Studium vlivu koloidního stříbra na proces regenerace protoplastů

Bc. Pavla MORICOVÁ

Master's thesis

Influence of silver nanoparticles on the process of regeneration of protoplasts

Abstract:

V rámci teoretické části byla vypracována literární rešerše zaměřená na úlohu reaktivních forem kyslíku a dusíku (ROS a RNS) v procesu regenerace protoplastů a antioxidační enzymovou ochranu rostlin. Teoretická část dále obsahuje informace o Ag+ a nanočásticích stříbra (Ag-nč) a jejich působení na rostlinný organismus a poznatky o methylaci a hydroxymethylaci DNA. Protoplast je označení pro buňku zbavenou buněčné stěny. Důležitou vlastností protoplastů je schopnost dediferenciace a skutečnost, že se jedná o totipotentní buňky, které jsou schopné při správných podmínkách obnovovat novou buněčnou stěnu, zahájit buněčný cyklus a dělit se. K rekonstrukci buněčné stěny je důležitá kontrolovaná produkce ROS a pro regenerující protoplasty je typická zvýšená aktivita katalasy a peroxidas, které hrají roli v procesu polymerizačních reakcí při stavbě buněčné stěny. Ag-nč představují v současné době významnou skupinu bioaktivních látek. Díky širokospektrým antimikrobiálním vlastnostem jsou používány pro biomedicínské účely a s rychlým rozvojem nanotechnologií byly aplikace rozšířeny do mnoha spotřebitelských produktů. Široké použití Ag-nč v praxi má za následek zvýšený výskyt Ag-nč v ekosystému a jejich působení na člověka. V této práci byl sledován vliv Ag-nč a Ag+ na regeneraci protoplastů Cucumis sativus mechanismem produkce ROS a RNS. Další experimenty byly zaměřeny na porovnání dvou genotypů rostlin s výrazně rozdílnou schopností regenerace protoplastů, C. sativus a Brassica oleracea. Byl sledován vliv Ag-nč, Ag+ a antioxidantu askorbátu na proces regenerace. Byl detekován pozitivní vliv Ag+ a Ag-nč v nízké koncentraci (0,05 mg/l) na životnost protoplastů C. sativus a následnou tvorbu mikrokalusů. Buňky B. oleracea vykazovaly vyšší citlivost na Ag+, Ag-nč i askorbát v kultivačním mediu v porovnání s C. sativus. Během regenerace protoplastů byly detekovány změny v hydroxymethylaci a methylaci DNA a rovněž v expresi antioxidačních enzymů.

Abstract:

The theoretical part of the master thesis focused on the role of reactive oxygen and nitrogen species (ROS and RNS) in the process of regeneration of protoplasts and antioxidant enzymes protection products. The theoretical part contains information about the Ag+ and silver nanoparticles (Ag-np) and the their influence on the plant organism, and knowledge about DNA methylation and hydroxymethylation. Protoplast are plant cells devoid of cell wall. An important feature of protoplasts is their ability for dedifferentiation and the fact that they are totipotent cells that are capable in suitable conditions to restore new cell wall, initiate cell cycle and cell division. Controlled production of ROS is an important factor for the reconstruction of the cell wall and regenerating protoplasts are characterized by increased activity of catalase and peroxidases, which play a role in the process of polymerization reactions in the cell wall construction. Currently, Ag-np represent an important group of bioactive substances. They have broad-spectrum antimicrobial properties and they are used for biomedical purposes. Rapid development of nanotechnology applications have been extended into many consumer products. Wide use of Ag-np in practice has led to increased occurence of Ag-np in the ecosystem and their effect on human health. In this study, the influence of Ag-np and Ag+ on the regeneration of protoplasts of Cucumis sativus via the mechanism of production of ROS and RNS was investigated. Further experiments were focused on the comparison of two plant genotypes with a significantly different ability ofprotoplasts regeneration, C. sativus and Brassica oleracea. It was found Ag+ and Ag-np in low concentrations (0.05 mg/l) had a positive effect on the viability of protoplasts of C. sativus and subsequent formation of mikrocalli. B. oleracea cells were more sensitive than C. sativus to Ag+, Ag-np and ascorbate in the culture medium. Changes in DNA methylation and hydroxymethylation and in the expression of antioxidant enzymes were also detected during the regeneration of studied protoplasts.

Keywords

regenerace protoplastů, C. sativus, B. oleracea, Ag-nč, stříbrné ionty, askorbát, ROS a RNS, životnost, antioxidační enzymy, 5-methylcytosin, 5-hydroxymethylcytosin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2011

Identifier: 110926

Thesis defence

• Supervisor: Doc. RNDr. Lenka Luhová, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry