Interakce signální dráhy světla a cytokininů v regulaci vývojových procesů Arabidopsis thaliana

Bc. Anna Minaříková

Diplomová práce

The light and cytokinin signaling crosstalk in the regulation of developmental processes in Arabidopsis thaliana

Anotace:

Signální dráhy rostlin jsou klíčové pro růst a vývoj rostlin. Jejich vzájemné propojení zajišťuje efektivní a přesné odpovědi na změny vnitřních i vnějších podmínek. Mezi jedny z hlavních signalizačních drah patří hormonální signalizace a signální dráha světla. Rostlinné hormony (fytohormony) ovlivňují nejen vývoj, ale i reakce rostlin na biotický a abiotický stres. Jedněmi z nich jsou cytokininy (CK), jenž se zapojují do regulace zásadních vývojových a adaptačních procesů. Stejně tak i signální dráha světla reguluje klíčové vývojové procesy po celou dobu života rostlin. Tato diplomová práce je zaměřena na studium interakce signální dráhy cytokininů se signální dráhou světla, přesněji fytochromu A (PhyA) – receptoru pro červené (R) a vzdáleně červené (FR) světlo. Dřívější studie prokázaly schopnost interakce PhyA s jedním z hlavních zástupců cytokininové signalizace, proteinem AHP3. V rámci této práce byly zkoumány transgenní linie rostlin Arabidopsis thaliana obsahující AHP3 pod kontrolou nativního promotoru, se zaměřením na fosfo-mimetickou linii nesoucí glutamát místo serinu (Ser) na pozici 89 (S89E) v proteinu AHP3. Bylo totiž zjištěno, že fosforylace AHP3 prostřednictvím PhyA probíhá právě na jednom ze Ser v pozici 87-90. U selektovaných linií byla nejprve provedena morfologická analýza rostlin kultivovaných pod FR, v rámci které se u linie S89E na základě prodlužování petiol a hypokotylů prokázalo nejen zapojení Ser89 do signální dráhy FR, ale i důležitost fosforylace v této pozici na CK zprostředkovanou odpověď na FR. Výsledky analýzy buněčné lokalizace proteinů AHP3 poukazují na nezávislost lokalizace tohoto proteinu na fosforylaci Ser89. Dále byla zkoumána i změna genové exprese proteinů ARR5 a ARR16, které slouží jako primární odpověď rostlin na CK. Mutantní linie AHP3 S89E nevykazovala zvýšenou expresi genů pro tyto proteiny v reakci na CK. Byla tedy potvrzena zásadní úloha fosforylace AHP3 v reakci na FR nejen na úrovni fenotypu, ale i v rámci regulací cytokininové signalizace.

Abstract:

Plant signalling pathways are key to plant growth and development. Their interconnection provides efficient and precise responses to changes in internal and external conditions. The major signalling pathways include hormonal and light signalling. Plant hormones (phytohormones) influence not only development but also plant responses to biotic and abiotic stresses. One of them are cytokinins (CK), which are involved in the regulation of essential developmental and adaptive processes. Similarly, the light signalling pathway regulates key developmental processes throughout the life of plants. This thesis is focused on the study of the interaction of the cytokine signalling pathway with the light signalling pathway, more precisely phytochrome A (PhyA) - the receptor for red (R) and far-red (FR) light. Previous studies have demonstrated the ability of PhyA to interact with one of the main mediators of cytokinin signalling, the AHP3 protein. In this work, various transgenic lines of Arabidopsis thaliana plants were investigated, focusing on a phospho-mimetic line carrying glutamate instead of serine (Ser) at position 89 (S89E) in the AHP3 protein. This is because phosphorylation of AHP3 by PhyA was found to occur at one of the Ser at position 87-90. The selected lines were first subjected to morphological analysis of plants cultured under FR, in which, in the S89E line, not only the involvement of Ser89 in the FR signalling pathway but also the importance of phosphorylation at this position as a CK-mediated response to FR was shown on the basis of petiole and hypocotyl elongation. The results of the analysis of the cellular localization of AHP3 protein indicated that the localization of this protein is independent of Ser89 phosphorylation. Furthermore, the change in gene expression of ARR5 and ARR16 proteins, which function as the primary plant response to CK, was also studied. The AHP3 S89E mutant line did not show increased gene expression for these proteins in response to CK. This confirmed the essential role of AHP3 in the FR responses demonstrated not only at the phenotypic level but also in the regulation of cytokinin signalling at the molecular level.

Klíčová slova

Arabidopsis thaliana, signální dráha světla, light signalling, fytochromy, phytochromes, PhyA, vzdáleně červené světlo, far-red light, cytokininová signalizace, cytokinin signalling, AHP3

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 13. 6. 2025
• Vedoucí: RNDr. Jan Skalák, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Martina Nešpor Dadejová, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Biochemie / Genomika a Proteomika