Kryptická diverzita sinic
JAHODÁŘOVÁ, Eva; HAŠLER, Petr; HAŠLER, Petr
2019 - English
Sinice (Cyanobacteria) se na Zemi poprvé objevily asi před 3,5 miliardami let. Patří mezi hlavní organismy ovlivňující světové biogeochemické cykly a jsou prapředky chloroplastů dnešních vyšších rostlin. Sinice jsou schopny přežít v nejrůznějších prostředích. Díky jejich obrovské rozmanitosti zůstává velká většina taxonů systematicky nezařazena. V této práci jsem studovala morfologické i molekulární znaky tří nových rodů sinic z tropických oblastí (Pinocchia, Onodrimia a Elainella), také jsem se zaměřila na mezery v systematice sinic. Spolupracovala jsem na knižní kapitole pojednávající o diverzitě cyanobakterií. Recentní studie odhalily, že rody jako je Leptolyngbya nebo Pseudanabaena jsou výrazně polyfyletické. Oba druhově bohaté rody se značí jednoduchou morfologií, vytvářejí tenká vlákna a obývají jak vodní, tak i terestrické habitaty. Nicméně, na základě polyfyletického původu byla Leptolyngbya rozdělena do několika nových linií, jako je Oculatella nebo Nodosilinea. Pseudanabaena na svou revizi stále čeká. Podobně jsem i já popsala dva neznámé rody odvozené z rodů Leptolyngbya a Pseudanabaena. Pinocchia a Onodrimia jsou jednoduché vláknité cyanobakterie tropického původu. Fylogeneze založená na genu 16S rRNA jednoznačně odlišila monofyletické linie rodu Pinocchia a Onodrimia od Pseudanabaena a Leptolyngbya sensu stricto. Snažila jsem se najít morfologickou apomorfii, která by striktně definovala nově popsané rody. V případě rodu Pinocchia se jedná pravděpodobně o kryptický rod, avšak některé z trichomů měly výrazně prodlouženou, špičatou, někdy kuželovitou apikální buňku. Pro ověření, zda se skutečně jedná o apomorfii, jsem použila nutriční experiment. Nebyl však nalezen signifikantní rozdíl, který by odlišoval kontrolní a experimentální kulturu. Na druhou stranu, Onodrimia je charakteristická zvláštním typem reprodukce (produkuje hormogonia v takzvaných stromečkovitých formacích). Tento charakteristický znak lez považovat za apomorfii. Další nově popsaná tropická sinice Elainella je velice podobná sinici rodu Pseudophormidium. Pseudophormidium je málo prostudovaný taxon s nejasnou morfologií. Pro definici tohoto nového rodu jsem použila jak fylogenezi na základě 16S rRNA genu a morfologické informace, tak i celo-genomový přístup. Celková délka genomu byla 8 702 141 párů bází. V genomu rodu Elainella jsem identifikovala geny sloužící k fixaci vzdušného dusíku a deset potencionálně biosyntetických genových klastrů, pouze dva z nich zřejmě produkující cytotoxické metabolity. Z datované fylogeneze na základě 69 ortologních genů jsme se pokusila odhalit vznik rodu Elainella a kmene Leptolyngbya sp. JSC-1. Tento klád se pravděpodobně diversifikoval asi před 2,24- 2,47 miliardami let. Gen kódující malou podjednotku ribozomu (16S rRNA gen) je hojně užívaný marker pro fylogenezi bakterií. V databázích můžeme najít tisíce sekvencí tohoto genu. Na druhou stranu, je obecně známo, že morfologická charakteristika neodpovídá molekulární fylogenezi. Proto jsem chtěla tento zjevný paradox, neustále se zvětšujícího množství dat a nesprávného fylogenetického určení, prostudovat pomocí algoritmu PTP (Poisson Tree Process). Alignovala jsem 10 037 sekvencí genu 16S rRNA a pomocí PTP algoritmu jsem delimitovala počet druhů sinic v databázi GenBank. PTP identifikovalo pouze 2741 PTPdefinovaných druhů, avšak 51 % PTP-druhů bylo nekultivovatelných. Také jsem se zaměřila na faktory, které by mohly tuto nelehkou situaci taxonomie sinic zlepšit (např. nově popsané taxony by měly být vždy charakterizovány autapomorfií, metagenomická data by měla být vyhodnocována pečlivěji, revize by měly být prováděny pouze s robustním a správným výběrem taxonů). Cyanobacteria emerged on Earth approximately 3.5 billion years ago. They are the major contributor to global biogeochemical cycles and are ancestors of today's chloroplast of higher plants. Cyanobacteria thrive across many habitats. However, due to their enormous diversity, taxonomy remains in chaos and most taxa are uncharacterised. In this thesis, I have investigated the morphological and molecular features of three new cyanobacterial genera from tropical areas (Pinocchia, Onodrimia, and Elainella). Moreover, I aimed to identify gaps in cyanobacterial systematics and cooperated on a book chapter focused on cyanobacterial diversity. Recent investigations revealed that Leptolyngbya and Pseudanabaena are extensively polyphyletic cyanobacterial taxa. Both species-rich genera have very simple morphology, create thin filaments and occur mostly in aquatic and terrestrial habitats. However, due to polyphyly, Leptolyngbya was divided into several genera such as Oculatella and Nodosilinea. Pseudanabaena still waits for its revision. I identified two unknown genera similar to Leptolyngbya and Pseudanabaena. They were named Onodrimia and Pinocchia. Both of them are simple filamentous cyanobacteria with tropical origin. The phylogenetic study of 16S rRNA clearly distinguished Pinocchia and Onodrimia as monophyletic clades distant from Pseudanabaena and Leptolygbya sensu stricto. I endeavoured to find the unique apomorphic character which would strictly define newly described genera. Pinocchia is a cryptic genus but some trichomes possess prolongated, pointed and sometimes conical apical cell. For confirmation of this morphological apomorphy, I applied nutrient experiment. The results did not show any significant difference between standard and experimental cultures. On the other hand, Onodrimia possess a peculiar type of reproduction (it reproduces by tree-like hormogonia tufts). This character could be considered as apomorphy. Another new tropical cyanobacterium Elainella is morphologically very similar to Pseudophormidium. Pseudophormidium is poorly studied lineage, with unclear morphology. For confirmation of this new genus, I used 16S rRNA phylogeny, morphological data and also whole genome assessment. The total length of the draft genome was 8 702 141 bp. Elainella genome contains genes for atmospheric nitrogen fixation and also 10 potentially biosynthetic genes clusters, but only 2 were assigned as already known genes with the ability to produced cytotoxic metabolites. A dated phylogeny of 69 orthologous genes revealed the origin of Elainella and its sister's clade Leptolyngbya sp. JSC-1. They diverged probably 2.24-2.47 BYA. Gene for the small subunit of the prokaryotic ribosome (16S rRNA) is a widely used marker for bacterial phylogeny. There are hundreds of thousands of sequences of this gene in molecular databases. But it is widely known that morphological characters do not perfectly correspond with molecular phylogeny. Therefore, I wanted to describe this evident paradox of increasing data yet poor phylogenetic resolutions by PTP (Poisson Tree Process) algorithm. I aligned 10037 sequences of 16S rRNA and I used PTP delimitation to a defined quantity of species in GenBank database. PTP identified just 2741 PTP-defined species, but 51% PTP-defined species were assigned to uncultured samples. I also proposed possible suggestions which could improve this difficult situation.
Keywords:
sinice; tropické sinice; kryptická diverzita; nový rod; fylogenetika; fylogenomika; 16S rRNA; 16S-23S ITS; konvergence; taxonomie; Pseudanabaena; Leptolyngbya; Pseudophormidium; cyanobacteria; tropical cyanobacteria; cryptic diversity; new genus; phylogenetics; phylogenomics; 16S rRNA; 16S-23S ITS; convergence; taxonomy; Pseudanabaena; Leptolyngbya; Pseudophormidium
Available in digital repository of UPOL.
Kryptická diverzita sinic
Sinice (Cyanobacteria) se na Zemi poprvé objevily asi před 3,5 miliardami let. Patří mezi hlavní organismy ovlivňující světové biogeochemické cykly a jsou prapředky chloroplastů dnešních vyšších ...
The linguistic approximation of fuzzy models outputs
TALÁŠEK, Tomáš; TALAŠOVÁ, Jana
2019 - English
Jazyková aproximace je proces, kterým se přiřazují jazykové termy matematickým objektům, přičemž tyto objekty jsou často výstupy fuzzy modelů. Na jazykovou aproximaci klademe požadavek, aby jazykové termy dostatečně "reprezentovaly význam" aproximovaných objektů nebo aby alespoň reprezentovaly ty charakteristiky těchto objektů, které jsou pro daný účel klíčové. Výběrem vhodné metody pro jazykovou aproximaci se však odborná literatura téměř nezabývá. V průběhu let bylo představeno několik přístupů k jazykové aproximaci, avšak doposud nebylo provedeno žádné důkladné srovnaní těchto přístupů. Tato disertační práce si klade za cíl napravit tento nedostatek pomocí analytického frameworku, který umožní navrhovatelům (a zároveň i uživatelům) modelů s pomocí vizualizace znázornit možné výsledky jazykové aproximace při použití rozdílných vzdáleností/podobností fuzzy množin, porovnat jejich chování a identifikovat případné nedostatky/problémy zvolených vzdáleností/podoboností. K výběru vhodné vzdálenosti/podobnosti fuzzy množin (pro potřeby jazykové aproximace) tedy v této práci přistupujeme jiným způsobem - pomocí identifikace potenciálních problémů postupně vylučujeme ty vzdálenosti/podobnosti, které se v daném případě nechovají dle potřeby. Hlavní přínos práce spočívá v návrhu frameworku, který umožňuje analyzovat to, jak volba vzdálenosti/podobnosti fuzzy čísel ovlivňuje výsledek jazykové aproximace. Framework je navržen tak, aby byl snadno použitelný, nekladl na vysoké nároky na znalosti uživatele, umožňoval přímé srovnání vlivu vzdálenosti/podobnosti na výsledek jazykové aproximace a výsledky byly snadno vizualizovatelné. Přestože se práce zaměřuje převážně na trojúhleníková a lichoběžníková fuzzy čísla (symetrická i nesymetrická), je zde představena i modifikace frameworku, která umožňuje analýzu a vizualizaci výsledků jazykové aproximace fuzzy výstupů, které lze obdržet pomocí Mamdaniho fuzzy inference. Na této modifikaci mimo jiné ukazujeme, jak snadno lze framework upravit pro analýzu dalších typů výstupů. Dále je v práci představena nová metoda pro jazykovou aproximaci, která je postavena na myšlence fuzzy 2-tuples. Tato metoda jazykové aproximace se od jiných metod liší tím, že požaduje jen omezený počet jazykových termů (tj. uživatel modelu nemusí rozumět velkému počtu jazykových termů), ale díky 2-tuples může být i tak výstupem jazykové aproximace nekonečně mnoho jazykových termů, přičemž každý takovýto term se skládá z jednoho ze zvolených jazykových termů a také z informace o jeho "posunu". Tím je zajištěna snadnost porozumění výsledku jazykové aproximace. Disertační práce dále obsahuje 11 publikací, na kterých se Tomáš Talášek významně spolupodílel. Tyto publikace shrnují dosažené matematické výsledky autora a umožňují detailnější náhled na zkoumání toho, jak volba vzdálenosti/podobnosti fuzzy množin ovlivňuje výsledek jazykové aproximace. Linguistic approximation is a process of assigning linguistic labels to various mathematical objects, frequently ones that are obtained as outputs of fuzzy models. Such an assignment cannot be arbitrary - the usual requirement on linguistic approximation is for the linguistic label to ''represent the meaning'' of the approximated object sufficiently, or at least to reflect its characteristics that are the most important for the given purpose. How to define such a sufficiency, or in other words how to recognize an appropriate method of linguistic approximation, however, remains an unresolved issue. Over the years several various approaches for linguistic approximation was introduced but almost no proper comparison of these approaches was made. This thesis strives to resolve this issue by suggesting a universal analytical framework that helps the designers (and also users) of the models to visualize the performance of linguistic approximation under different distance/similarity measure of fuzzy numbers and to use this visualization to compare their performance and identify the potential drawbacks of using selected distance/similarity measures. It therefore approaches the issue of sufficiency of the linguistic approximation from behind - mainly pointing out the problems and thus ruling out some of the not-well-functioning distance/similarity measures. The contribution of the thesis lies in the proposal of a framework for the analysis of performance of different distance/similarity measures of fuzzy numbers such that its use is straightforward, it requires only limited knowledge from his potential user, it allows for a direct comparison of the performance of different distance/similarity measures in the given context and it provides results by means of graphical representation. Although most of the thesis focuses on the frequently used shapes of fuzzy numbers (triangular, trapezoidal; both symmetrical and asymmetrical), we also propose a modification of the framework which allows for the analysis and visualization of results for Mamdani-type fuzzy sets (outputs of Mamdani fuzzy inference). On this modification we also show the simplicity of the generalization of the framework for different conditions and contexts (represented by different approximated objects etc.). Another contribution is the proposal of a novel linguistic approximation method based on the idea of fuzzy 2-tuples in the thesis. This method differs from other methods in a way that it requires only small number of linguistic terms (i.e. the decision-makers's vocabulary for the description of the results can remain reasonably limited, hence the requirements on understanding the meaning of the linguistic values can be kept to a reasonable minimum), but thanks to the 2-tuple concept it can results in an infinite number of linguistic labels composed of one of the known linguistic terms and a description of its "shift" which facilitates easy understandability of the results of the linguistic approximation. Eleven publications on which the author participated are appended to the thesis. These publications summarize the mathematical results and provide closer insights into the issue of the investigation of the performance of linguistic approximation under different distance/similarity measures.
Keywords:
jazyková aproximace; fuzzy číslo; vzdálenost; podobnost; jazyková škála; numerické šetření; 2-tuples; linguistic approximation; fuzzy number; distance; similarity; linguistic scale; numerical investigation; 2-tuples
Available in digital repository of UPOL.
The linguistic approximation of fuzzy models outputs
Jazyková aproximace je proces, kterým se přiřazují jazykové termy matematickým objektům, přičemž tyto objekty jsou často výstupy fuzzy modelů. Na jazykovou aproximaci klademe požadavek, aby jazykové ...
Distance measurements with mode-filtered frequency comb and analysis of fluorescence from trapped ion at modulated dark state
LEŠUNDÁK, Adam; ČÍP, Ondřej
2019 - English
Tato disertační práce se zabývá aplikací optického frekvenčního hřebene ve dvou odvětvích základní metrologie: měření vzdáleností a měření optických frekvencí. První část práce prezentuje homodynní interferometrii s módově filtrovaným frekvenčním hřebenem efektní metodu pro měření dlouhých vzdáleností si vysokou přesností a absolutní škálou. Princip měření vyžaduje, aby jednotlivé módy frekvenčního hřebene byli spektrálně rozlišitelné. Z tohoto důvodu nelze tuto metodu použít přímo s frekvenčními hřebeny s nízkou opakovací frekvencí (např. 100 MHz), protože jednotlivé módy jsou příliš blízko u sebe a nelze je rozlišit. Na zvýšení opakovací frekvence je zde využito filtrování módu pomocí optického rezonátoru a takto filtrovaný frekvenční hřeben je pak použit k měření absolutních vzdáleností. Módová filtrace je realizována pomocí Fabry-Pérotovho rezonátoru ve Vernierovské konfiguraci, co umožnuje dosažení opakovacích frekvencí v rozsahu od desítek GHz do více jak 100 GHz. Je demonstrováno, že vysoké módové rozestupy významně redukují požadavky na rozlišení spektrometru a umožnují absolutní měření vzdálenosti s módove filtrovaným hřebenem s použitím jednoduchého řádkového spektrometru pro detekci. Použit je 1 GHz hřeben, který je filtračním rezonátorem konvertován na 56 GHz. Je ukázáno, že porovnání s konvenčním relativním interferometrem je dosažena shoda v měření vzdáleností až do 50 m na úrovni 0.5 mikrometru. Druhá část dizertační práce prezentuje metodu využívající zachyceného iontu vápníku 40Ca+ jako převodníku z optických frekvencí do intenzity fluorescence pro optickou frekvenční analýzu laserů interagujících s iontem. Metoda je založená na analýze fluorescence emitované z iontu v temném stavu, který je vybuzen dvěma lasery s modulovaným vzájemným frekvenčním odladěním. Odezva detekovaného fotonového toku na vzájemné frekvenční odchylky je měřena na svahu temné rezonance vytvořené v lambda energetické struktuře, která koresponduje s dvěma dipólovými optickými přechody. Oba využívané lasery jsou fázově zavěšeny na optický frekvenční hřeben, což umožňuje přesnou kalibraci metody deterministickým modulováním frekvence analyzovaného laseru vzhledem k fixní referenční frekvenci. Měřená fluorescenční odezva je vyhodnocována s použitím Fourierovy analýzy a výsledky jsou porovnány s teoretickým modelem pro dosažitelné poměry signálu k šumu pro škálu modulačních frekvencí a amplitud. Výsledky ukazují shodu s teorií pro určité rozsahy modulačních parametrů a taktéž vymezují limity metody ve smyslu detekovatelných frekvenčních odchylek a dosažitelných modulačních frekvencí. This thesis deals with applications of an optical frequency comb to two fields of fundamental metrology: distance measurements and optical frequency measurements. The first part of the thesis presents homodyne interferometry with a mode filtered frequency comb as a powerful method to measure long distances with high accuracy and absolute scale. The measurement principle requires that individual comb modes are spectrally resolved. For this reason the method cannot be applied directly to frequency combs with a low repetition rate (e.g. 100 MHz), since the modes are too close to each other to be resolved. Cavity mode filtering is used to increase the pulse repetition rate of a comb and the filtered comb is applied for mode-resolved absolute distance measurement. Mode-filtering takes place with a single Fabry-Pérot cavity in a Vernier configuration, allowing to set mode spacing ranging from tens of GHz to more than 100 GHz. It is demonstrated that large mode-spacing significantly reduce the requirements on the resolution of the spectrometer and enables absolute distance measurement with a mode-filtered frequency comb using a simple array spectrometer for detection. Here a 1GHz comb is used, that is converted into a 56GHz comb by mode-filtering. It is shown that in comparison to a conventional counting interferometer an agreement within 0.5 mm for distances up to 50m is found. The second part of this thesis presents an original method using a single trapped 40Ca+ ion as convertor from optical frequency domain to fluorescence intensity for optical frequency analysis of lasers interacting with the ion. It is based on analysis of fluorescence emitted from the ion at a dark state excited by two laser fields with modulated mutual frequency detuning. The response of detected photon rate to relative laser frequency deviations is recorded within the slope of a dark resonance formed in the lambda-like energy level structure corresponding to two optical dipole transitions. Both employed lasers are phase locked to an optical frequency comb, which allows precise calibration of the method by deterministic modulation of the frequency modulated laser beam with respect to the beam with fixed optical frequency. Measured fluorescence responses are evaluated using the Fourier analysis and the results are compared with theoretical model for achievable signal-to-noise ratios in a range of modulation frequencies and amplitudes. The results shows the limits of this method in terms attainable modulation frequencies and detectable laser frequency deviations.
Keywords:
optický frekvenční hřeben; metrologie délky; kvantová optika; optical frequency comb; length metrology; quantum optics
Available in digital repository of UPOL.
Distance measurements with mode-filtered frequency comb and analysis of fluorescence from trapped ion at modulated dark state
Tato disertační práce se zabývá aplikací optického frekvenčního hřebene ve dvou odvětvích základní metrologie: měření vzdáleností a měření optických frekvencí. První část práce prezentuje homodynní ...
Vplyv cytokinínov na udržanie funkcie fotosystému II v priebehu indukovanej senescencie
JANEČKOVÁ, Helena; ŠPUNDOVÁ, Martina; ŠPUNDOVÁ, Martina
2019 - English
Listová senescencia, konečné štádium vývoja listov, je komplexný proces, ktorý zahŕňa množstvo fyziologických a biochemických zmien. Senescencia je zvyčajne sprevádzaná poklesom obsahu chlorofylu a inhibíciou fotosyntetických procesov, vrátane fotochémie fotosystému II (PSII). Rastlinné hormóny cytokiníny (CK) sú známe ako negatívne regulátory starnutia. V oddelených listoch je dobre známe, že exogénne aplikované CK ako i svetlo spomaľujú priebeh senescencie, avšak mechanizmus ich vzájomnej interakcie pri sprostredkovaní tohto účinku zostáva nejasný. Analyzovali sme zmeny v obsahu endogénnych CK a jednotlivých CK foriem v oddelených listoch Arabidopsis thaliana inkubovaných v rôznych svetelných podmienkach a tieto zmeny sme korelovali so zmenami v obsahu chlorofylu, účinnosti fotochémie PSII a peroxidácii lipidov. Ukázali sme, že v oddelených listoch Arabidopsis inkubovaných pod rôznymi svetelnými podmienkami sa obsah endogénnych CK a ich jednotlivých foriem výrazne líši. V listoch inkubovaných v tme sme pozorovali znížený obsah najhojnešie sa vyskytujúcich CK báz a ribosidov. Navrhli sme, že spomalenie senescencie vyvolaná svetlom u oddelených listov Arabidopsis môže súvisieť s pretrvávajúcou biosyntézou N6(2isopentenyl)adenínu. Ukázali sme, že počas senescencie oddelených listov Arabidopsis je svetlo schopné nahradiť CK signál v prípade porušenej signálnej dráhy kvôli nefunkčnosti CK receptorov. Nedávne štúdie ukázali, že chlorofyl (Chl) b má tiež dôležitú úlohu v regulácii senescencie. Zistili sme, že deficit Chl b u mutanta jačmeňa výrazne zrýchľuje inhibíciu fotochémie PSII počas indukovanej senescencie oddelených listov inkubovaných v tme. Predpokladáme, že silnejšie poškodenie funkcie PSII súvisí s výraznejším poškodením reakčných centier PSII. Exogénne aplikovaný CK eliminoval urýchlenie poškodenia PSII, pravdepodobne stabilizáciou reakčných centier PSII. Leaf senescence, the final stage of leaf development, is a complex process that involves numerous physiological and biochemical changes. Senescence is usually accompanied by a loss of chlorophyll (Chl) and by inhibition of photosynthetic processes, including photosystem (PSII) photochemistry. Plant hormones cytokinins (CKs) are negative regulators of senescence. It is well known that in detached leaves, both exogenously applied CKs and light retard senescence, however, the mechanism of their mutual interaction is not clear. We have analysed changes in content of endogenous CKs and individual CK forms in detached leaves of Arabidopsis thaliana kept under different light conditions and we have correlated these changes with changes in chlorophyll content, efficiency of PSII photochemistry, and lipid peroxidation. We have shown that the content of endogenous CKs and individual CK forms in detached Arabidopsis leaves differs significantly under various light conditions. In leaves kept in darkness, we have observed decreased content of the most abundant CK free bases and ribosides. We have suggested that the light-mediated retardation of senescence in detached Arabidopsis leaves is related to light-dependent persistence of N6(2isopentenyl)adenine CK biosynthesis during senescence. We have also found that light was able to partially compensate the disrupted CK signalling caused by the loss-of-function mutation in CK receptors during senescence of detached leaves of Arabidopsis mutants. Recent studies have shown that Chl b is important for the regulation of senescence. We have found that the deficiency of Chl b in barley mutant significantly accelerates the inhibition of PSII photochemistry during dark-induced senescence of detached leaves. We suppose that the stronger impairment of PSII function is associated with a more pronounced damage of reaction centre of PSII. Exogenously applied CKs were able to eliminate the acceleration of PSII impairment, probably by the stabilization of reaction centres of PSII.
Keywords:
cytokininy; fotosyntéza; fotosystém II; senescence; svetlo; cytokinins; light; photosynthesis; photosystem II; senescence
Available in digital repository of UPOL.
Vplyv cytokinínov na udržanie funkcie fotosystému II v priebehu indukovanej senescencie
Listová senescencia, konečné štádium vývoja listov, je komplexný proces, ktorý zahŕňa množstvo fyziologických a biochemických zmien. Senescencia je zvyčajne sprevádzaná poklesom obsahu chlorofylu a ...
Role cytokininů v odpovědi na abiotický stres u ječmene a pšenice
MARCHETTI, Cintia; DE DIEGO SANCHEZ, Nuria; DE DIEGO SANCHEZ, Nuria
2019 - English
Abstrakt Abiotický stres má negativní dopad na celosvětovou zemědělskou produkci a snižuje finální výnos plodin. Vodní deficit a sluneční záření patří mezi hlavní faktory ovlivňující výnos plodin. Cytokininy (CK) jsou známé, ve spolupráci s dalšími fytohormony, svou účastí v odpovědi na abiotický stres u rostlin, přestože je způsob regulace tolerance rostlin na stres stále neobjasněný. Předkládaná práce se zaměřuje na studium role cytokininů jakožto regulátorů odpovědi na stres u rostlin těchto dvou hlavních stresových faktorů - senescence a vodní stres. K tomuto účelu byly použity dvě zemědělsky významné plodiny, a to ječmen (Hordeum vulgare cv. Golden Promised) a pšenice (Triticum aestivum cv. Inta Oasis), u kterých byl studován stres vyvolaný stíněním a ječmen, u kterého byl sledován vodní stres a následná regenerace těchto rostlin. V první části práce byl vyhodnocen dopad změny kvality světelného spektra na cytokininový metabolismus u ječmene a pšenice. Navíc byly charakterizovány transgenní rostliny ječmene s umlčným genem cytokinin oxidasy/dehydrogenasy (CKX), hlavním enzymem nevratně degradující CK. Pro objasnění, zda CK regulují toleranci vodního stresu a kapacitu regenerace u ječmene, bylo vybráno šest nezávislých transgenních linií s umlčnými HvCKX2.2 a HvCKX9 geny. Výsledky práce ukazují, že CK jsou důležité hormony, které regulují oba typy stresu a že udržení hladiny endogenních CK (hlavně ve formě volné báze) byly klíčové pro oddálení stresem indukovaných negativních efektů u rostlin. Konkrétně je ukázáno, že jedním z hlavních faktorů udržujících hladinu CK byla regulace degradace CK. U stresu vyvolaného stíněním se objevila výrazná nadregulace genu CKX1 v senescenčních listech ječmene a pšenice. Podobně, vodou stresované rostliny vykazovaly zvýšenou expresi HvCKX1, a to hlavně u nejvíce sensitivních linií. Oproti CKX1, nadregulace genu CKX3 souvisela s nižší degradací chlorofylu u stínem indukované senescence a vyšší tolerance na vodní stres v pšenici a ječmeni. Závěrem je navrženo, že mezi CKX isoformami regulujícími odpověď na abiotický stres u ječmene a pšenice existují rozdílné a konzervativní role. Odpověď na vodní stres a regenerační kapacita nesouvisí pouze s CK. Komplexní interakce s dalšími rostlinnými hormony a metabolity souvisejícími se stresem jako aminokyseliny a polyaminy byly také pozorovány. Věříme, že změna CK homeostáze skrze podregulaci genů CKX v rostlinách vedla ke vhodnému nástroji pro studium odpovědi rostlin na stres vyvolaný stíněním a vodní deficit a/nebo interakce mezi primárním a sekundárním metabolismem regulujícím stresovou odpověď a regeneraci u rostlin. Abstract Abiotic stress impacts negatively on agriculture production worldwide and diminish the final yield of crops. Among all constraints, water deficit and solar radiation are main determinant of crop production. Cytokinins (CKs) are known to be involved in the abiotic stress responses of plants, in a complex crosstalk with other phytohormones, although their role regulating plant stress tolerance remains unknown. The presented thesis was focused on the study of the role that CKs are playing as regulators of the plant stress response to these two major stressors, senescence and water stress. For this purpose, we focused in two crops with agronomical interest, barley (Hordeum vulgare cv. Golden Promised) and wheat (Triticum aestivum cv. Inta Oasis). In the first part, we evaluated the effect of changes in light spectral quality by shading-induced stress on CK metabolism in barley and wheat. Besides, we also characterized transgenic barley plants with silenced genes encoding cytokinin oxidase/dehydrogenase (CKX), the main enzyme irreversibly degrading CKs. Then, to clarify whether CKs regulate water stress tolerance and recovery capacity in barley, six independent transgenic lines with silenced HvCKX2.2 and HvCKX9 genes were selected. As results, we showed that CKs are relevant hormones regulating both types of stress and that the maintenance of the endogenous CKs (especially the base forms) was crucial for delaying the stress-induced negative effects in the plants. Concretely, we showed that one of the main factors conditioning the CK content was the regulation of CK degradation. Under shade-induced stress there was a marked up-regulation of the CKX1 gene in senescing leaves of barley and wheat occurred. Similarly, water stressed plants also increased the expression of HvCKX1, especially in the most sensitive lines. Opposite to CKX1, the upregulation of the CKX3 gene was related to a lower Chl degradation under shade-induced senescence and higher waters stress tolerance in wheat and barley, respectively. Altogether, we suggest that differential and conservative roles exist between the CKX isoforms regulating the abiotic stress response in barley and wheat. The water stress response and recovery capacity was not only related to CKs. A complex crosstalk with other plant hormones and stress-related metabolites such as amino acids and polyamines was also observed. We believed that the alteration of the CK homeostasis through the down-regulation of CKX genes in plants resulted in a good tool to study the plant response to shading-induced stress and water deficit, and/or the crosstalk between the primary and secondary metabolism regulating plant stress response and recovery.
Keywords:
modré světlo; metabolismus cytokininů; cytokinin oxidasa / dehydrogenasa; exprese genu; senescence; zastínění; Triticum aestivum; Hordeum vulgare; RGB imaging; fluorescence chlorofylu; indoorové fenotypování; aminokyseliny; polyaminy; antioxidační enzymy; blue light; cytokinin metabolism; cytokinin oxidase/dehydrogenase; gene expression; leaf senescence; shading stress; Triticum aestivum; Hordeum vulgare; red; green; blue (RGB) imaging; chlorophyll fluorescence; indoor phenotyping; amino acids; polyamines; antioxidative enzymes
Available in the UPOL Library.
Role cytokininů v odpovědi na abiotický stres u ječmene a pšenice
Abstrakt Abiotický stres má negativní dopad na celosvětovou zemědělskou produkci a snižuje finální výnos plodin. Vodní deficit a sluneční záření patří mezi hlavní faktory ovlivňující výnos plodin. ...
Transcriptomic analysis of barley (Hordeum vulgare L.) and wheat (Triticum aestivum L.): tool for crop improvement.
ZAVADIL KOKÁŠ, Filip; GALUSZKA, Petr
2019 - English
Tato práce je zaměřena na diferenciální analýzu transkriptomu u ječmene (Hordeum vulgare) a pšenice (Triticum aestivum) jako dvou významných zemědělských plodin. Práce rovněž popisuje vývoj nového bioinformatického softwaru vyvíjeného za účelem zlepšení funkční anotace nových sekvencí a následné analýze diferenciálně exprimovaných genů poskytnutých v rámci transkriptomické studie. Teoretická část práce je soustředěna na popis současných technologii používaných pro RNA-sekvenování, design experimentu a následnou bioinformatickou analýzu s využitím rozličných bioinformatických nástrojů. Experimentální část práce je rozdělena na tři kapitoly. První kapitola se zabývá diferenciální analýzou transkriptomu u transgenních linii ječmene s nadprůměrně exprimovaným genem cytokinin dehydrogenázou 1 z Arabidopsis thaliana, pod kořenově specifickým promotorem -glykosidázy z kukuřice. Výsledky ukázaly transgenní linie jako více tolerantní vůči suchu, ve srovnání s rostlinami divokého typu, a to v důsledku odlišné architektury kořenového systému a silnější lignifikace kořenové tkáně. Druhá kapitola se zabývá vývojem a popisem volně dostupného programu SATrans, vytvořeném za účelem lepší a robustnější funkční anotace sekvencí, a rovněž pro analýzu diferenciálně exprimovaných genů. Program byl implementován programovacími jazyky Perl a MySQL, následně byl testován na datovém setu a srovnán s ostatním volně dostupnými programy. Program poskytuje rychlou a robustní funkční anotaci nových sekvencí a poskytuje pokročilou analýzu genové ontologie pro diferenciálně exprimované geny. Poslední kapitola praktické části se zabývá odlišnými přístupy pro výstavbu kořenově specifické reference za účelem mapování krátkých sekvencí získaných v průběhu sekvenačního experimentu. Na vstupní data (čtyři genotypy pšenice s odlišnou architekturou kořenového systému) byly aplikovány tři různé přístupy pro vytvoření reference (de novo přístup, ab initio přístup, kombinovaný přístup). Kombinovaný přístup byl na základě sledovaných charakteristik vyhodnocen jako nejlepší a výsledná reference byla použita pro následnou diferenciální analýzu transkriptomu mezi genotypy s odlišnou architekturou kořenového systému. Výsledky ukázaly několik ovlivněných biologických procesů, mezi které náleží zejména transmembránový transport auxinů a hydrolýza jejich konjugátů. Potvrzení výsledků získaných touto analýzou by ovšem mělo být provedeno s pomocí qPCR a kontrolovanými biologickými experimenty. The thesis is focused on differential transcriptomics analysis of barley (Hordeum vulgare) and wheat (Triticum aestivum), two economically important cereals. It is also described the development of a new bioinformatics software allowing the annotation of novel transcripts and the functional analysis of differentially expressed genes. The theoretical part deals with the description of the main technologies of RNA-sequencing, design of the RNA-sequencing experiment and down-stream bioinformatics analysis. The experimental part is divided into three chapters. The first chapter aimed to understand the differential transcriptomics of transgenic barley lines overexpressing the Arabidopsis cytokinin dehydrogenase 1 gene under the control of the mild root specific promotor of maize -glycosidase. The results showed transgenic lines are more tolerant to drought than the wild-type plants, mainly due to the alteration of their root architecture and a stronger lignification of root tissue. The second chapter is focused on the development of SATrans, new freely available software for the annotation of transcriptome and the functional analysis of differentially expressed genes. The software was developed with Perl and MySQL as programing languages and has been tested on a test data set. It provided a fast and robust functional annotation of novel sequences and performed advanced gene ontology analysis of the differentially expressed genes. The last chapter covered different approaches to analyze RNAseq data generated for four new inbred lines of hexaploid wheat with different root architecture. Three different assembly approaches (ab initio, de novo and combined) were used and evaluated for their ability to provide the best reference wheat transcriptome for downstream analyses. The combined approach, i.e. coupling ab initio and de novo transcriptome assemblies, was evaluated as the best tool to generate a root-specific reference transcriptome. Down-stream bioinformatics analyses were performed in order to highlight the genes whose differential expression might be related to various root architecture observed between for the four-wheat new inbred lines. The data showed that few biological processes were affected, including the transmembrane transport of the phytohormone auxin and the hydrolysis of its conjugates. Nevertheless, our hypothesis will have to be supported by qPCR analysis and strong physiological experiments.
Keywords:
transkriptomika; bioinformatika; vývoj softwaru; funkční anotace; ječmen; pšenice; transcriptomics; bioinformatics; software development; functional annotation; wheat; barley
Available in digital repository of UPOL.
Transcriptomic analysis of barley (Hordeum vulgare L.) and wheat (Triticum aestivum L.): tool for crop improvement.
Tato práce je zaměřena na diferenciální analýzu transkriptomu u ječmene (Hordeum vulgare) a pšenice (Triticum aestivum) jako dvou významných zemědělských plodin. Práce rovněž popisuje vývoj nového ...
Metabolismus a funkce cytokininů v houbách z řádu Hypocreales a identifikace transportéru auxinu v Claviceps purpurea
VRABKA, Josef; FRÉBORTOVÁ, Jitka
2019 - English
Předkládaná disertační práce je zaměřena na rostlinné hormony cytokiny a auxiny u vláknitých hub z řádu Hypocreales a sestává ze čtyř částí. První část práce slouží k seznámení se zkoumanými houbovými organismy a shrnuje současné informace o metabolismu, transportu a signalizaci cytokininů a auxinů, zároveň je popsána jejich role v interakci s mikroorganismy. Cílem druhé části práce je studium role cytokininů u houby Claviceps purpurea. Byla sledována odezva v expresi vybraných genů zapojených do metabolismu cytokininů u hostitelského rostliny žita (Secale cereale) pomocí kvantitativní real-time PCR (qPCR), zároveň byly změřeny hladiny cytokininů v různých fázích infekce u napadených a kontrolních rostlin. V genomu C. purpurea byly odhaleny geny s předpokládaným zapojením do biosyntézy cytokininů. Jejich funkce byla potvrzena heterologní expresí v Escherichia coli, purifikací pomocí afinitní chromatografie a biochemickou charakterizací. Byla stanovena rychlost enzymatické reakce a substrátová preference. Pro další ověření byly geny transformovány do rostlin Arabidopsis thaliana s expresí řízenou konstitutivním promotorem a sledována změna fenotypu. Třetí část je zaměřena na sledování exprese genů de novo biosyntézy cytokininů u vybraných druhů rodu Fusarium během infekce semenáčků kukuřice (Zea mays). Zároveň byla hodnocena i změna exprese genů biosyntézy a degradace cytokininů u napadených rostlin. Poslední část je věnována identifikaci předpokládaného auxinového transportéru u C. purpurea. Homologní rekombinací byli připraveni deleční mutanti, u kterých byly stanoveny hladiny auxinů. Pro určení subcelulární lokalizace bylo využito pozorování fúzního proteinu s GFP pomocí fluorescenční mikroskopie. Pravděpodobná funkce byla ověřena transformací A. thaliana a následnou fenotypizací homozygotních linií. Presented thesis is focused on plant hormones cytokinins and auxins in filamentous fungi from order Hypocreales and consists of four parts. The first part of the work is introduces studied fungal organisms and summarizes current information about the metabolism, transport and signaling of cytokinins and auxins, concurrently describing their role in interaction with microorganisms. The aim of the second part is to study the role of cytokinins in Claviceps purpurea. Response in expression of selected genes involved in cytokinin metabolism in rye host plant (Secale cereale) was followed using quantitative real-time PCR (qPCR), and cytokinin levels were measured at various stages of infection in infected and control plants. Genes with putative function in cytokinin biosynthesis were detected in the C. purpurea genome. Their function was confirmed using heterologous expression in Escherichia coli and subsequent purification by affinity chromatography followed by biochemical characterization. The rate of enzymatic reaction and substrate preference was determined. For further verification, the genes were transformed into Arabidopsis thaliana under the control of constitutive promotor and the change in phenotype was observed. The third part is focused on the expression of de novo cytokinin biosynthesis genes in selected Fusarium species during infection of maize seedlings (Zea mays). At the same time, the change in cytokinin biosynthesis and degradation genes in infected plants was also followed. The last part is devoted to identification of putative auxin transporter in C. purpurea. Deletion mutants were prepared by homologous recombination and auxin levels were determined. Subcellular localization was observed with the GFP fusion protein by fluorescence microscopy. The predicted function was verified by transformation of A. thaliana and subsequent phenotyping of homozygous lines.
Keywords:
Cytokininy; auxiny; Claviceps; Fusarium; metabolismus; transport; Cytokinins; auxins; Claviceps; Fusarium; metabolism; transport
Available in the UPOL Library.
Metabolismus a funkce cytokininů v houbách z řádu Hypocreales a identifikace transportéru auxinu v Claviceps purpurea
Předkládaná disertační práce je zaměřena na rostlinné hormony cytokiny a auxiny u vláknitých hub z řádu Hypocreales a sestává ze čtyř částí. První část práce slouží k seznámení se zkoumanými houbovými ...
Generation, Detection and Characterization of Photonic Quantum States
STRAKA, Ivo; FIURÁŠEK, Jaromír; FIURÁŠEK, Jaromír
2019 - English
Cílem této práce je experimentální výzkum statistických vlastností kvantových stavů světla z hlediska generace i měření. Práce uvádí výsledky srovnávající kvantově negaussovské vlastnosti jednofotonových stavů produkovaných optickou frekvenční konverzí a zářivou rekombinací v kvantové tečce. Klíčovou vlastností je odolnost vůči ztrátám, jež jsou nevyhnutelnou součástí reálných optických aplikací. Kvantová negaussovskost je měřena i pro vícefotonové stavy složené z hlášených jednotlivých fotonů generovaných frekvenční konverzí. Jako další vlastnost je u těchto stavů zkoumána vícefotonová ryzí negaussovskost s ohledem na ztráty a přidaný šum. Disertace dále uvádí metodu programovatelné intenzitní modulace jako zdroje světla s nastavitelným klasickým rozdělením počtu fotonů. Součástí je i výpočet odpovídajícího intenzitního rozdělení. Postupy využité v práci zahrnují konstrukci zdroje korelovaných fotonů na bázi sestupné frekvenční konverze, jenž umožnil dosažení výsledků v oblasti vícefotonové kvantové negaussovskosti. Dále je prezentován model čítací odezvy jednofotonových lavinových diod, a to v numerické simulaci i analyticky. Tento výsledek byl uplatněn při měření obecné fotonové statistiky. This dissertation experimentally explores quantum properties of photonic states. The presented results compare quantum non-Gaussian properties of single-pho\-ton states produced by optical frequency conversion and radiative recombination in a quantum dot. The primary concern is resilience against optical loss that is inevitable in all real applications. Quantum non-Gaussianity is also measured using multiphoton states composed of multiple heralded single photons generated by frequency conversion. Another quantum property is genuine n-photon quantum non-Gaussianity, which is investigated using multiphoton states with respect to optical loss and added noise. Furthermore, the thesis presents a method of programmable intensity modulation as a source of arbitrary classical photon statistics. The method includes calculation of the respective intensity distribution. The procedures employed in the thesis include constructing a source of correlated photons based on frequency down-conversion. The source was used to obtain the results pertaining to multiphoton quantum non-Gaussianity. Next, a counting model of single-photon avalanche diodes is developed, both analytically and in simulation. These results were used in measuring arbitrary photon statistics.
Keywords:
kvantová optika; statistika fotonů; kvantová negaussovskost; quantum optics; photon statistics; quantum non-Gaussianity
Available in digital repository of UPOL.
Generation, Detection and Characterization of Photonic Quantum States
Cílem této práce je experimentální výzkum statistických vlastností kvantových stavů světla z hlediska generace i měření. Práce uvádí výsledky srovnávající kvantově negaussovské vlastnosti ...
Regulace erytropoézy a metabolizmu železa u anémie chronických chorob se zaměřením na anémii u nespecifických střevních zánětů
KARÁSKOVÁ, Eva; HRADSKÝ, Ondřej; ŠULÁKOVÁ, Astrid; POSPÍŠILOVÁ, Dagmar
2019 - English
Crohnova choroba (CD) a ulcerózní kolitida (UC) jsou chronická zánětlivá onemocnění postihující trávicí trakt (inflammatory bowel diseases, IBD). Incidence IBD u dětí i dospělých celosvětově stoupá. Anémie, zejména sideropenická anémie a anémie chronických chorob, je nejčastější extraintestinální systémovou komplikací IBD. U těchto pacientů se často jedná o tzv. "funkční" deficit železa, kdy i přes dostatečné celkové zásoby v organizmu, není železo pro erytropoézu dostupné. Klíčovým regulátorem metabolizmu železa je hepcidin a jeho interakce s transmembránovým přenašečem železa feroportinem. Produkce hepcidinu je ovlivněna především aktuálními zásobami železa a systémovou zánětlivou aktivitou organizmu. Všeobecně platí, že čím větší je deficit železa, tím nižší je hladina hepcidinu, naopak při aktivním zánětu jeho hladina stoupá. Laboratorní stanovení hladiny hepcidinu má i své praktické využití. Aktuální hodnota může, vedle ostatních markerů, přispět k rozhodnutí o správné strategii léčby železem (parenterální versus perorální forma). Prvním cílem bylo stanovit sérové hladiny hepcidinu u dětí s nespecifickým střevním zánětem v době diagnózy, porovnat výsledky u CD, UC a zdravých kontrol a korelovat hladiny hepcidinu s vybranými klinickými a laboratorními parametry. Druhým cílem bylo vyhodnotit změny sérových hladin hepcidinu v dalším průběhu onemocnění a zjistit vztah jeho případných změn k vybraným parametrům metabolizmu železa, ukazatelům zánětu a druhu podávané léčby. Crohn´s disease (CD) and ulcerative colitis (UC) are chronic disorders affecting the gastrointestinal tract (inflammatory bowel diseases, IBD). Worldwide incidence of IBD both in adults and children is increasing. Anaemia is the most common extraintestinal complication of IBD, predominantly iron deficiency anaemia (IDA) and anaemia of chronic disease (ACD). These types of anaemia (IDA+ACD) are frequently concurrent in patients with IBD. In these cases, total iron body stores are sufficient but not available for erytropoiesis (i.e., "functional" iron deficiency). Hepcidin (and its interaction with ferroportin) is a key regulator of iron metabolism and also serves as a marker of systemic inflammation. Hepcidin binds to ferroportin and blocks its function. Hepcidin production is influenced by two main factors: iron stores and systemic inflammation. In general, hepcidin levels drop with increasing severity of iron deficiency, and conversely, levels of hepcidin rise during systemic inflammation. In addition to other markers, current serum level of hepcidin, may contribute to an appropriate choice of iron supplementation (intravenous versus oral). The first part of this study was aimed to compare hepcidin levels in paediatric patients newly diagnosed with CD, UC and healthy controls and to evaluate the association of hepcidin levels with laboratory and clinical parameters of IBD activity. In the second phase of the study, we evaluated serum hepcidin levels during the later course of disease and correlated their changes with selected markers of iron metabolism, inflammation and provided treatment.
Keywords:
děti; nespecifický střevní zánět; Crohnova choroba; ulcerózní kolitida; anémie; hepcidin; children; inflammatory bowel disease; Crohn's disease; ulcerative colitis; anaemia; hepcidin
Available in digital repository of UPOL.
Regulace erytropoézy a metabolizmu železa u anémie chronických chorob se zaměřením na anémii u nespecifických střevních zánětů
Crohnova choroba (CD) a ulcerózní kolitida (UC) jsou chronická zánětlivá onemocnění postihující trávicí trakt (inflammatory bowel diseases, IBD). Incidence IBD u dětí i dospělých celosvětově stoupá. ...
CONSONANT BUT DISSONANT TO THE (S)CORE: THE NEO-VICTORIAN "AFTERINGS" OF SHERLOCK HOLMES'S VIOLIN
BATTAGLIA, Francesca; ARBEIT, Marcel; ARBEIT, Marcel
2019 - English
Tato disertační práce se s využitím neoviktoriánské kritiky, adaptačních studií, muzikologie a genderových studií zaměřuje na nové pohledy na housle Sherlocka Holmese napříč médii a na roli hudby, která předefinovává slavného detektiva, vytvořeného Sirem Arthurem Conanem Doylem, jako vzor mužnosti. Pro účely své disertační práce jsem si zvolila filmy Guye Ritchieho o Sherlocku Holmesovi (20092011), seriál televize BBC Marka Gatisse a Stevena Moffata Sherlock (2010) a román Malé hnutí mysli (2015) amerického spisovatele Mitche Cullina. Všechny tyto práce rozebírám z interdisciplinární perspektivy, která nahlíží na housle jako na hudební nástroj i jako na literární a kulturní symbol. Ukazuje se, že hudba skutečně hraje významnou roli v debatě o genderových identitách a jejich přechodu z viktoriánských textů do postmoderního světa. By combining neo-Victorian criticism, adaptation studies, musicology and gender studies, this dissertation focuses on the re-presentations of Sherlock Holmes's violin across media and on the role of music in redefining Sir Arthur Conan Doyle's great detective as a model of masculinity. For the purposes of my dissertation, I take into consideration Guy Ritchie's Sherlock Holmes films (2009-11), the BBC television series Sherlock (2010) by Mark Gatiss and Steven Moffat, and the novel A Slight Trick of the Mind (2015) by the American writer Mitch Cullin. All these works are analysed in an interdisciplinary perspective since the violin is examined as both a musical instrument and a literary and cultural symbol. It will become evident that music plays indeed a major role in negotiating gender identities in the transition from the Victorian texts to the postmodern world.
Keywords:
adaptation studies; Conan Doyle; detective fiction; film; gender studies; masculinity; music; neo-Victorian studies; psychoanalysis; Sherlock Holmes; tv series; Victorian literature; Victorian studies; violin; adaptation studies; Conan Doyle; detective fiction; film; gender studies; masculinity; music; neo-Victorian studies; psychoanalysis; Sherlock Holmes; tv series; Victorian literature; Victorian studies; violin
Available in digital repository of UPOL.
CONSONANT BUT DISSONANT TO THE (S)CORE: THE NEO-VICTORIAN "AFTERINGS" OF SHERLOCK HOLMES'S VIOLIN
Tato disertační práce se s využitím neoviktoriánské kritiky, adaptačních studií, muzikologie a genderových studií zaměřuje na nové pohledy na housle Sherlocka Holmese napříč médii a na roli hudby, ...
NRGL provides central access to information on grey literature produced in the Czech Republic in the fields of science, research and education. You can find more information about grey literature and NRGL at service web
Send your suggestions and comments to nusl@techlib.cz
Provider
Other bases