Praca doktorska
Miniatura
Pliki
1400-DR-BI-154385.pdf3.85 MB
Licencja
FairUseKorzystanie z tego materiału możliwe jest zgodnie z właściwymi przepisami o dozwolonym użytku lub o innych wyjątkach przewidzianych w przepisach prawa. Korzystanie w szerszym zakresie wymaga uzyskania zgody uprawnionego.
 

Mechanizm formowania się nekroz z komórek akumulujących Zn w liściach tytoniu z uwzględnieniem roli apoplastu w tym procesie

Uproszczony widok
dc.abstract.enIn plants grown in the presence of high zinc concentration, groups of cells in leaf blades degenerate forming lesions. Appearance of localized lesions on the leaves of plants is widely regarded as a symptom of sensitivity. In contrast to this view, a recent study suggested that the development of lesions on the tobacco leaves exposed to high Zn concentration in the medium could be a mechanism of tolerance rather than a symptom of zinc toxicity. Mentioned studies indicate that in the leaves of tobacco plants exposed to high Zn pre-necrotic regions developed from mesophyll cells accumulating high amount of Zn. Accumulation of zinc in the pre-necrotic/necrotic regions contributes to protecting the neighboring cells form Zn toxicity. The mechanisms by which morphologically identical mesophyll cells differ in their response to Zn are unknown. In this study the involvement of programmed cell death (PCD) mechanisms in formation of Zn-related pre-necrotic/necrotic regions in tobacco leaves was investigated. Selected parameters, such as PCD markers, were determined in the leaves from tobacco plants grown in the presence of 200 µM Zn and compared with control conditions. TUNEL assay showed DNA fragmentation in the nuclei from Zn-exposed leaves together with an enhanced expression of the PCD maker genes, indicating the involvement of PCD in the formation of Zn-related lesions. It is known that nitric oxide(II) is a key factor of PCD. Upon exposure to high Zn concentration, in situ localization of NO was restricted to groups of mesophyll cells, and was correlated with the pattern of high concentrations of Zn localization. Furthermore, the inhibition of the formation of lesions in the presence of NO inhibitor was accompanied by the delayed appearance of Zn and by NO presence limited to these groups of cells. Altogether, these first demonstrate that Zn-related lesions in leaves develop from groups of mesophyll cells in which accumulation of high concentrations of zinc contributes to enhancement of the NO level and to initiation of PCD processes. Based on the experiments performed on the AtHMA4 – expressing tobacco plants (AtHMA4 encodes protein that exports Zn to the apoplast), it was proposed that apoplast may be regarded as a site of perception of the Zn status in cells. It was presumed that the apoplastic Zn concentration might contribute to the generation of a signal of Zn excess leading to loading of Zn to leaf areas consisting of groups of cells in which the exceptional ability to accumulate Zn is initiated. Up-to-now the question about the nature of the signal inducing loading Zn into these specific cells remain unanswered. Among the proteins associated with the cell wall, only the WAKs (Wall-Associated Kinases) have been implicated in a plant response to metals. It is known that the members of WAKs family have extracellular domain binding pectins. From the variety of cell wall components, pectins are among of the molecules that may play a signaling role. Furthermore, the exposure to different metals concentrations changes the level of the methylesteryfication of the cell wall pectins. The expression analysis of NtWAKs/NtWAKLs genes showed the increase in the transcript level of NtWAK2 in the leaves from high Zn-treated plants in comparison to the control ones. To analyze the differences in pectin localization between control and Zn-treated plants, the immunolocalization of pectin fractions was performed on the leaf cross-sections. Only one epitope of rhamnogalacturonan I, was present exclusively in the Zn-exposed tobacco. Analysis showed that the level of rhamnogalacturonan I increased with time of exposure to high Zn concertation. Furthermore, this fraction of pectins was localized preferentially near the veins, and its distributions was correlated with the pattern of high concentrations of Zn in the groups of mesophyll cells localized within the same regions.
dc.abstract.plCynk, jako mikroelement, bierze udział w regulacji wielu procesów metabolicznych, jest niezbędny dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Nadmiar cynku jest jednak toksyczny, a zdolność roślin do akumulacji jego wysokich stężeń w liściach jest jednym z czynników warunkujących poziom tolerancji na ten metal. W roślinach tytoniu, w homogennej pod względem morfologii tkanki mezofilu liścia, komórki różnią się zdolnością do akumulacji Zn. W roślinach rosnących w obecności wysokiego stężenia cynku w podłożu, metal ten jest gromadzony w mezofilu w grupach komórek (nazwanych komórkami akumulującymi) co zgodnie z hipotezą, chroni sąsiadujące komórki przed jego toksycznym nadmiarem. Brak jednorodności w akumulacji cynku w komórkach mezofilu liścia tytoniu zinterpretowano jako formę strategii obronnej. Gdy poziom cynku w komórkach akumulujących przekroczy pewien poziom progowy, przekształcają się one w nekrozy, zatrzymując zgromadzony metal w obrębie silnie zlignifikowanych ścian komórkowych. W konsekwencji pojawienie się nekroz interpretowano nie jako symptom wrażliwości na wysoki poziom cynku, ale przejaw mechanizmu obronnego operującego na poziome liścia. Nadmiar cynku jest zgromadzony w komórkach akumulujących, a następnie w obszarach nekrotycznych, dzięki czemu sąsiadujące komórki mezofilu mogą bez utrudnień pełnić swoje funkcje. Mechanizmy powstawania zależnych od wysokiego stężenia cynku nekroz pozostają nieznane. Celem pracy było poznanie molekularnych i fizjologicznych podstaw tych mechanizmów. W ramach prowadzonych badań uzyskano wyniki wskazujące na udział programowanej śmierci komórkowej (ang. programmed cell death, PCD) w formowaniu się nekroz w obrębie blaszek liści roślin tytoniu, rosnących w obecności wysokiego stężania Zn w podłożu. Zostało to potwierdzone poprzez: (i) określenie udziału tlenku azotu(II) (cząsteczki sygnałowej w PCD) w procesach tworzenia się nekroz; (ii) wykazanie udziału charakterystycznych elementów PCD takich jak poziomu ekspresji genów „markerów PCD” oraz lokalizacji fragmentów DNA specyficznie ciętych podczas PCD, w mechanizmach formowania się nekroz. Celem pracy były także badania, mające na celu zbliżenie do poznania roli apoplastu w procesie formowania się nekroz. Wcześniejsze doświadczenia wskazują, że sygnał o stężeniu cynku w apoplaście może być generowany za pomocą cząsteczek pektyn, a odbierany i przekazywany do wnętrza komórki za pośrednictwem kinaz związanych ze ścianą komórkową (ang. wall assocaited kinases, WAKs). Przeprowadzone badania pokazały, że w liściach roślin tytoniu poddanych ekspozycji na wysokie stężenie cynku, następuje indukcja ekspresji NtWAK2, jak również ma miejsce wzrost zawartości ramnogalakturonanu I w ścianach komórek liści. Analizy immunolokalizacji ramnogalakturonanu I na przekrojach poprzecznych przez liście badanych roślin wykazały, że wzór lokalizacji tej frakcji pektyn jest podobny do wzoru lokalizacji wysokich zawartości cynku w komórkach akumulujących i nekrozach. Wyniki te sugerują, że sygnał inicjujący gromadzenie cynku w komórkach akumulujących liści roślin tytoniu, może być generowany za pomocą cząsteczek ramnogalakturonanu I, a przekazywany do wnętrza komórki za pośrednictwem NtWAK2.
dc.affiliation.departmentWydział Biologii
dc.contributor.authorWeremczuk, Aleksandra
dc.date.accessioned2019-04-30T08:17:29Z
dc.date.available2019-04-30T08:17:29Z
dc.date.defence2019-05-10
dc.date.issued2019-04-30
dc.description.additionalLink archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/3307
dc.description.promoterAntosiewicz, Danuta
dc.identifier.urihttps://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/3307
dc.language.isopl
dc.rightsFairUse
dc.subject.enaccumulating cells
dc.subject.ennecrosis
dc.subject.enapoplast
dc.subject.enplant cell wall
dc.subject.enleaf
dc.subject.entobacco
dc.subject.enzinc
dc.subject.plkomórki akumulujące
dc.subject.plnekrozy
dc.subject.plapoplast
dc.subject.plściana komórkowa
dc.subject.plliść
dc.subject.pltytoń
dc.subject.plcynk
dc.titleMechanizm formowania się nekroz z komórek akumulujących Zn w liściach tytoniu z uwzględnieniem roli apoplastu w tym procesie
dc.title.alternativeThe formation of Zn-related necrosis from Zn-accumulating cells in tobacco leaves, including apopalst role in this process
dc.typeDoctoralThesis
dspace.entity.typePublication