK kinase family, particularly CIPK5, which has been associated with processes occurring in biomolecular condensates, including stress granule regulation and translational control. These findings suggest that signalling kinases may influence RNA regulatory environments through phosphorylation-dependent mechanisms. Another part of the work was devoted to the characterization of the TDM protein family, including TDM2 and TDM3 proteins, which are associated with RNA regulatory processes. Detailed analysis of TDM3 revealed its functional connection with RNA-processing pathways associated with Cajal bodies. Transcriptomic analyses showed that disruption of TDM3 function leads to extensive alterations in alternative splicing, particularly increased intron retention, under both standard and stress conditions. These changes predominantly affected genes involved in cell cycle regulation, suggesting that disruption of this pathway may influence developmental programs. The final part of the work focused on the relationship between TDM3, the Cajal body scaffold protein COILIN, and the kinase CIPK16. The results suggest that these components may act within interconnected regulatory environments of biomolecular condensates affecting both splicing and translational processes. Overall, this work supports a model in which biomolecular condensates function as spatial regulatory hubs linking signalling pathways with RNA metabolism. Through this organization, condensate-based systems contribute to the regulation of cellular identity, developmental transitions, and stress responses.

Keywords

Arabidopsis thaliana, Meióza, Mitóza, Endoreduplikace, Kondenzáty, Cajalova tělíska, Diferenciace, Splicing Arabidopsis thaliana, Meiosis, Mitosis, Endoreduplication, Condensates, Cajal bodies, Differentiation, Splicing

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 12. 8. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 2. 9. 2026
• Vedoucí: Mgr. Karel Říha, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Petra Bulánková, PhD, doc. Mgr. Aleš Pečinka, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Vědy o živé přírodě / Vědy o živé přírodě