The study of physical and chemical signaling pathways related to light, abiotic and biotic stresses

Mgr. Jan HLAVINKA

Doctoral thesis

Abstract:

Rostliny jsou citlivé organismy interagující s okolním prostředím. Vnější stimuly mohou aktivovat specifické signální cesty vedoucí k reakcím rostliny. Předkládaná práce je rozdělena do tří částí, jež jsou zaměřeny na studium signálních cest rostlin související s různými stimuly (světlo, abiotický stres a biotický stres). V první části práce byla studována reakce mutanta 7B-1 (vykazujícího specifické chování na modrém světle) na světlo (pohyb chloroplastů a průduchů) spolu se souvisejícími signálními cestami. Druhá část této práce se zaměřuje na studium signálních cest u rostlin rajčete vedoucích k systémové odpovědi (v gazometrických parametrech) v reakci na abiotický stres (lokální popálení listu). Povrchové elektrické signály (SEP) a obsah endogenních fytohormonů (ABA a jasmonová kyselina (JA)) byly měřeny, aby bylo otestováno, zdali nemohou působit jako fyzikální a chemické signály účastnící se spuštění systémové odpovědi. Role endogenní ABA při přenosu signálu na dlouhou vzdálenost byla studována s použitím mutanta s nedostatkem ABA (sitiens) a sitiens s endogenně dodanou ABA. Třetí část předkládané práce se dotýká problematiky signalizace související s biotickým stresem. Jedním z problémů řešených v této části je zjištění role cytokininů při reakcích rostlin na patogenní infekci. Pro tento účel byly vybrány transgenní rostliny tabáku obsahující gen ipt (kódující enzym odpovědný za biosyntézu cytokininu). Dále je popsána studie role resistence/náchylnosti rostlin a vliv tepelného ošetření rostlin na reakci vyvolanou patogenní (Oidium neolycopersici) infekcí v rostlinách rajčete.

Abstract:

Plants are sensitive organisms that interact with their environment. External stimuli can activate specific signaling pathways leading to plant responses. Presented work is divided into three parts that focus on the study of the signaling pathway of plants related to different stimuli (light, abiotic stress and biotic stress). In first part, the reaction of male sterile 7B-1 tomato mutant (reported to show specific behavior under blue light) to light (chloroplasts and stomatal movements) has been explored and related signaling pathways have been investigated. The second part of this thesis focuses on investigation of the signaling pathways leading to systemic response (in gas exchange) in reaction to abiotic stress (local burning of the leaf) for tomato plants. Surface electric potential (SEP) and endogenous phytohormones (ABA and jasmonic acid (JA)) content has been measured to reveal the possibility that they can act as physical or chemical signals participating on triggering the systemic response. Using ABA deficient mutant sitiens and sitiens pre-treated by ABA, the role of endogenous ABA in long-distance signaling has been evaluated. The third part of presented thesis touches the problematic of biotic stress signaling. One of the particular problems solved herein is the investigation of the role of cytokinins in plant response to pathogen infection. For this purpose, the transgenic tobacco plants with ipt gene (coding for the enzyme responsible for cytokynin biosynthesis. Further, the role of plant resistance/susceptibility and effect of heat shock (HS) pre-treatment of plant in reaction to pathogen infection (Oidium neolycopersici) has been investigated in tomato.

Keywords

chemický signál, fyzikální signál, světlo, pohyb chloroplastů, pohyb průduchů, 7B-1, abiotický stres, kyselina abscisová, kyselina jasmonová, povrchové elektrické potenciály, sitiens, systémová reakce, biotický stres, cytokininy, náchylnost/rezistence vůči patogenu

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2014

Accessible from:: 24. 4. 2014

Thesis defence

• Supervisor: Prof. RNDr. Jan Nauš, CSc.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics