Tissue-specific knockout of starch synthesis in columella cells of Arabidopsis thaliana and gravitropic response

Abstract

Od studií gravitropismu rostlin Charlesem Darwinem je identita specifických senzorů gravitace v rostlinách nejistá. K dnešnímu dni jsou statolity - škrobové granule v kořenových čepičkách - považovány za klíčové při percepci gravitace. Úloha statolitů jako organel zprostředkujících schopnost vnímat gravitaci v kořenech rostlin je obecně založena na výzkumech, jejichž subjekty mají vážně narušenou schopnost syntetizovat škrob nebo mají buňky obsahující statolity odstraněny či poškozené. To představuje metodické nedokonalosti, které vedou k alternativním vysvětlením, jako je narušený tok auxinu v důsledku těžkého poškození kořenové čepičky nebo neznámé zapojení škrobu z jiných částí rostliny do vnímání gravitace. Díky pokroku v oblasti technologie CRISPR/Cas9 jsme nyní schopni vytvářet tkáňově specifické mutanty, které by mohly pomoci s objasněním, zdali se škrobová zrna v kořenové čepičce podílejí na vnímání gravitace, a pokud ano, jak významné je toto jejich zapojení. Tato diplomová práce se pokusila na tyto otázky odpovědět adaptací tkáňově specifického systému CRISPR/Cas9 a jeho využitím pro tvorbu mutantů, které jsou specificky v kolumele bez škrobu. Pomocí tohoto přístupu jsme vytvořili jednu obecnou mutantní linii a tři tkáňově specifické mutantní linie, z nichž dvě mají cíle v genech...

Since the studies of plant gravitropism by Charles Darwin, the identity of specific sensors of gravity in plants has been uncertain. To this date, statoliths - starch granules in the root tips - are considered to play a key role in gravity sensing. The role of statoliths as organelles that mediate the gravity sensing ability of plant roots is based on research that uses plants which have severely impaired ability to synthesize starch in general or have their cells that contain statoliths removed or damaged. This represents methodical imperfections that give rise to alternative explanations, like disturbed auxin flow due to heavy damage to the root tip or unknown involvement of starch from other parts of the plant in gravity perception. Thanks to advances in the field of CRISPR/Cas9 technology, we are now able to produce tissue-specific mutants that might help with clarification of whether starch granules in the root tip are involved in sensing gravity and if so, how significant is this involvement. This diploma thesis aimed to answer these questions by adapting the tissue-specific CRISPR/Cas9 system and using it for the creation of mutants that are starchless specifically in the columella cells. Using this approach, we generated one tissue non-specific mutant line and three tissue-specific mutant...