Dissecting ion signaling in pollen tube growth and plant defense responses by probing plants with rhodopsin-based plant optogenetics
| Autor: | Ding, Meiqi |
|---|---|
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2024 |
| Předmět: | |
| Druh dokumentu: | Doctoral Thesis<br />Doctoral Thesis |
| DOI: | 10.25972/OPUS-29661 |
| Popis: | This study solved the limitations for apply rhodopsin-based optogenetics in plant science. The lack of the essential cofactor retinal, required for the functional expression of rhodopsin, was introduced into plant system by using a β-carotene 15, 15’-Dioxygenase (MbDio). Another big step toward rhodopsin-based plant optogenetics was to enhance the cellular shuttling of the rhodopsin to the plasma membrane by fusing several targeting peptides to the protein. The role of anion fluxes in regulating pollen tube growth was verified by rhodopsins application. ACR1 2.0 was used to trigger anion efflux-based depolarizations. The growth of the pollen tubes was suppressed upon ACR1 stimulation but recovered when ACR1 2.0 was deactivated. Local laser light application on one side of the apex of the ACR1-expressing pollen tubes resulted in the guidance of pollen tubes away from the site of ACR1 2.0 activation. Local anion efflux or voltage depolarization control pollen tube growth and/or guidance. [Ca2+]cyt functions as a second messenger to control plant processes and thus we used XXM 2.0 to trigger non-invasively a [Ca2+]cyt increase. Only the anion efflux by ACR1 2.0 stimulation triggered drought stress responses. In contrast to ACR1 2.0, the stimulation of XXM 2.0 triggered a pathogen defense response. Taken together, this novel rhodopsin-based optogenetic approach represents a perfect non-invasive research method to study complex signaling networks in plant science. In dieser Studie wurden die Beschränkungen für die Anwendung der rhodopsinbasierten Optogenetik in der Pflanzenwissenschaft gelöst. Das Fehlen des essentiellen Cofaktors Retinal, der für die funktionelle Expression von Rhodopsin erforderlich ist, wurde durch die Verwendung einer β-Carotin 15, 15'-Dioxygenase (MbDio) in das Pflanzensystem eingeführt. Ein weiterer großer Schritt auf dem Weg zu einer auf Rhodopsin basierenden pflanzlichen Optogenetik war die Verbesserung des zellulären Shuttles des Rhodopsins zur Plasmamembran durch die Fixierung mehrerer Targeting-Peptide an das Protein. Die Rolle der Anionenflüsse bei der Regulierung des Wachstums der Pollenschläuche wurde durch die Anwendung von Rhodopsinen verifiziert. ACR1 2.0 wurde verwendet, um Depolarisationen auf der Basis von Anionen-Efflux auszulösen. Das Wachstum der Pollenschläuche wurde durch die ACR1-Stimulation unterdrückt, erholte sich aber wieder, wenn ACR1 2.0 deaktiviert wurde. Lokale Laserlichtapplikation auf einer Seite des Apex der ACR1-exprimierenden Pollenschläuche führte dazu, dass die Pollenschläuche von der Stelle der ACR1 2.0-Aktivierung weggelenkt wurden. Lokaler Anionen-Efflux oder Spannungsdepolarisation steuern das Wachstum und/oder die Führung der Pollenschläuche. [Ca2+]cyt fungiert als zweiter Botenstoff zur Steuerung pflanzlicher Prozesse, weshalb wir XXM 2.0 verwendeten, um nicht-invasiv einen [Ca2+]cyt-Anstieg auszulösen. Nur der Anionen-Efflux durch die ACR1 2.0-Stimulation löste Trockenstress-Reaktionen aus. Im Gegensatz zu ACR1 2.0 löste die Stimulierung von XXM 2.0 eine Pathogenabwehrreaktion aus. Insgesamt stellt dieser neuartige optogenetische Ansatz auf Rhodopsin-Basis eine perfekte nicht-invasive Forschungsmethode zur Untersuchung komplexer Signalnetzwerke in der Pflanzenwissenschaft dar. |
| Databáze: | Networked Digital Library of Theses & Dissertations |
| Externí odkaz: |
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