Peroxidace lipidů spojená s obrannou reakcí rostlin

Mgr. Nikola Ptáčková, Ph.D.

Doctoral thesis

Lipid peroxidation involved in plant defence reaction

Abstract:

Rostliny jsou během svého života napadány širokou škálou patogenních organismů. Aby přežily, vyvinuly si obrannu zajišťující rychlé rozpoznání útočícího patogenu a indukci obranných mechanismů vedoucích k jeho usmrcení. V rámci předkládané práce byl sledovaný vliv mutantních proteinů kryptogeinu (protein z patogenní oomycety Phytophthora cryptogea) s pozměněnými schopnostmi vázat/přenášet steroly nebo se změněným povrchovým nábojem na indukci obranné reakce u Nicotiana tabacum. Byly stanoveny děje rané fáze obranné reakce jako je produkce NO i děje fáze pozdní, mezi které patří indukce nekrózy rostlinného pletiva a reakce s tímto procesem spojené jako je např. peroxidace lipidů, nebo indukce SAR. Bylo zjištěno, že aktivita kryptogeinu nezávisí ani tak na změně konformace ω-smyčky, ke které dochází po vazbě sterolů, jako spíše na celkovém povrchovém náboji proteinu, správném rozložení náboje na povrchu proteinu a na přítomnosti specifických aminokyselin ve struktuře proteinu. Výsledky tedy sice nepotvrzují význam ω-smyčky pro indukci obranných dějů, ale podporují její důležitost pro správnou interakci proteinu s vysokoafinitním vazebným místem plasmatické membrány. Navíc schopnost kryptogeinu vytrhávat steroly z biologických membrán neslouží pouze pro přímé využití této sloučeniny v metabolismu patogenu, ale napomáhá významně i v rozvoji nekrózy rostlinného pletiva, čímž představuje velice aktivní proces usnadňující průnik patogenu do infikované rostliny. Část práce je věnována studiu schopnosti proteinu FerB redukovat UQ10 inkorporovaný v membránách liposomů a jeho funkci při oxidačním stresu u bakterie Paracoccus denitrificans. Výsledky naznačují, že protein FerB je pravděpodobně součástí obranného mechanismu proti oxidačnímu stresu; může se podílet na redukci ubichinonu, čímž brání tvorbě reaktivních semichinonů, a redukcí superoxidového radikálu chrání buňky před oxidačním poškozením.

Abstract:

Plants are frequently challenged by potential pathogens and they have therefore evolved inducible defence mechanisms to survive in their environment. This defence includes quick recognition of invading pathogens and induction of defence reactions leading to the pathogen killing. The scope of this work was to study the effect of mutant variants of cryptogein (a protein from oomycete Phytophthora cryptogea) with altered abilities to bind/transfer sterols or with altered charge distribution in the protein surface on the induction of defence response in Nicotiana tabacum. Reactions of the early phase of the defence response such as the NO production were examined as well as the reactions of the late phase of defence response such as the development of necrosis, the stimulation of lipid peroxidation, the induction of SAR and other. It was observed that the biological activity of cryptogein is more likely affected by the charge distribution in the protein surface and the overall protein structure together with the presence of specific aminoacids in the protein rather than by its abbility to bind sterols associated with the conformational change of ω-loop. Our findings do not confirm the importance of ω-loop for the induction of defence reactions, however, they support its significance for the proper interaction of cryptogein with a high-affinity binding site in plant plasma membrane. In addition, the ability to bind sterols was found to serve not only for pathogen utilisation in its own metabolism but also to have an important function for the destabilization of plant membrane facilitating the pathogen spread inside the plant tissue as well as intensively contributing to the development of plant cell death. In the second section of this work, the abilities of protein FerB to reduce UQ10 incorporated in liposome membranes together with its role against the oxidative stress in Paracoccus denitrificans were determined. The results support a role of FerB in the protection of cells from the oxidative stress since FerB prevents the formation of reactive semiquinones by ubiquinones reduction and, moreover, it also reduces superoxide radicals which are highly generated during oxidative stress.

Keywords

Nicotiana tabacum, kryptogein, peroxidace lipidů, aktivní formy kyslíku, lipooxygenasy, hydroxy mastné kyseliny

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 11. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 8. 12. 2015
• Supervisor: prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc.
• Reader: doc. Mgr. Marek Petřivalský, Ph.D., doc. Mgr. Jan Muselík, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biochemistry