Visualization of root apoplastic pH in plants

Abstract

Orientované pohyby rostlin neboli tropismy umožňují rostlinám aktivně reagovat na různé podněty z prostředí a získat tak více světla, lepší přístup k výživě nebo zajistit růst kořenů hlouběji do půdy. Gravitropismus orientuje růst kořene podél vektoru gravitace. Gravitace je vnímána prostřednictvím sedimentace statolitů v kořenové čepičce, nicméně přesná signální dráha není zatím známa. Gravitropní stimulus vyvolává nerovnoměrnou redistribuci fytohormonu auxinu ve vnějších vrstvách buněk, která vede k rozdílnému růstu na vrchní a spodní straně kořene a způsobuje tak jeho ohnutí. Změny v redistribuci auxinu jsou doprovázeny změnami v pH apoplastu. Odhalení přesné povahy těchto změn by mohlo pomoci objasnit mechanismy signální dráhy v odpovědi na gravitropismus. Pro přesné měření pH mohou být využívány mikroelektrody, nejsou však vhodné pro dlouhodobé měření pH v rostoucích kořenech. V posledních letech se objevila různá pH senzitivní barviva a geneticky kódované senzory. Tyto mohou být použity pro dlouhodobé detekování změn pH v rostoucích kořenech in vivo. V předkládané práci jsem porovnala několik publikovaných pH senzitivních geneticky kódovaných senzorů a dostupných barviv v kořenech Arabidopsis thaliana. U pH senzitivních barviv jsem pozorovala značnou variabilitu v citlivosti detekce pH a...

Plant oriented movements, or tropisms allow the plant to actively respond to environmental stimuli to get more light, better access to nutrients and to grow roots deeper into the soil. Gravitropism drives the growth of roots along the gravity vector. Perception of gravity is triggered by the sedimentation of statoliths in columella root cap, but the exact signalling pathway behind this process is not known. Perception of gravity results in an unequal redistribution of the phytohormone auxin in the outer cell layers which leads to different rate of growth on the root's upper and lower side and bending of the root. The changes in auxin redistribution are accompanied by changes in apoplastic pH. Knowing an exact pattern of these pH changes could shed light on the mechanisms laying behind the gravitropic response pathway. While microelectrodes can be used to measure pH precisely, they are not suitable for the long-term imaging of growing roots. In the past few years, several pH sensitive dyes and genetically encoded sensors emerged. These can be used for long-term live in vivo imaging of pH changes in growing roots. In this thesis, I analysed the performance of several published pH sensitive genetically encoded sensors and available dyes in the roots of Arabidopsis thaliana. I observed that dyes varied...