Dynamics of proteome changes in response to directed modification of plant hormone cytokinin levels

Mgr. Gabriela Lochmanová, Ph.D.

Doctoral thesis

Anotácia:

Rostliny coby fotosyntetizující a nepohyblivé organizmy disponují širokou škálou mechanizmů, které jim umožňují přijímat a zpracovávat informace ze svého biotického i abiotického prostředí a okamžitě na ně reagovat. Jedním z nejdůležitějších podnětů pro růst rostlin je světlo. Rostliny jsou jedinečné v tom, že využívají světlo nejen jako indikátor času, ale také jako zdroj energie a jako signál pro kontrolu svých vývojových procesů. Všechny tyto vývojové procesy jsou současně pod kontrolou rostlinných hormonů. Cílem této dizertační práce bylo identifikovat komponenty působící jako styčné body mezi hormonální a světelnou signální dráhou. Pro tuto studii byl využit modelový systém transgenních semenáčků Arabidopsis se zvýšenou hladinou rostlinných hormonů cytokininů. Pomocí proteomických technik byly detekovány významné změny v expresi 37 proteinů (z nichž velká část souvisí s biogenezí chloroplastů - hlavním prvkem fotomorfogeneze indukované světlem). Hladina všech identifikovaných chloroplastových proteinů byla v odpovědi na zvýšené cytokininy zvýšena a více než polovina odpovídajících transkriptů byla zvýšena podle dříve publikovaných transkriptomických dat během fotomorfogeneze indukované světlem. Čtyři ze zvýšených chloroplastových proteinů byly zvýšeny i během fotomorfogeneze indukované světlem v dřívějších proteomických analýzách.

Abstract:

For successful growth and development, all organisms need to perceive and process information from both their biotic and abiotic environment. Plants as photosynthetic and sessile organisms have evolved a great deal of developmental plasticity to optimally respond to their immediate environment. One of the most important cues for plant growth is light. In addition to utilizing light as a time-keeping mechanism, plants are unique in that they use light as a source of energy and they analyze light to control such developmental decisions as when to germinate and flower. Simultaneously, these developmental processes are regulated also by several plant hormones. This thesis is focused on identification of the components that act at the nodes of interaction between multiple light-hormones signaling pathways. Towards this goal, transgenic Arabidopsis seedlings with increased levels of plant hormone cytokinin were analysed using proteomic techniques. Significant changes in expression of 37 proteins (mostly related to chloroplast biogenesis, a major element of light-induced photomorphogenesis) were detected by image and mass spectrometric analysis of two-dimensionally separated proteins. The identified chloroplast proteins were all up-regulated in response to increased cytokinin, and more than half are upregulated at the transcript level during light-induced photomorphogenesis according to previously published transcriptomic data. Four of the up-regulated chloroplast proteins identified here have also been shown to be up-regulated during light-induced photomorphogenesis in previous proteomic analyses.

Keywords

photomorphogenesis, cytokinin, proteome, 2D electrophoresis, Arabidopsis thaliana

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 7. 2009

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 29. 9. 2009
• Vedúci: prof. RNDr. Břetislav Brzobohatý, CSc.
• Oponent: RNDr. Radomíra Vaňková, CSc., RNDr. Martin Fellner, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology