Praca doktorska
Licencja
Dostęp zamkniętyBiogeneza chloroplastów - strukturalny, molekularny i funkcjonalny poziom organizacji organellum
| dc.abstract.en | The thesis presents results of the research studies concerning the biogenesis of chloroplasts at different levels of their organization. The key stages of the internal chloroplast membrane transformation occurring during the process of their biogenesis in light were selected and correlated with the protein composition and the photosynthetic apparatus functionality at the same time points. Additionally, the modulating influence of the chilling stress on the thylakoid differentiation process was examined. The research was performed on two plant species of the hypogeal germination type that have different low temperature resistance: pea (Pisum sativum), tolerating temperatures in the range of 0-12°C (CT – chilling tolerant), and chilling senitive (CS) runner bean (Phaseolus coccineus). The main results of the thesis are real spatial models of the thylakoid network developmental stages – from a paracrystalline structure of the prolamellar body (PLB) to fully developed grana and the stroma thylakoid arrangements. Models were prepared using electron tomography (ET) and confocal laser scanning microscopy technique (CLSM). These spatial structures were reconstructed for the first time.The 3D models of differentiating chloroplasts allowed the observation of the direct transformation of tubular membrane arrangements into a flat thylakoid lamella arranged in parallel. The real spatial models together with theoretical models prepared with the help of the transmission electron microscopy (TEM) were the basis for the construction of a „dynamic model of chloroplast biogenesis”. The studies on the relations between the structural changes, protein-non polar lipids composition and the membrane functionality of developing chloroplasts, demonstrated that the formation of the active chlorophyll-protein (CP) complexes and the structural differentiation of the pea chloroplasts were delayed in comparison to bean during the first day of photomorphogensis. During a longer period of light exposition these differences became insignificant. The structural changes of the bean chloroplast biogenesis during the day/night cycle were sequential – the first stacked membranes were observed only after full PLB degradation. In the case of pea the grana formation took place in the presence of a degrading PLB. In both examined species, at the developmental stage of „loosely arranged prothylakoids”, it means before the first grana emerged, the presence of both photosynthetic complexes was detected with the help of the low temperature (77K) fluorescence. Apart from that, the main core protein of photosystem I (PSI) – PsaA, was localized in protein extracts from etiolated seedlings of both examined species, what has never been discovered in dark-grown plants. It was found in the studies of the influence of low temperature on the bean chloroplast biogenesis that the chilling stress induced after-night PLB, recrystallization, significantly delayed both the photosynthetic protein synthesis and the full chloroplast functionality compared to the control conditions. In pea such delay was observed during the first day of photomorphogenesis only. |
| dc.abstract.pl | W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących biogenezy chloroplastów na różnych poziomach organizacji tego organellum. Wybrano kluczowe etapy przekształceń błon wewnętrznych chloroplastów zachodzące w trakcie procesu ich biogenezy na świetle i skorelowano je ze składem białkowym oraz funkcjonalnością aparatu fotosyntetycznego w tych samych punktach czasowych. Dodatkowo zbadano modulujący wpływ działania stresu chłodu na przebieg procesu różnicowania tylakoidów. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem dwóch gatunków roślin, o hypogeicznym typie kiełkowania, różniących się odpornością na niską temperaturę: grochu zwyczajnego (Pisum sativum), tolerującego temperatury w zakresie 0-12°C (CT – ang. chilling tolerant), oraz wrażliwej na chłód (CS – ang. chilling sensitive) fasoli wielokwiatowej (Phaseolus coccineus). Główną część pracy stanowią, odtworzone po raz pierwszy, rzeczywiste, przestrzenne (3D) modele kolejnych etapów rozwoju sieci tylakoidów – od parakrystalicznej struktury ciała prolamellarnego (PLB) po wyróżnicowane układy gran i tylakoidów stromy, przygotowane z wykorzystaniem technik tomografii elektronowej (ET) oraz skaningowej laserowej mikroskopii konfokalnej (CLSM). Modele 3D różnicujących się na świetle chloroplastów pokazały bezpośrednią zmianę uporządkowania błon wewnętrznych – z ciasno upakowanych tubuli w płaskie, ułożone równolegle do siebie lamelle. Rzeczywiste modele przestrzenne oraz modele teoretyczne na podstawie przekrojów z transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) stanowiły podstawę do stworzenia „dynamicznego modelu rozwoju chloroplastów“. Badania nad wzajemnym powiązaniem zmian strukturalnych ze składem białkowo-barwnikowym oraz funkcjonalnością błon rozwijających się chloroplastów wykazały, iż formowanie się aktywnych kompleksów białkowo-barwnikowych (CP) oraz strukturalne różnicowanie się chloroplastów grochu było opóźnione w stosunku do fasoli w ciągu pierwszego dnia rozwoju na świetle; podczas dłuższego oświetlania różnice te zacierały się. Zmiany strukturalne podczas biogenezy chloroplastów fasoli w cyklu dzień/noc miały charakter sekwencyjny – po degradacji PLB następowało tworzenie układów ścieśnionych, podczas gdy u grochu tworzenie gran odbywało się w obecności degradującego PLB. U obu badanych gatunków na etapie rozwojowym „luźno ułożonych protylakoidów”, a więc przed pojawieniem się pierwszych gran, zarejestrowano, za pomocą niskotemperaturowej (77 K) fluorescencji, obecność kompleksów rdzeniowych obu fotosystemów. Ponadto w ekstraktach białkowych obu badanych gatunków, otrzymanych z siewek hodowanych w ciemności, zlokalizowano główne białko rdzeniowe fotosystemu I (PSI) – PsaA, którego obecność nie była do tej pory notowana na terenie etioplastów. W badaniach nad wpływem niskiej temperatury na biogenezę chloroplastów stwierdzono, iż niska temperatura indukowała, występujące po okresach ciemności, rekrystalizacje PLB w plastydach chłodowrażliwej fasoli oraz znacznie opóźniała syntezę białek fotosyntetycznych i osiąganie pełnej funkcjonalności chloroplastów tego gatunku. U grochu, opóźnienie w stosunku do warunków kontrolnych notowano jedynie podczas pierwszego dnia rozwoju na świetle. |
| dc.affiliation.department | Wydział Biologii |
| dc.contributor.author | Kowalewska, Łucja |
| dc.date.accessioned | 2015-05-29T09:38:55Z |
| dc.date.available | 2015-05-29T09:38:55Z |
| dc.date.defence | 2015-06-08 |
| dc.date.issued | 2015-05-29 |
| dc.description.additional | Link archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/1131 |
| dc.description.promoter | Mostowska, Agnieszka |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/1131 |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | deetiolation |
| dc.subject.en | 3D modelling |
| dc.subject.en | etioplast |
| dc.subject.en | chloroplast |
| dc.subject.en | biogenesis |
| dc.subject.pl | deetiolacja |
| dc.subject.pl | modelowanie 3D |
| dc.subject.pl | etioplast |
| dc.subject.pl | chloroplast |
| dc.subject.pl | biogeneza |
| dc.title | Biogeneza chloroplastów - strukturalny, molekularny i funkcjonalny poziom organizacji organellum |
| dc.title.alternative | Chloroplast biogenesis – structural, molecular and functional level of organellum organization |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |