Phytohormone-related crosstalk in pathogen and stomatal responses in Arabidopsis thaliana

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5236-7
Title: Phytohormone-related crosstalk in pathogen and stomatal responses in Arabidopsis thaliana
Author: Kalliola, Maria
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Program in Plant Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-05-10
Belongs to series: YEB - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5236-7
http://hdl.handle.net/10138/301316
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Phytohormones affect all the developmental stages of plant from germination to flowering but also plant responses to biotic (e.g. pathogens) and abiotic stresses (e.g. drought and cold) and furthermore, acclimation to environmental changes. Phytohormones form a signalling network affecting both directly and indirectly many functions in plants; for example stomatal openness is affected by phytohormones. Stomata allow gas-exchange between air and leaf, thus optimizing between CO2 intake i.e. effectiveness of photosynthesis, and the inevitable evaporation of water through the open stomata. Stomata furthermore provide an entrance for pathogens but also for example air pollutants, like tropospheric ozone that causes oxidative stress in plants, employing stomata to enter the plant. Phytohormones also have a central role in pathogen responses and innate immunity in plants. Thus, it can be concluded that stress and pathogen responses, innate immunity, oxidative stress tolerance and stomatal responses are all tied together via the phytohormone signalling network. This thesis concentrates mainly on effects of two phytohormones; auxin and the rather newly discovered class of phytohormones, strigolactones. Auxin is historically known for its role in plant growth and development, but it also affects stress and defence responses by interacting with other hormones; auxin and the most important hormone in bacterial pathogen responses, salicylic acid, act in a mutually antagonistic manner and many pathogenic micro-organisms produce auxin within their interactions with plants. Interestingly, auxin is also the target of strigolactone pathway and strigolactones act by dampening auxin transport. Thus, both strigolactones and auxin affect lateral branching in plants – auxin by classical polarity of auxin transport and strigolactones via affecting auxin. Strigolactone and auxin furthermore share other commonalities since also strigolactone was recently discovered to affect stress and pathogen responses in plants. Strigolactone signalling is complex and all the details are still not known. In strigolactone perception the F-box protein MAX2 functions together with the strigolactone receptor, D14 protein. Other MAX proteins (MAX1, 3 and 4) function in strigolactone synthesis. In this thesis first MAX2 and later also all the other strigolactone-related proteins were discovered to have a role in susceptibility to pathogens. However, MAX2 was found to have an exceptional role compared to the other strigolactone-related proteins; only max2 plants have higher stomatal conductance than the wild-type plants and only max2 was found to contribute to sensitivity to oxidative stress. MAX2 also affects hormonal signalling; ABA levels in max2 were particularly high in excised leaves that were left to dry. Interestingly, it was concluded that MAX2 acts in a parallel signal pathway to the well characterized guard cell ABA signalling pathway, which was discovered by crossing max2 with the well-known guard cells affecting mutants (ABA biosynthesis mutant aba2, guard cell ABA signalling mutant ost1, and ghr1 required to regulate ion channel activity).Kasvien sopeutuminen erilaisiin kasvuolosuhteisiin on erityisen tärkeä tutkimusalue ilmastonmuutoksen seurauksena yleistyvien ympäristön ääri-ilmiöiden takia. Kasvit altistuvat ympäristössään niin abioottisille (mm. kylmyys, kuivuus) kuin bioottisillekin (mm. bakteerit, sienet) stressitekijöille, joihin vasteena kasveissa aktivoituu molekyylitason signalointimekanismeja, jotka mahdollistavat kasvien selviytymisen muuttuvissa ympäristöolosuhteissa. Kasvi voi vaikuttaa haihtumisen määrään sulkemalla ilmaraot vasteena kuivuuteen ja moniin kasvihormoneihin. Ilmarakojen kautta monet kasvitauteja aiheuttavat patogeenit pääsevät sisälle kasviin ja kasvit pyrkivät sulkemaan ilmaraot myös rajoittaakseen infektion laajuutta. Väitöskirja keskittyy kasvihormonien, erityisesti strigolaktonin ja auksiinin, merkitykseen ilmarakojen säätelyssä sekä kasvien selviämisessä patogeeni-infektioista. Auksiini on kasvien kasvuun ja mm. sivuhaaroittumiseen vaikuttava kasvihormoni, jonka on havaittu vaikuttavan myös patogeeni-infektiossa. Strigolaktoni on melko hiljattain löydetty kasvihormoni, joka vaikuttaa auksiinin kuljetusta heikentämällä kasvien sivuhaaroittumiseen, mutta myös vanhenemisreaktioihin ja kuivastressiin sopeutumiseen. Strigolaktonin biosynteesissä toimivat mm. MAX3 ja MAX4-proteiinit sekä strigolaktonin signaloinnissa F-box-proteiini MAX2 ja strigolaktonireseptori D14. Väitöskirjatutkimuksessa strigolaktonilla selvisi olevan keskeinen rooli patogeeni-infektioissa: mikäli kasvissa on strigolaktonin synteesissä tai signaloinnissa vaikuttava toimimattomaksi tehty proteiini, niin kasvit ovat herkempiä patogeeneille kuin sellaiset kasvit, joissa on vastaava normaalisti toimiva proteiini. Lisäksi MAX2-proteiinilla havaittiin olevan erityinen rooli verrattuna muihin strigolaktonin synteesissä/signaloinnissa vaikuttaviin proteiineihin. Mikäli kasvissa on toimimaton MAX2-proteiini, niin kasvin ilmaraot olivat enemmän auki, eikä kasvi kyennyt sulkemaan ilmarakoja normaalisti vasteena bakteeri-infektioon. Ilmarakosignaloinnin tutkimuksessa MAX2-proteiinin havaittiin vaikuttavan signalointiin toistaiseksi tuntemattomalla mekanismilla, joka on rinnakkainen hyvin tunnetun abskissihapon signalointireitin kanssa. MAX2-proteiini voi täten tuoda runsaasti lisätietoa ilmarakojen signalointimekanismeista, joilla on keskeinen merkitys kasvien vasteissa muuttuviin ympäristöolosuhteisiin.
Subject: Perinnöllisyystiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Phytohor.pdf 2.211Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record