Funkcia oxidu dusnatého v signálnych dráhach kyseliny salicylovej v odpovedi rastlín na teplotný stres

Mgr. Štefan ŠATKA

Master's thesis

The role of nitric oxide in signalling pathways of salicylic acid and plant responses to heat stress

Abstract:

Zvyšovanie teploty je znateľným prejavom zmeny klímy Zeme. Teplotný stres, značné zvýšenie teploty prostredia nad úroveň optima predstavuje hrozbu obzvlášť pre sesilné organizmy, vrátane rastlín. Vysoká teplota negatívne ovplyvňuje molekulové procesy v rastlinných bunkách, čo sa odzrkadľuje v poklese výnosnosť hospodársky dôležitých plodín. Teoretická časť diplomovej práce zhŕňa aktuálne informácie o mechanizmoch rastlinnej odpovede na teplotný stres (HSR) a proteínoch teplotného šoku (HSP). Vysoká teplota v bunkách aktivuje signálnu dráhu HSR, ktorá vedie k obnove narušenej homeostázy bunky. Konzervovaným znakom HSR všetkých živých organizmov je produkcia HSP, ktoré zabezpečujú integritu a správnu funkciu proteómu. Z tohto dôvodu sú esenciálne pre zvládnutie HS, počas ktorého obnovujú teplom narušenú priestorovú skladbu proteínov. Experimentálna časť práce je zameraná na štúdium funkcie oxidu dusnatého a kyseliny salicylovej (SA), ktoré sú súčasťou signálnej dráhy HSR. Pozornosť bola zameraná na zmeny v expresii HSP70 a aktivite antioxidačného enzýmu askorbátperoxidázy (APX) vplyvom modulácie hladín NO a SA u divokého typu rajčiaka jedlého (Solanum lycopersicum L. kultivar Amateur) a divokého typu Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Bola optimalizovaná metóda pre stanovenie HSP70 založená na SDS-PAGE a Western blote. V listoch rajčiaka a Arabidopsis exogénna aplikácia SA a tiež donoru NO (nitroprussid sodný) potencovala expresiu HSP70 v rámci HSR. Donor NO pozitívne stimuloval aktivitu APX v odpovedi na teplotný stres. Výsledky práce ukazujú, že SA a donor NO môžu zmierňovať negatívne účinky HS.

Abstract:

Rising temperature is a visible sign of the Earth's climate change. Heat stress, as a significant increase in an ambient temperature above the optimum level, represents a threat especially to the sessile organisms including plants. High temperatures negatively affect molecular processes in plant cells and these processes are reflected in the decline in the yields of economically important crops. The theoretical part of the thesis deals with the current information about the mechanism of plants response to the Heat stress and the Heat Shock Proteins (HSP). The high temperature in the cells activates the Heat Shock Response (HSR) pathway which leads to the recovery of disrupted cell homeostasis. A conserved feature of HSRs in other living organisms is the production of Heat Shock Proteins (HSP) which ensure the integrity and proper function of the proteome. HSPs are therefore essential to handle the HS because they recover the disrupted spatial conformation of proteins by heat during the heat stress. The experimental part of the thesis is focused on the study of the function of nitric oxide (NO) and salicylic acid (SA) which are parts of the HSR signalling pathways. Experiments were focused on the changes in the expression of HSP70 and the enzyme activity of the ascorbate peroxidase (APX) due to the modulation of NO and SA levels in wild-type tomato (Solanum lycopersicum L. cultivar Amateur) and in the wild-type Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). The method for the determination of HSP70 based on SDS-PAGE and Western blot was optimized. The expression of HSP70 within the HSR was reinforced by the exogenous application of SA as well as the NO donor (sodium nitroprusside) in the leaves of tomato and the leaves of Arabidopsis. The NO donor positively stimulated APX activity in response to the Heat stress. The results show that SA and NO donor are able to ameliorate adverse effect of heat stress.

Keywords

Arabidopsis thaliana, askorbátperoxidáza, heat shock proteíny, kyselina salicylová, oxid dusnatý, Solanum lycopersicum

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 5. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2020
• Supervisor: prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry