MikroRNA jednobuněčných řas a rostlin a vliv abiotických stresových faktorů

Ing. Martina Koláčková

Disertační práce

MicroRNA in plants and unicellular algae under abiotic stress factors

Anotace:

Stresová signalizace reguluje proteiny kritické pro přeprogramování metabolické biosyntézy a genové exprese, aby bylo dosaženo homeostázy a buněčné stability za stresových podmínek. Pochopení podstaty stresové signalizace a odpovědi může zlepšit odolnost rostlin či řas vůči stresu. Teoretická část shrnuje dosavadní znalosti o biosyntetické dráze a rolích miRNA a představuje vybrané modelové organismy (Chlamydomonas, Arabidopsis). Zabývá se také abiotickým stresem a hledá souvislosti mezi abiotickými faktory, sekundárními metabolity a miRNA. Experimentální část se věnuje vybraným abiotickým faktorům (lykorin, UV-C záření, ZnSe kvantové tečky, CO2) a jejich vlivu na Chlamydomonas reinhardtii a Arabidopsis thaliana. Bylo zjištěno, že ZnSe nanočástice ve formě 100 a 250µM postřiku způsobily oxidační stres v listech bez morfologických změn u Arabidopsis thaliana. Současně 250μM koncentrace inhibovala životaschopnost Agrobacterium tumefaciens, gramnegativních bakterií napadající rostliny, o 60 %. Dále byla identifikována biochemická, molekulární a posttranskripční podstata mechanismu regulační odpovědi Chlamydomonas reinhardtii vystavené UV-C záření a lykorinu. Blíže byly studovány 3 konkrétní miRNA (Cre06.g281600, Cre06.g30900, Cre16.g662600) v souvislosti s mechanismem regulace metabolismu uhlíku (CCM) u Chlamydomonas reinhardtii. Exprese zmíněných miRNA vykazovala pozitivní korelaci s hladinami cílových transkriptů. Tato zjištění odhalila regulační funkci miRNA během CCM adaptaci a potenciální možnost zvýšit účinnost fotosyntézy. I přesto role epigenetiky zahrnující miRNA interferenci skrývá u jednobuněčných řas mnoho nejasností.

Abstract:

Stress signaling pathway regulates proteins which are critical for reprogramming of metabolic synthesis and gene expression to achieve homeostasis and cellular stability under stress conditions. The understanding of stress signaling mechanism and response will increase the ability to improve plant‘s oralgal resistance to stress. The theoretical part summarizes the current knowledge of biosynthetic pathway and miRNA roles and presents selected model organisms (Chlamydomonas, Arabidopsis). As well, it introduces abiotic stress and seeks links between abiotic factors, secondary metabolites and miRNAs.The experimental part deals with selected abiotic factors [lycorine, UV-C radiation, ZnSe quantum dots (QDs), CO2] and their influence on Chlamydomonas reinhardtii and Arabidopsis thaliana. It has been shown that 100 and 250µM ZnSe QDs in the form of foliar feeding caused oxidative stress in the leaves without morphological changes in Arabidopsis thaliana. Additionaly, 250μM concentration inhibited the viability of Agrobacterium tumefaciens, a Gram-negative bacterium infecting plants, by 60 %. Furthermore, the regulatory biochemical, molecular and post-transcriptional pathways of Chlamydomonas reinhardtii response to UV-C radiation and lycorine were identified. Further, three specific miRNAs (Cre06.g281600, Cre06.g30900, Cre16.g662600) have been studied in connection with carbon concentrating mechanism (CCM) in Chlamydomonas reinhardtii. Expression of mentioned miRNAs had a positive correlation with target mRNA and revealed the potential regulatory role of miRNAs during CCM adaprion and possibility to increase the efficiency of photosynthesis. Despite, the role of epigenetics including miRNA interference is still unclear in the unicellular algae.

Klíčová slova

stres, mikrořasy, miRNA

Keywords

stress, microalgae, miRNA

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 7. 2019

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D.

Mendelova univerzita v Brně

Agronomická fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Chemie / Zemědělská chemie