The characterisation of organ-specific phytohormone responses to nutrient deficiency and biotic stress

Abstract

Abiotické a biotické stresy snižují výnosy pěstovaných plodin a v konečném důsledku negativně ovlivňují zemědělskou produkci. Objasnění mechanismu rostlinných stresových odpovědí a jejich regulace by pomohlo přispět ke zlepšení jejich odolnosti vůči stresu. Fytohormony regulují rostlinný růst a vývoj a mají také důležitou roli v obranných reakcích. Tato práce shrnuje výsledky dvou publikací, které se soustředily na dynamiku fytohormonů v odpovědi na abiotické a biotické stresy, konkrétně nedostatek fosfátu a infekci pathogenem Plasmodiophora brassicae. Souhrnný článek se detailně zabývá strigolaktony, které jsou hlavními regulátory odpovědí na deficit fosfátu. Důraz je kladen na orgánové-specifické odpovědi vůči stresovým podmínkám a také na dopad exogenních aplikací fytohormornů za účelem podpořit odolnost rostlin vůči stresům. V případě nedostatku fosfátu bylo společnou reakcí pro všechny orgány snížení aktivního cytokininu trans-zeatinu a giberelinu GA4 spolu se zvýšením kyseliny abscisové. Stimulace exprese fosfátových transportérů s vysokou afinitou (PHT1;4 a PHT1;7) představovalo další společnou odpověď v celé rostlině. Nedostatek fosfátu nejsilněji ovlivnil vzrostný vrchol, kde jsme zaznamenali nejvíce změn na úrovni genové exprese. Pouze v kořenech jsme detekovali zvýšenou hladinu...

Abiotic and biotic stresses lead to crop yield losses and ultimately negatively affect agriculture production. Elucidation of the mechanisms of plant stress responses and their regulation could help to understand plant defence and improve stress tolerance. Phytohormones stand behind both plant growth and developmental changes as well as stress signalling. This thesis summarises the results published in two articles focused on phytohormone dynamics in response to abiotic and biotic stresses, namely phosphate shortage and Plasmodiophora brassicae infection. A review article focuses in depth on strigolactones as master regulators of phosphate deficiency responses. The main emphasis is put on organ-specific reactions and exogenous phytohormone treatment with the potential to convey stress tolerance. In the case of phosphate shortage, the universal reaction in all organs was a decrease in active cytokinin trans-zeatin and gibberellin GA4 with a concurrent elevation of abscisic acid. Also, the high- affinity phosphate transporters (PHT1;4 and PHT1;7) exhibited increased gene expression within the whole plant. Shoot apical meristems showed numerous changes in gene expression and were the most affected organ during the lack of phosphate. Only in roots, we observed a substantial elevation of low active...