Light and its effect on plant proteome

Bc. Markéta Luklová

Master's thesis

Světlo a jeho vliv na proteom rostlin

Abstract:

Světlo je jedním z hlavních enviromentálních faktorů, které ovlivňují řadu procesů významných pro rostlinný vývoj. Nejenže je zdrojem energie pro proces fotosyntézy, zároveň také poskytuje rostlinám informace o jejich okolí. Tato diplomová práce s názvem: „Světlo a jeho vliv na proteom rostlin“ shrnuje aktuální poznatky o percepci světelného záření rostlinami pomocí fotoreceptorů. Příjem těchto signálů vyvolá celou řadu změn, a to jak na úrovni molekulární signalizace, tak i celou řadu změn vývojových. Navzdory významu světla a pokrokům v studiu jeho signalizace nejsou komplexní molekulární mechanismy v rostlinách stále zcela objasněny. V této práci jsem se zaměřila na studium vlivů jednotlivých parametrů světla na rostlinný proteom, a to: vlivu diurnálních variací, vlivu nízké a vysoké intenzity světla, vlivu spektrálního složení světla a vlivu délky světelné periody. Pro studium změn byly použity dva modelové organismy: zástupce rostlinného modelového organismu s nejlépe anotovaných genomem a proteomem (i) Arabidopsis thalaina a zástupce modelového organismu významného pro zemědělství a biotechnologie (ii) Solanum lycopersicum. Pomocí LC-MS profilování bylo ve všech analýzách proteomu identifikováno přes 100 proteinů reagujích na světlo v Arabidopsis a přes 300 proteinů v rajčeti. Proteomická analýza poskytla detailní náhled na změny v množství proteinů v reakci na různé světelné podmínky. Vybrané experimenty byly doplněny o GC-MS profilování metabolomu, měření konduktivity a fluorescenční mikroskopii.

Abstract:

Light is one of the main environmental factors largely determining plant life. Light provides energy resources for photosynthesis and it is also the most important medium of perception as it represents the main source of information about plant surroundings. My diploma thesis entitled “Light and its effect on plant proteome” briefly summarizes present knowledge about the light perception in plants, its interpretation of light quality, quantity, and direction via photoreceptors. These components trigger a whole range of changes, both on molecular and developmental levels, but the complex molecular mechanisms regulating system of light signalling in plants are far from being resolved. Here, I followed effects of different light parameters on plant proteome, namely, diurnal variations, low- and high-light intensity, spectral composition, and a change in the light period duration. To study these effects two model organisms were selected (i) Arabidopsis thaliana as a representative plant model with the most annotated genome/proteome and (ii) Solanum lycopersicum as a representative plant model significant for agriculture and biotechnology. Proteome changes in response to different light factors were analyzed by LC-MS. In total, the analyses revealed over 100 and 300 light-responsive proteins in Arabidopsis and S. lycopersicum, respectively. Proteomics provided highly sensitive snapshots of protein abundance in response to light and selected experiments have been complemented with a GC-MS metabolite profiling, conductivity measurements, and fluorescence microscopy.

Keywords

červené spektrum světla, fotoperioda, intenzita světla, modré spektrum světla, cytokininy, hmotnostní spektrometrie

Keywords

mass spectrometry, red-light spectra, blue-light spectra, light intensity, light duration, cytokinins

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Martin Černý, Ph.D.
• Reader: Tomáš Takáč, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme / field:
Plant Production / Plant Biotechnology