Vplyv elicitinov na produkciu reaktívnych foriem kyslíka a nekrotické účinky u tabakovej bunkovej kultúry po modulácii Ca2+ signalizácie

Štefan ŠATKA

Bachelor's thesis

Influence of elicitins on production of reactive oxygen species and their necrotic effect on tobacco cell culture after modulation of Ca2+ signalization

Abstract:

Reaktívne formy kyslíka (ROS) sú nielen toxickými medziproduktami aeróbneho metabolizmu ale taktiež zastávajú signálnu funkciu. Pri napadnutí rastliny patogénom dochádza po jeho rozpoznaní rastlinnou bunkou k rade procesov vrátane zvýšenej produkcie ROS. Hlavným zdrojom ROS je v tomto prípade NADPHoxidáza, ktorá je aktivovaná predovšetkým fosforyláciou a interakciou s vápenatými iónmi. Elicitiny sú proteíny o nízkej molekulovej hmotnosti produkované patogénnymi oomycétami rodu Phytophthora a Pythium, schopné indukovať obranné reakcie rastlín. V predloženej práci bol študovaný vplyv elicitinov kryptogeinu (CRY), a jeho mutantnej formy CRY K13V, infestinu (INF) a jeho mutantnej formy INF V13K/A14T na produkciu ROS a porovnanie nekrotických účinkov na bunkovú suspenziu Nicotiana tabacum L cv. Xanthi. Mutácie v primárnej štruktúre študovaných elicitinov sú cielené na kladne nabitý lyzín, ktorého prítomnosť je rozhodujúca pre biologické vlastnosti týchto proteínov. Kryptogein, bázický elicitin s lyzínom v polohe 13, vykazuje vyšší nekrotický účinok v porovnaní s infestinom. Mutácia u CRY viedla k priblíženiu sa vlastností bázického elicitinu k vlastnostiam typickým pre kyslé formy a naopak u mutácie INF bolo pozorované priblíženie sa vlastnostiam bázických elicitinov. V práci bol ďalej posúdený vplyv elicitinov v kombinácii s blokátorom vápnikových kanálikov, chloridom lantanitým, vzhľadom na životnosť tabakových buniek, produkciu ROS a zmeny v ich hladinách. Vplyv LaCl3 u elicitovaných tabakových buniek, bol sledovaný nielen na produkciu ROS (vrátane zmien v expresii NADPH oxidázy), ale tiež na ich metabolizmus, konkrétne na zmeny v aktivitách antioxidačných enzýmov. Z výsledkov vyplýva, že chlorid lantanitý spôsobil zníženie nekrotických účinkov elicitinov, a potlačil produkciu ROS.

Abstract:

Reactive oxygen species (ROS) are toxic intermediates of an aerobic metabolism and moreover they are important signal transducers. During pathogen attack, plant cells recognize a pathogen and the recognition leads to trigger of several processes, including production of ROS. In these conditions, the main source of ROS is NADPH oxidase, which is primarly activated by phosphorylation and interaction with calcium ions. Elicitins are proteins with a low molecular weight, which are produced by pathogenic oomycetes of Phytophthora and Pythium species, with a capacity to induce plant defence responses. In the bachelor thesis, the influence of elicitin cryptogein (CRY) and its mutant form CRY K13V, infestin (INF) and its mutant form INF V13K/A14T were examined on ROS production and elicitins necrotic effects on tobacco cells Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi were compared. Mutation in elicitins primary structure is directed on lysine, a positively charged residue, that is crucial for elicitins biological activity. Cryptogein, basic elicitin having lysine at position 13, shows a higher necrotic effect in contrast to the infestin. The mutation in CRY structure led to features typical for acidic forms. On the contrary, the mutation in INF structure partly confers characteristics of basic elicitins. The second goal of the experimental part of the thesis was the study of effect of the calcium channels blocker - lanthanum chloride on elicitins triggered pathways in plants. Concretely the viability of tobacco cells and on ROS production and their levels were evaluated. The effect of elicitins was focused not only on ROS production (including changes in NADPH oxidase expression), but also on their metabolism, especially on changes in antioxidant enzymes activities. The study suggests that LaCl3 causes lower necrotic effect of elicitins and partly suppresses ROS production after elicitin treatment.

Keywords

Elicitiny, kryptogein, infestin, vápenaté ióny, reaktívne formy kyslíka, chlorid lantanitý Nicotiana tabacum

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Martina Janků

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Biochemistry