Doktoraty (WB)

Permanent URI for this collectionhttps://repozytorium.amu.edu.pl/handle/10593/763

Browse

Now showing 1 - 20 of 272

Rola genów zawierających elementy ISRE oraz GAS w długoterminowej odpowiedzi na IFN-I i INF-II
(2025) Hassani, Sanaz; Bluijssen, Johannes A. R. Promotor
Interferony to cytokiny o aktywności przeciwwirusowej. Wyróżnia się trzy główne typy interferonów (IFN-I, IFN-II, IFN-III), które działają poprzez receptory na komórkach. Przeanalizowaliśmy regulację genów zawierających ISRE+GAS pod wpływem IFNα i IFNγ, identyfikując 89 takich genów oraz 30 indukowanych przez oba interferony. Badania wykazały, że kompleks STAT2/IRF9 reguluje te geny w odpowiedzi na IFNα. Testy potwierdziły, że ISG zawierające ISRE+GAS są skuteczniejsze w odpowiedzi przeciwwirusowej niż te zawierające tylko GAS. Interferons are cytokines with antiviral activity. There are three main types of interferons (IFN-I, IFN-II, IFN-III) that act through receptors on cells. We analyzed the regulation of ISRE+GAS-containing genes under the influence of IFNα and IFNγ, identifying 89 such genes and 30 induced by both interferons. Studies have shown that the STAT2/IRF9 complex regulates these genes in response to IFNα. Tests confirmed that ISGs containing ISRE+GAS are more effective in the antiviral response than those containing only GAS.
Reakcje małży Unionidae na nowe rodzaje zanieczyszczeń wód. Potencjalne wykorzystanie małży w systemach wczesnego ostrzegania przed zanieczyszczeniami
(2025) Drewek, Agnieszka; Klimaszyk, Piotr. Promotor
Małże z rodziny Unionidae są istotnym komponentem ekosystemów wodnych. W procesie odżywiania odfiltrowują z toni wodnej bio i abioseston, a tym samym uczestniczą w procesie naturalnego oczyszczania wód powierzchniowych. Niestety, organizmy te są wrażliwe na różne zakłócenia środowiska i należą do najbardziej zagrożonych grup zwierząt wodnych. Małże bardzo często wykorzystywane są do bioindykacji zanieczyszczeń wody, w tym w systemach wczesnego ostrzegania przed zanieczyszczeniem. Celem przeprowadzonych badań była ocena reakcji wybranych gatunków małży Unionidae na nowe rodzaje zanieczyszczeń oraz możliwości ich wykorzystania do wykrywania tych substancji w ramach systemów wczesnego ostrzegania o zanieczyszczeniach. Bivalves of the family Unionidae are an essential component of aquatic ecosystems. In the process of feeding, they filter bioseston and abioseston from the water table, and thus participate in the process of natural purification of surface water. Regrettably, these organisms are vulnerable to various environmental disturbances and are among the most endangered groups of aquatic animals. Bivalves are frequently utilized as bioindicators of water pollution, including in pollution early warning systems.
Udział ludzkich paralogów białka VDAC w przeciwdziałaniu skutkom stresu oksydacyjnego wywołanego brakiem dysmutaz wewnątrzkomórkowych
(2025) Baranek-Grabińska, Martyna; Kmita, Hanna. Promotor; Karachitos, Andonis. Promotor
W mitochondriach zachodzi proces oddychania komórkowego, którego substraty i metabolity są transportowane przez kanał VDAC zlokalizowany w zewnętrznej błonie mitochondrialnej. To białko kanałowe transportuje również drobne cząsteczki i jony nieorganiczne oraz oddziałuje z wieloma białkami mitochondrialnymi i komórkowymi, dzięki czemu pośredniczy w regulacji funkcjonowania mitochondriów i całej komórki. VDAC może występować w postaci paralogów, np. u drożdży występują 2 paralogi (yVDAC1 i yVDAC2), a u człowieka występują 3 (hVDAC1, hVDAC2 i hVDAC3), podobnie jak u innych ssaków i kręgowców. Podczas procesu oddychania komórkowego, oprócz cząsteczek „niosących” energię, powstają także reaktywne formy tlenu (ROS, ang. reactive oxygen species), których nadmiar w komórce zwiększa ryzyko uszkodzeń i mutacji. Naturalnie nadmiar ROS usuwają enzymy antyoksydacyjne, wśród których kluczową role pełni dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), występująca w komórkach w postaci dwóch form. SOD1 (CuZnSOD) występuje w różnych strukturach komórkowych, także w mitochondrialnej przestrzeni międzybłonowej, natomiast SOD2 (MnSOD) zlokalizowana jest w macierzy mitochondrialnej. Zwiększony poziom ROS stanowi wskaźnik stresu oksydacyjnego, któremu z kolei komórka może przeciwdziałać uruchamiając odpowiednie mechanizmy obronne. Dostępne dane wskazują, że w odpowiedzi komórek człowieka na stres oksydacyjny istotną rolę może odgrywać hVDAC3, któremu przypisuje się funkcję czujnika stanu redukcyjno-oksydacyjnego (stan redoks; ang. redox sensitive VDAC; rsVDAC), co z kolei wynikać może z liczby oraz swoistej lokalizacji reszt cysteiny w sekwencji tego białka. W związku z tym, celem niniejszej pracy było określenie częstości występowania rsVDAC poza grupą kręgowców oraz skonstruowanie modelu drożdżowego pozwalającego na analizę funkcjonalności poszczególnych paralogów VDAC człowieka w warunkach stresu oksydacyjnego. W realizacji tego celu wykorzystano narzędzia do przewidywania struktur drugorzędowych badanych białek, a następnie rozmieszczenia reszt cysteiny, w celu określenia częstości występowania rsVDAC w zależności od liczby paralogów VDAC oraz poziomu złożoności organizmów, ich środowiska życia i ich trybu życia oraz technikę CRISPR/Cas9 dla otrzymania modelu opartego na komórkach drożdży Saccharomyces cerevisiae, w których dokonano heterologicznej ekspresji genów kodujących hVDAC1, hVDAC2 i hVDAC3 (hVDAC3 także w wariancie pozbawionym reszt cysteiny - hVDAC3ΔCys) w warunkach nieobecności genów kodujących yVDAC1 i yVDAC2 oraz usunięto geny kodujące SOD1 i SOD2. Uzyskane wyniki wskazują, że: (1) rsVDAC może być jedynym wariantem VDAC w mitochondriach, a jego obecność może korelować z warunkami siedliskowymi, ponieważ rsVDAC wydaje się być powszechny u pasożytów, co z kolei sugeruje, że kanał ten może pośredniczyć w wykrywaniu i adaptacji do warunków środowiskowych; (2) genotyp komórek drożdży S. cerevisiae może mieć istotne znaczenie dla ich wykorzystania w badaniach hVDAC, w tym szczególnie hVDAC3, ze względu na jego wpływ na wewnątrzkomórkowy stan redoks i (3) hVDAC3 może chronić komórkę w warunkach stresu oksydacyjnego w sposób nie wymagający obecności dysmutaz ponadtlenkowych i sprowadzający się do uruchomienia swoistego stanu bioenergetycznego mitochondriów związanego z intensywną syntezą ATP, co z kolei wymaga obecności w tym białku reszt cysteiny. Wyniki te poszerzają wiedzę na temat rozpowszechnienia występowania rsVDAC w mitochondriach zwierząt oraz swoistej roli hVDAC3 w warunkach stresu oksydacyjnego. The process of cellular respiration takes place in the mitochondria, whose substrates and metabolites are transported through the VDAC channel located in the outer mitochondrial membrane. This channel protein also transports small molecules and inorganic ions and interacts with many mitochondrial and cellular proteins, thus mediating the regulation of mitochondrial and whole cell function. VDAC can exist in the form of paralogs, e.g. in yeast there are 2 paralogs (yVDAC1 and yVDAC2), and in humans there are 3 (hVDAC1, hVDAC2 and hVDAC3), as in other mammals and vertebrates. During the process of cellular respiration, in addition to molecules "carrying" energy, reactive oxygen species (ROS) are also produced, the excess of which in the cell increases the risk of damage and mutations. Naturally, the excess of ROS is removed by antioxidant enzymes, among which the key role is played by superoxide dismutase (SOD), which occurs in cells in the form of two forms. SOD1 (CuZnSOD) is found in various cellular structures, including the mitochondrial intermembrane space, while SOD2 (MnSOD) is localized in the mitochondrial matrix. Increased ROS levels are an indicator of oxidative stress, which in turn can be counteracted by the cell by activating appropriate defense mechanisms. Available data indicate that hVDAC3 may play an important role in the response of human cells to oxidative stress, which is attributed to the function of a sensor of the reduction-oxidation state (redox state; redox sensitive VDAC; rsVDAC), which in turn may be due to the number and specific location of cysteine residues in the sequence of this protein. Therefore, the aim of this study was to determine the frequency of rsVDAC occurrence outside the vertebrate group and to construct a yeast model to analyze the functionality of individual human VDAC paralogs under oxidative stress conditions. In pursuit of this goal, tools were used to predict the secondary structures of the studied proteins, followed by the distribution of cysteine residues, in order to determine the frequency of rsVDACs depending on the number of VDAC paralogs and the level of complexity of the organisms, their living environment and their lifestyle, and the CRISPR/Cas9 technique to obtain a model based on Saccharomyces cerevisiae yeast cells, in which the genes encoding hVDAC1, hVDAC2 and hVDAC3 (hVDAC3 also in a variant devoid of cysteine residues - hVDAC3ΔCys) were heterologously expressed in the absence of the genes encoding yVDAC1 and yVDAC2 and the genes encoding SOD1 and SOD2 were deleted. The obtained results indicate that: (1) rsVDAC may be the only VDAC variant in mitochondria and its presence may correlate with habitat conditions, as rsVDAC seems to be common in parasites, which in turn suggests that this channel may mediate sensing and adaptation to environmental conditions; (2) the genotype of S. cerevisiae yeast cells may be important for their use in hVDAC studies, including hVDAC3 in particular, due to its effect on the intracellular redox state and (3) hVDAC3 may protect the cell under oxidative stress conditions in a way that does not require the presence of superoxide dismutases and comes down to the activation of a specific bioenergetic state of mitochondria associated with intensive ATP synthesis, which in turn requires the presence of cysteine residues in this protein. These results expand the knowledge on the prevalence of rsVDAC in animal mitochondria and the specific role of hVDAC3 under oxidative stress conditions.
Rola helikaz RNA z rodziny DEAD-box: DRH1, RH46 i RH40 w biogenezie mikroRNA u roślin
(2025) Jóźwiak, Monika; Jarmołowski, Artur. Promotor; Bajczyk, Mateusz. Promotor pomocniczy
MikroRNA (miRNA) to krótkie, jednoniciowe i niekodujące RNA, które regulują ekspresję genów na poziomie potranskrypcyjnym. W ostatnich latach jedną z intensywnie badanych grup białek zaangażowanych w biogenezę miRNA u Arabidopsis thaliana stały się helikazy z rodziny DEAD-box. Genom Arabidopsis zawiera sekwencje kodujące ponad 50 różnych helikaz typu DEADbox. Spośród nich tylko trzy: DRH1, RH46 i RH40 zawierają domenę WW, która za pomocą analiz in silico została zidentyfikowana jako kluczowa dla oddziaływań z domeną CTD RNA polimerazy II (RNAPII). W ramach niniejszej pracy zbadano fenotyp potrójnego mutanta helikazowego w standardowych (22°C) oraz zmienionych (16°C) warunkach wzrostu. Analizy pokazały, że brak badanych helikaz powoduje zmiany w akumulacji miRNA u roślin hodowanych w obu warunkach temperaturowych. Ponadto, mutant hodowany w warunkach obniżonej temperatury wykazywał znaczne zmiany fenotypowe w porównaniu z roślinami typu dzikiego. Dodatkowo, badania wykonane w ramach niniejszej pracy wykazały, że DRH1 bezpośrednio oddziałuje z SERRATE (SE), ARGONAUTE1 (AGO1), a także domeną CTD RNAPII. Analizy struktury drugorzędowej wyselekcjonowanych prekursorów miRNA za pomocą targetowanego DMS-MaPseq przeprowadzone w potrójnych mutantach helikazowych hodowanych w 22°C i 16°C wykazały dodatkowo, że badane helikazy mają wpływ na strukturę wybranych RNA. Podsumowując, uzyskane dane wskazują, że DRH1, RH46 i RH40 wpływają na przebieg biogenezy miRNA prawdopodobnie poprzez modyfikację struktury drugorzędowej prekursorów miRNA. MicroRNAs (miRNAs) are short, single-stranded, non-coding RNAs that regulate gene expression at the post-transcriptional level. In recent days, DEAD-box helicases have emerged as one of the extensively researched groups of proteins involved in this process in Arabidopsis. The Arabidopsis genome encodes more than 50 DEAD-box helicases. Of these, only DRH1, RH46 and RH40 contain WW domains, which have been identified through in silico analysis as a site of their interaction with the CTD domain of RNA polymerase II (RNAPII). The functionality of triple mutants of DRH1, RH46 and RH40 in Arabidopsis was evaluated under standard (22°C) and modified (16°C) growth conditions. It was observed that the absence of all the studied helicases affected miRNA accumulation levels when the plants were cultivated under both temperature conditions. Moreover, the phenotype of the helicase triple mutant displayed an altered phenotype compared to wild-type plants when grown at 16°C. Our findings demonstrate that DRH1 interacts directly with SERRATE (SE) and ARGONAUTE1 (AGO1). Furthermore, DRH1 has been shown to interact with the CTD domain of RNAPII. We also investigated the in vivo secondary structure of selected pre-miRNAs using the targeted DMSMaPseq technique. Our findings revealed alterations in the structure of a few pre-miRNAs tested. Collectively, our data indicate that DRH1, RH46 and RH40 influence miRNA biogenesis, potentially by modulating the structure of a subset of miRNA precursors.
Spojrzenie na molekularny mechanizm leżący u podstaw rzadkich procesów transportowych w enzymach z ukrytymi miejscami aktywnymi
(2025) Mandal, Nishita; Brezovsky, Jan. Promotor
Enzymy są potężnymi biologicznymi katalizatorami, z prawie 50-60% posiadających ukryte centra aktywne kontrolowane przez tunele transportowe. Te tunele odgrywają kluczową rolę w transporcie biomolekuł, co jest niezbędne dla procesów takich jak kataliza i transdukcja sygnałów. Jednak klasyczne symulacje dynamiki molekularnej (cMD) mają trudności z próbkowaniem rzadkich zdarzeń, takich jak chwilowe otwieranie tuneli. Moje badania doktorskie koncentrują się na opracowywaniu zaawansowanych metod, które rozwiązują to ograniczenie i badają stałe oraz rzadkie, chwilowe tunele w enzymach. Kluczowe części mojej pracy doktorskiej obejmują, opracowanie TransportTools, narzędzia do analizy i ujednolicania dużych zestawów danych dotyczących sieci tuneli. Wykorzystanie przyspieszonej dynamiki molekularnej Gaussa (GaMD) do badania dynamiki tuneli w enzymie LinB, odkrywanie nowych rzadkich tuneli i ich mechanizmów. Ocenę metod zgrubnych (CG), takich jak Martini i SIRAH, w celu uchwycenia długoczasowych zdarzeń związanych z tunelami w różnych enzymach. Te osiągnięcia poszerzają naszą wiedzę na temat mechanizmów enzymatycznych, transportu ligandów oraz potencjalnych zastosowań w odkrywaniu leków i inżynierii białek. Enzymes are powerful biological catalysts, with nearly 50-60% having buried active sites controlled by transport tunnels. These tunnels play a crucial role in biomolecule transport, essential for processes like catalysis and signal transduction. However, classical molecular dynamics (cMD) simulations struggle to sample rare events like transient tunnel openings. My Ph.D. research focuses on developing advanced methods to address this limitation and explore permanent and rare transient tunnels in enzymes. Key sections of my thesis include, Development of TransportTools, an in-house tool for analyzing and unifying large tunnel network datasets. Using Gaussian accelerated MD (GaMD) to study tunnel dynamics in the enzyme LinB, discovering novel rare tunnels and their mechanisms. Benchmarking coarse-grained (CG) methods like Martini and SIRAH to capture long-timescale tunnel events across various enzymes. These advancements enhance our understanding of enzyme mechanisms, ligand transport, and potential applications in drug discovery and protein engineering.
Funkcje chromatyny w transkrypcji, odpowiedzi na stres oraz rekombinacji mejotycznej u Arabidopsis thaliana
(2025) Dzięgielewski, Wojciech; Ziółkowski, Piotr. Promotor
Chromatin composition and accessibility affects multiple biological processes on cellular scale, such as initiation of gene transcription or meiotic recombination. In turn, those molecular changes, affect genetic diversity and stress-response on the populational and organismal levels. In the first part of the thesis, I have investigated functions of chromatin modifications on expression of stress-response genes in model plant species Arabidopsis thaliana. We thoroughly characterized, histone variant H2A.Z acetyltransferase NuA4 that is necessary for expression of genes related to growth and development. On the other hand, NuA4 stimulates deposition of H2A.Z into gene-bodies of stress-responsive genes, which ultimately leads to their silencing in non-inductive conditions. Later, I investigated roles of histone deacetylase enzyme HOA 19, that can specifically remove acetyl groups from H2A.Z and H3 at responsive genes. Interplay between histone acetylation and deacetylation forms equilibrium preventing spurious expression of stress genes. In the later section I explored possible roles of chromatin modifications with dCas9-based tools. I provided a set of evidence that local recruitment of expression inducer peptide VP64, leads not only to increased transcription of the targeted gene but also to rearrangements in chromatin which can affect meiotic crossover formation in the targeted locus. In the second part of the thesis, I developed bioinformatic pipelines used in NGS data analysis with emphasis on crossover detection in Arabidopsis. First, I designed web-based tool that allows easy browsing of genotyping-by sequencing datasets coming from different mutant backgrounds. Additionally, I developed a code that provides a simple and effective way to determine crossover site in NGS data generated via seed typing. Seed-typing is a method for investigating meiotic recombination at the hotspot scale. To sum up, I demonstrated various aspects of my PhD research activities, ranging from studies on chromatin roles in the regulation of gene expression and meiotic recombination to development of computational approaches in biological data analysis.
Charakterystyka mechanizmów różnicowania elementów przewodzących floemu u roślin
(2025) Michalak, Kornel; Bagniewska-Zadworna. Agnieszka. Promotor; Wojciechowska, Natalia. Promotora pomocniczy
W toku ewolucji rośliny wykształciły tkanki przystosowane do efektywnego transportu substancji. Drewno (ksylem) przewodzi wodę i sole mineralne przez elementy trachealne, natomiast komórki przewodzące łyka (floemu) to elementy sitowe rozprowadzające produkty fotosyntezy. Różnicowanie tych komórek polega na ich dostosowaniu do niezakłóconego przepływu roztworów przez redukcję cytoplazmy i modyfikację ściany komórkowej. W rozwój komórek przewodzących ksylemu zaangażowane są mechanizmy programowanej śmierci komórki (PCD – ang. Programmed Cell Death), prowadzącej do powstania martwych elementów trachealnych o silnie zgrubiałych ścianach. Co ciekawe, analogicznie komórki ze zubożałym protoplastem wykształcane są także podczas floemogenezy. Na drodze różnicowania elementy sitowe pozbawiane są większości organelli, w tym jądra komórkowego, jednak pozostają żywe, zachowując część cytoplazmy skupionej blisko ściany komórkowej. Dotychczas niewiele było wiadomo na temat procesów odpowiedzialnych za częściową i wysoce selektywną redukcję protoplastu podczas floemogenezy. Głównym procesem odpowiedzialnym za usuwanie struktur cytoplazmatycznych jest autofagia, a jej występowanie podczas ksylogenezy potwierdziły liczne prace naukowe. Niewiele wiadomo jednak o roli autofagii selektywnej w rozwoju łyka. Celem pracy była weryfikacja hipotezy badawczej zakładającej, że w różnicowanie komórek przewodzących łyka zaangażowane są procesy degradacyjne, ale ich działanie jest selektywne i nie prowadzi do lizy całego protoplastu, tak jak w przypadku PCD podczas rozwoju komórek przewodzących drewna. Materiałem badawczym były korzenie roślin modelowych. W oparciu o analizy anatomiczne, cytologiczne i molekularne scharakteryzowano mechanizmy odpowiedzialne za redukcję cytoplazmy w elementach sitowych korzeni topoli kalifornijskiej (Populus trichocarpa Torr. et A. Gray ex Hook.). Zidentyfikowano także cytologiczne i molekularne markery autofagii występujące podczas floemogenezy. Ponadto, analizując korzenie innych gatunków oddalonych ewolucyjnie, od paproci do dwuliściennych, udowodniono, że autofagia to proces specyficzny dla różnicowania zarówno drewna i łyka roślin naczyniowych. Nie stwierdzono natomiast specyficznego wzorca ewolucji dla składu ściany komórkowej tkanek przewodzących. W porównaniu do konserwatywnego charakteru autofagii, formowanie ściany komórkowej tkanek przewodzących jest bardzo zmienne. Dla każdego z badanych gatunków udokumentowano różny skład ściany komórkowej dla ksylemu bądź floemu. W pracy zaproponowano także wzory mechanizmów degradacyjnych u roślin w warunkach ich prawidłowego rozwoju oraz w reakcji na stres abiotyczny i biotyczny. Różnicowanie ksylemu i floemu zachodzące w wyniku śmierci komórki lub tylko częściowego zaniku organelli stanowi bardzo dobry model badawczy dla mechanizmów odpowiedzialnych za intensywne zmiany w składzie cytoplazmy i ściany komórkowej. Uzyskane wyniki znacząco poszerzyły dotychczasową wiedzę na temat różnych ścieżek selektywnej degradacji cytoplazmy oraz metod ich badania. In the course of evolution, plants have developed tissues adapted to the efficient transport of substances. Xylem conducts water and mineral salts through tracheal elements, while phloem conducting cells known as sieve elements, distributing products of photosynthesis. The differentiation of these cells involves the adaptation to ensure the uninterrupted flow of solutions by reducing the cytoplasm and modifying the cell wall. Programmed Cell Death (PCD) mechanisms are involved in the development of xylem conducting cells. In the case of xylogenesis, tracheary elements become dead, therefore empty, and their walls become extensively thickened. Interestingly, analogically cells with reduced protoplast are formed during phloemogenesis as well. In the course of differentiation, sieve elements are deprived of most organelles, including the nucleus, but they remain alive, retaining part of the cytoplasm concentrated close to the cell wall. So far, little has been known about the processes responsible for the partial and highly selective reduction of the protoplast during phloemogenesis. The main process responsible for the removal of cytoplasmic structures is autophagy, and its occurrence during xylogenesis has already been confirmed. However, little is known about the role of selective autophagy in the development of phloem. The aim of the work was to verify the research hypothesis, assuming that degradative processes are involved in the differentiation of phloem conductive cells, but their operation is selective and does not lead to the lysis of the entire protoplast, as is the case of PCD during the development of xylem conducting cells. The research material consisted of the roots of model plants. Using the black cottonwood (Populus trichocarpa Torr. et A. Gray ex Hook.) as well as anatomical, cytological and molecular analyses, the mechanisms responsible for the reduction of cytoplasm in sieve elements were characterized. Cytological and molecular markers of autophagy occurring during phloemogenesis were also identified. Moreover, by analyzing the roots of other evolutionarily distant species, ranging from ferns to dicotyledons, it was proven that autophagy is a process specific to the differentiation of both the xylem and phloem in vascular plants. However, no specific evolutionary pattern was found for the composition of the cell walls of conducting tissues. Compared to the conserved nature of autophagy, cell wall formation is very variable. For each examined species, different cell wall composition for xylem or phloem were documented. The thesis also proposes patterns of degradation mechanisms in plants under conditions of their normal development and in response to abiotic and biotic stresses. The differentiation of xylem and phloem, undergoing in the result of cell death or just partial reduction of organelles, is a very good research model for the mechanisms responsible for intensive changes in the composition of the cytoplasm and cell wall. The obtained results significantly extended the current knowledge on different pathways of cytoplasmic selective degradation and methods of their study
Genomika doboru płciowego rozkruszka hiacyntowego, Rhizoglyphus robini
(2024) Chmielewski, Sebastian; Radwan, Jacek. Promotor; Konczal, Mateusz. Promotor pomocniczy
Dobór płciowy działający na cechy związane z konkurencją rozrodczą wpływa na zmienność genetyczną kluczową dla procesów takich jak adaptacja i specjacja. Chociaż może poprawiać dostosowanie populacji poprzez przewagę osobników o wysokiej kondycji, może również zmniejszać zmienność genetyczną i efektywną wielkość populacji. Jednakże, nowe modele sugerują, że dobór płciowy może utrzymywać zmienność genetyczną, ale dowody empiryczne na to są ograniczone. Niniejsza praca wykorzystuje narzędzia genomowe do badania, jak dobór płciowy wpływa na polimorfizm genetyczny u rozkruszka hiacyntowego , Rhizoglyphus rabini, gatunku o dymorfizmie płciowym samców. Stworzyliśmy mapę genetyczną złożyć genom do poziomu chromosomów i zbadać różnice między płciami w rozkładzie rekombinacji wzdłuż chromosomów. W celu zbadania wpływu doboru płciowego na ilość zmienności genetycznej przeprowadziliśmy ewolucję eksperymentalną w której manipulowaliśmy stosunkiem płci. Po 28 pokoleniach nie zaobserwowaliśmy wyraźnej odpowiedzi Qenomowei, ale linie z przewagą samców wykazywały wolniejszą utratę różnorodności nukleotydowej w miejscach synonimowych . Dodatkowo zbadaliśmy architekturę genetyczną determinacji morf samców za pomocą analiz Pool-GWAS i linii wsobnych. Zidentyfikowaliśmy region 3,5 Mb na końcu chromosomu 7, związany z ekspresją morfu, będący prawdopodobnie supergenem. Ekspresja morf była również związana z setkami SNP, co wskazuje , że ta morf samca zależy od kondycji. Niniejsza praca pogłębia naszą wiedzę na temat roli doboru płciowego w kształtowaniu różnorodności genetycznej, co ma duże znaczenie dla zarządzania zagrożonymi populacjami. Sexual selection drives the evolution of reproductive traits and shapes the genetic variance critical for processes like adaptation and speciation . While it can enhance population fitness by promoting high-condition individuals, it may also reduce genetic variance and population size. However , recent models suggest that sexual selection can maintain genetic variation , but empirical evidence is limited. This thesis uses genomie tools to explore how sexual selection influences genetic polymorphism in the bulb mite, Rhizog/yphus rabini, a species with małe dimorphism. We created a high-density linkage map to anchored the genome to the chromosome scale and investigate sex-specific recombination landscapes in holocentric chromosomes. To investigate the effect of sexual selection on the amount of segregating genetic variation, we performed experimental evolution manipulating sex ratio. We found no elear genomie response after 28 generations, but male-biased lines exhibited a slower loss of nucleotide diversity in synonymous sites. Additionally, we investigated genetic architecture of małe morph determination using Pool-GWAS and inbred lines analyses. We identified a 3.5 Mb region near chromosome seven's end associated with morph expression, resembling a supergene. Morph expression was additionally linked to hundreds of SNPs, indicating that this sexually selected trait is condition- dependent. This thesis advances our understanding of sexual selection's role in shaping genetic diversity, relevant for managing wild populations.
Rola genu AMOTL2 w pluripotencji i różnicowaniu ludzkich komórek macierzystych
(2024) Jędrzejak, Anna Paulina; Borowiak, Małgorzata. Promotor
W ostatnich latach prowadzone były szerokie badania nad regulacją transkrypcji w procesach rozwojowych, jednakże nadal istnieje znaczna luka w wiedzy o mechanistycznych i metabolicznych sygnałach, oraz zdarzeniach morfologicznych towarzyszących różnicowaniu ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych (ang. human pluripotent stem cells, hPSCs). W poszukiwaniu takich sygnałów po raz pierwszy zidentyfikowałem gen Amotl2 w danych z sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek (ang. single cel RNA-sequencing, scRNA-seq) z rozwijającej się mysiej trzustki z dni embrionalnych 14.5 (e14.5) i 16.5 (e16.5). Co ciekawe, pomimo zachowanych kanonicznych markerów, populacje progenitorów endokrynnych (ang. endocrine progenitors, EP) z tych punktów czasowych różniły się znacząco pod względem transkryptomu, przy czym EP z dnia 16.5 preferencyjnie tworzyły komórki β trzustki, a e14.5 EP preferencyjnie tworzyły komórki α. Amotl2 ulegał specyficznej ekspresji w podtypie e16.5 EP, który odzwierciedlał wychodzenie EP ze struktury sznurów nabłonkowych, słabo poznane zdarzenie, które z kolei może wpływać na los komórek endokrynnych. AMOTL2 należy do rodziny angiomotyn. Jest to białko cytoplazmatyczne, które znajduje się w cytozolu lub na połączeniach komórkowych, ułatwiając przekazywanie sygnału, organizację cytoszkieletu, i modulację szlaków sygnalizacyjnych. AMOTL2 jest znanym regulatorem szlaku Hippo i jego efektora – białka YAP. Jednym z celów niniejszej pracy była identyfikacja wzorców ekspresji genu AMOTL2 w rozwoju ludzkiej trzustki in vivo i różnicowaniu trzustki in vitro przy użyciu publicznie dostępnych zbiorów danych scRNA-seq. AMOTL2 ulegał ekspresji na różnych etapach różnicowania trzustki, w tym w endodermie właściwej, komórkach prekursorowych trzustki i EP in vitro, ale także w EP, mezenchymie i komórkach pęcherzykowych in vivo. Ekspresja genu AMOTL2 nie utrzymywała się w dojrzałych komórkach endokrynnych. Co ważne, tutaj po raz pierwszy wykazano istnienie populacji NGN3(+) / AMOTL2(+) PE u człowieka, zarówno in vitro, jak i in vivo, którą wcześniej zidentyfikowano jedynie u myszy. Ekspresję AMOTL2 zidentyfikowano także w zarodku przedimplantacyjnym i hPSCs, co sugeruje, że może on wpływać również na wcześniejsze decyzje dotyczące losu komórki. W niniejszej pracy wyprowadziłam linię hPSC z wyłączoną ekspresją genu AMOTL2 (ang. knockout, KO) przy użyciu metody CRISPR/Cas9. Podczas wstępnej charakterystyki wyłonił się silny fenotyp dotyczący morfologii kolonii, przy czym kolonie AMOTL2 KO hPSC były bardziej nieregularne i mniej ciasno upakowane niż u typu dzikiego (ang. wild type, WT). Dodatkowo hPSC AMOTL2 KO wykazywały zwiększoną konfluencję w porównaniu z hPSC WT, co było wynikiem ich zwiększonej proliferacji i zmniejszonych szybkości apoptozy. Sekwencjonowanie RNA ujawniło istotne zmiany w zakresie cytoszkieletu, adhezji oraz migracji, rozwoju, metabolizmu komórkowego i szlaków sygnałowych. Wykazano również potencjalne tendencje rozwojowe komórek AMOTL2 KO w kierunku ektodermy kosztem endodermy i mezodermy, co zostało potwierdzone spontanicznym i ukierunkowanym różnicowaniem. W poszukiwaniu mechanizmu odpowiedzialnego za takie tendencje w różnicowaniu jako możliwych winowajców zidentyfikowano depolimeryzację F-aktyny i zwiększoną aktywność YAP. Co zaskakujące, spontaniczne różnicowanie z dodatkiem substancji depolimeryzującej F-aktynę, Y-27632 lub inhibitora YAP, werteporfiny, nie powtórzyło ani nie uratowało fenotypu rozwojowego AMOTL2 KO. Oznacza to, że w grze biorą udział inni, silniejsi gracze, za pomocą których AMOTL2 kontroluje los komórek, a którzy w oparciu o sekwencjonowanie RNA i wstępne dane funkcjonalne mogą obejmować mechanizm wytwarzania energii lub metabolizm komórkowy. The transcriptional regulation of developmental processes was extensively studied over the last years, yet there is still a considerable gap of knowledge concerning the mechanistic and metabolic cues, and underlying morphological events that accompany human pluripotent stem cell (hPSC) differentiation. In search of such signals, I first identified the Amotl2 gene in the single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) data of the developing murine pancreata from embryonic days 14.5 (e14.5) and 16.5 (e16.5). Interestingly, despite conserved canonical markers, the endocrine progenitor (EP) populations from these timepoints differed significantly in their transcriptomes, with e16.5 EPs being more prone to form pancreatic β-cells, and e14.5 EPs preferentially forming α-cells. Amotl2 was specifically expressed in the subtype of e16.5 EPs, which reflected EPs delamination from epithelial cords, a poorly understood event that might influence endocrine cell fate. AMOTL2 is a member of the angiomotin family. It is a cytoplasmic protein that resides either in cytosol or at the cellular junctions, facilitating signal transduction, cytoskeleton organization, and modulation of signaling pathways. AMOTL2 in a known regulator of Hippo pathway and its downstream effector YAP. One of the aims of this thesis was identification of AMOTL2 expression patterns in developing human pancreas in vivo and pancreatic differentiation in vitro using publicly available scRNA-seq datasets. AMOTL2 was expressed at the different stages of pancreatic differentiation, including definitive endoderm, pancreatic progenitors, and EPs, in vitro, and in EPs, mesenchyme, and acinar cells in vivo. AMOTL2 expression did not persist into mature endocrine cell. Importantly, here, for the first time, is shown the existence of the NGN3(+) / AMOTL2(+) EP population in human, in both in vitro and in vivo, which was previously identified only in mice. AMOTL2 expression was also identified in the preimplantation embryo and hPSCs, suggesting that it might influence also earlier cell fate decisions. In this thesis, I developed an AMOTL2 knockout (KO) hPSC line using CRISPR/Cas9 approach. During initial characterization, a strong phenotype concerning colony morphology emerged, with AMOTL2 KO hPSC colonies being more irregular and less tightly packed than in wild type (WT). Additionally, AMOTL2 KO hPSCs showed increased confluency compared to WT hPSCs, which was a result of increased proliferation and decreased apoptosis rates. RNA-sequencing revealed substantial changes in terms connected with cytoskeleton, adhesion, and migration, development, cell metabolism, and signaling pathways. It also shown a potential developmental bias of AMOTL2 KO cells towards ectoderm, at the expense of endoderm and mesoderm, which was confirmed with spontaneous and directed differentiation. In search of the mechanism behind the differentiation bias, the F-actin depolymerization and increased YAP activity were identified as possible culprits. Surprisingly, spontaneous differentiation with F-actin depolymerizing agent, Y-27632, or YAP inhibitor, verteporfin, failed to repeat or rescue AMOTL2 KO developmental phenotype. This indicates that there are other, more potent players in the game, by which AMOTL2 controls cell fate, which, based on RNA-sequencing and preliminary functional data, might include energy production mechanism or cellular metabolism.
Identyfikacja i charakterystyka rho-niezależnych terminatorów transkrypcji u bakterii oraz ich udziału w odpowiedzi na stres antybiotykowy
(2024) Kosiński, Jan; Żywicki, Marek. Promotor
Zmiany w strukturach drugorzędowych RNA mogą wpływać na proces ekspresji genów, a jednym z efektów może być przedwczesna terminacja transkrypcji. Warunkowa terminacja transkrypcji odgrywa istotną rolę w odpowiedzi bakterii na różnorodne bodźce środowiskowe, w tym działanie antybiotyków. Identyfikacja mechanizmów regulatorowych opartych na warunkowej terminacji transkrypcji, które mają znaczenie kliniczne, wymaga kompleksowej adnotacji terminatorów transkrypcji oraz analizy ich roli w odpowiedzi na stres antybiotykowy. W niniejszej pracy przedstawiono narzędzia bioinformatyczne do wykrywania i adnotacji rho niezależnych terminatorów transkrypcji u bakterii. Wykorzystują one dane z sekwencjonowania 3’ końców RNA oraz całkowitego sekwencjonowania RNA. Analiza szerokiego zestawu publicznie dostępnych danych pozwoliła na utworzenie obszernego atlasu terminatorów bakteryjnych, w tym dla Staphylococcus aureus. Rozprawa kompleksowo porównuje terminatory, ujawniając ich znaczną zmienność w strukturze drugorzędowej, kompozycji nukleotydowej oraz lokalizacji genomowej między analizowanymi taksonami. Praca przedstawia również miejsca warunkowej terminacji transkrypcji u Staphylococcus aureus, zaangażowane w regulację ekspresji genów w odpowiedzi na stres antybiotykowy. Changes in RNA secondary structures can influence gene expression processes, and one effect can be premature transcription termination. Conditional transcription termination plays a significant role in bacterial responses to various environmental stimuli, including the action of antibiotics. Identifying regulatory mechanisms based on conditional transcription termination, which are clinically significant, requires comprehensive annotation of transcription terminators and analysis of their role in response to antibiotic stress. In this thesis, bioinformatic tools for detecting and annotating rho-independent transcription terminators in bacteria are presented. These tools utilize data from 3’-end RNA sequencing and total RNA sequencing. Analysis of a wide range of publicly available data allowed for the creation of an extensive atlas of bacterial terminators, including those for Staphylococcus aureus. The dissertation comprehensively compares terminators, revealing their significant variability in secondary structure, nucleotide composition, and genomic location among the analyzed taxa. It also identifies sites of conditional transcription termination in Staphylococcus aureus involved in regulating gene expression in response to antibiotic stress.
Efekty działania nikotyny i acetamiprydu na Drosophila melanogaster i Drosophila suzukii
(2024) Lewandowska-Wosik, Anetta; Chudzińska, Ewa. Promotor
Neonikotynoidy to klasa insektycydów - pochodnych nikotyny - które są szeroko stosowane w ochronie roślin. Są rozpuszczalne w wodzie, więc ich obecność nie ogranicza się do miejsc aplikacji i niezamierzenie stają się częścią pożywienia, co czyni je niebezpiecznymi dla innych organizmów. Obecnie jedynym preparatem z grupy neonikotynoidów zatwierdzonym do zwalczania Drosophila suzukii jest acetamipryd. Celem rozprawy doktorskiej było zbadanie skutków długotrwałego stresu wywołanego kontaktem z subletalnymi dawkami neurotoksycznych insektycydów na przykładzie D. melanogaster i D. suzukii. Otrzymane wyniki umożliwiły stwierdzenie, że subletalne stężenie testowanych pestycydów obniża kondycję owadów i ma działanie neurotoksyczne. Przeprowadzenie wielopokoleniowych hodowli pokazało, że w kolejnych generacjach nasilenie negatywnych objawów jest zróżnicowane w zależności od zastosowanej substancji toksycznej oraz od badanego gatunku. Większą wrażliwością cechowała się D. suzukii, ale w pokoleniu F10 zaobserwowano, że rozwinęła się odporność na niskie stężenia acetamiprydu. Przeprowadzone badania pozwalają na lepsze zrozumienie działania testowanych insektycydów, a analiza ich skuteczności obserwowana przez kilka pokoleń owadów przynosi nowe informacje i pozwala szerzej spojrzeć na kształtowanie się adaptacji poprzez nabywanie oporności. Może to być wskazówką przy określeniu „złotego środka” między koniecznością ochrony zbiorów przed D. suzukii a koniecznością ochrony organizmów niebędących celem działania insektycydów, w tym także ludzi. Neonicotinoids are a class of insecticides - nicotine derivatives - that are widely used in plant protection. They are water-soluble, so their presence is not limited to the application sites, and they unintentionally become part of food, which makes them dangerous to other organisms. Currently, the only neonicotinoid preparation approved for the control of Drosophila suzukii is acetamiprid. The aim of the doctoral dissertation was to investigate the effects of long-term stress caused by contact with sublethal doses of neurotoxic insecticides on the example of D. melanogaster and D. suzukii. The obtained results allowed us to state that sublethal concentrations of the tested pesticides reduce the condition of insects and have a neurotoxic effect. Conducting multi-generational breeding showed that in subsequent generations the intensity of negative symptoms varies depending on the toxic substance used and the species tested. D. suzukii was more sensitive, but in the F10 generation it was observed that resistance to low concentrations of acetamiprid had developed. The conducted studies allow for a better understanding of the action of the tested insecticides, and the analysis of their effectiveness observed over several generations of insects provides new information and allows for a broader look at the formation of adaptation through the acquisition of resistance. This may be an indication in determining the "golden mean" between the need to protect crops from D. suzukii and the need to protect organisms that are not the target of insecticides, including humans.
Zachowanie flory wschodnioafrykańskiej: znaczenie obszarów chronionych
(2024) Gereau, Roy Emile; Wiland-Szymańska, Justyna. Promotor
Inwentaryzacje bioróżnorodności pokazują, że tropikalna Afryka wschodnia jest ważnym obszarem docelowym dla skutecznej ochrony przyrody w skali światowej, z dużą ilością informacji na temat zagrożeń dla przetrwania gatunków i ich siedlisk, w formie ocen Czerwonej Listy. Strefa ta jest również miejscem rozwiniętej sieci obszarów chronionych (PA). System leśnych rezerwatów przyrody (NFR) Tanzanii zapewnia skuteczną ochronę dużej części flory roślin naczyniowych tego kraju. Decyzje dotyczące priorytetów ochrony in situ i ex situ są kluczowe dla planowania ich zabezpieczenia i mogą być oparte na znanych rozmieszczeniach gatunków i możliwych zagrożeniach oraz informacjach o obszarach chronionych, w których występują. W Tanzanii dane te są dostępne ze znanych i sprawdzonych źródeł, co umożliwia podejmowanie tych decyzji w celu promowania skutecznej i zrównoważonej ochrony przyrody. Znaczenie obszarów chronionych w zachowaniu roślin tropikalnej Afryki wschodniej potwierdzają przykłady gatunków o przetrwaniu zależnym od ochrony i zrównoważonym zarządzaniu populacjami i siedliskami, które są w nich zapewnione. Badanie wskazuje również, że utrzymanie zmienności genetycznej rzadkich gatunków roślin i ochrona populacji taksonów opornych na długoterminowe przechowywanie nasion są możliwe wyłącznie in situ. Existing biodiversity inventories show tropical eastern Africa to be a globally important target area for effective nature conservation, with a high level of knowledge of threats to the survival of species and their habitats in the form of Red List assessments and a robust network of protected areas (PAs), with Tanzania’s system of Nature Forest Reserves (NFRs) providing effective protection to a large proportion of the country’s vascular plant flora. Global Biodiversity Hotspots and Key Biodiversity Areas provide valuable means of organizing conservation priorities and planning, but depend on the regulatory stability of PAs to provide tangible conservation benefits. Decisions about in-situ and ex-situ conservation priorities are central to conservation planning and can be based on species’ known distribution and threats and information about the PAs in which they occur. In Tanzania, these data are available from known and tested sources, enabling these decisions to be made in the furtherance of effective and sustainable nature conservation.
Obliczeniowa analiza struktur drugorzędowych RNA w genomach wirusowych w oparciu o dane z metod wysokoprzepustowego próbkowania strukturalnego
(2024) Plucinska-Jankowska, Marianna; Żywicki, Marek. Promotor
Struktura RNA jest kluczowym czynnikiem determinującym jego funkcję, ponieważ dynamiczne zmiany konformacyjne cząsteczek RNA są kluczowe dla ich roli, np. w regulacji ekspresji genów i syntezie białek. Dokładne określenie struktury RNA za pomocą metod takich jak NMR lub krystalografia rentgenowska jest trudne ze względu na dynamiczną naturę cząsteczek RNA, a także jest pracochłonne i kosztowne. Techniki sondowania struktury RNA oferują alternatywę, umożliwiając obserwację RNA w rożnych warunkach, w tym in vivo i in vitro. Szybki rozwój protokołów sondowania o dużej przepustowości umożliwił analizę tysięcy cząsteczek RNA jednocześnie, dostarczając kompleksowych zbiorów danych, które można zintegrować z modelami komputerowymi w celu poprawy dokładności przewidywań struktury RNA. W tej pracy przedstawiłam dwie nowe metody obliczeniowe: probNORM i rnaCARD. probNORM to uniwersalna metoda analizy danych z eksperymentów sondowania struktury drugorzędowej RNA o dużej przepustowości, obliczająca reaktywność poszczególnych nukleotydów na podstawie skorygowanego rozkładu sygnału w próbce kontrolnej. Ta metoda umożliwia uzyskanie silnego sygnału z dobrą rozdzielczością między nukleotydami jedno- i dwuniciowymi w strukturze RNA. rnaCARD została opracowana do porównywania dwóch alternatywnych struktur drugorzędowych RNA, pozwalając na odkrycie podobieństw i różnic między strukturami na podstawie ich reprezentacji w notacji abstrakcyjnych kształtow RNA. Obie metody zostały opracowane w języku Python, wraz z aplikacjami internetowymi napisanymi w języku R Shiny. Stworzone metody zastosowałam do przeprowadzenia kompleksowej analizy struktur drugorzędowych RNA regionów UTR wirusa Zika. Na podstawie reaktywności obliczonych za pomocą probNORM, przeprowadziłam modelowanie struktury RNA czterech izolatow wirusa Zika a następnie zidentyfikowałam nowe cechy strukturalne za pomocą rnaCARD. The structure of RNA is a key determinant of its function, as the conformational dynamics of RNA molecules is essential for their roles in, e.g., gene expression regulation and protein synthesis. Accurate determination of RNA structure using methods like NMR or X-ray crystallography is challenging due to the dynamic nature of RNA molecules, as well as being labor-intensive and costly. RNA structure probing techniques offer an alternative, allowing to observe RNA under various conditions, including in vivo and in vitro. The rapid development of high-throughput probing protocols allowed the analysis of thousands of RNA molecules simultaneously, providing comprehensive data sets that can be integrated with computational models to improve the accuracy of RNA structure predictions. In this work, I presented two novel computational methods: probNORM and rnaCARD. probNORM is a universal method for analyzing data from high-throughput RNA secondary structure probing experiments, calculating the reactivity of individual nucleotides based on a corrected distribution of the signal in the control sample. This method enables the recovery of a strong probing signal with good resolution between single- and double-stranded nucleotides within the RNA structure. rnaCARD was developed to compare two alternative RNA secondary structures, allowing for the discovery of similarities and differences between structures based on their representation in the RNA abstract shapes notation. Both methods were developed in Python, along with web services written in R Shiny. Next, I employed both methods to perform a comprehensive analysis of the secondary RNA structures of the Zika virus UTRs. Based on the reactivity signals calculated with probNORM, I modeled the RNA structures of four Zika virus isolates and identified novel structural features using rnaCARD.
Charakterystyka mechanizmów różnicowania elementów przewodzących floemu u roślin
(2024) Michalak, Kornel; Bagniewska-Zadworna, Agnieszka. Promotor; Wojciechowska, Natalia. Promotor pomocniczy
W toku ewolucji rośliny wykształciły tkanki przystosowane do efektywnego transportu substancji. Drewno (ksylem) przewodzi wodę i sole mineralne przez elementy trachealne, natomiast komórki przewodzące łyka (floemu) to elementy sitowe rozprowadzające produkty fotosyntezy. Różnicowanie tych komórek polega na ich dostosowaniu do niezakłóconego przepływu roztworów przez redukcję cytoplazmy i modyfikację ściany komórkowej. W rozwój komórek przewodzących ksylemu zaangażowane są mechanizmy programowanej śmierci komórki (PCD – ang. Programmed Cell Death), prowadzącej do powstania martwych elementów trachealnych o silnie zgrubiałych ścianach. Co ciekawe, analogicznie komórki ze zubożałym protoplastem wykształcane są także podczas floemogenezy. Na drodze różnicowania elementy sitowe pozbawiane są większości organelli, w tym jądra komórkowego, jednak pozostają żywe, zachowując część cytoplazmy skupionej blisko ściany komórkowej. Dotychczas niewiele było wiadomo na temat procesów odpowiedzialnych za częściową i wysoce selektywną redukcję protoplastu podczas floemogenezy. Głównym procesem odpowiedzialnym za usuwanie struktur cytoplazmatycznych jest autofagia, a jej występowanie podczas ksylogenezy potwierdziły liczne prace naukowe. Niewiele wiadomo jednak o roli autofagii selektywnej w rozwoju łyka. Celem pracy była weryfikacja hipotezy badawczej zakładającej, że w różnicowanie komórek przewodzących łyka zaangażowane są procesy degradacyjne, ale ich działanie jest selektywne i nie prowadzi do lizy całego protoplastu, tak jak w przypadku PCD podczas rozwoju komórek przewodzących drewna. Materiałem badawczym były korzenie roślin modelowych. W oparciu o analizy anatomiczne, cytologiczne i molekularne scharakteryzowano mechanizmy odpowiedzialne za redukcję cytoplazmy w elementach sitowych korzeni topoli kalifornijskiej (Populus trichocarpa Torr. et A. Gray ex Hook.). Zidentyfikowano także cytologiczne i molekularne markery autofagii występujące podczas floemogenezy. Ponadto, analizując korzenie innych gatunków oddalonych ewolucyjnie, od paproci do dwuliściennych, udowodniono, że autofagia to proces specyficzny dla różnicowania zarówno drewna i łyka roślin naczyniowych. Nie stwierdzono natomiast specyficznego wzorca ewolucji dla składu ściany komórkowej tkanek przewodzących. W porównaniu do konserwatywnego charakteru autofagii, formowanie ściany komórkowej tkanek przewodzących jest bardzo zmienne. Dla każdego z badanych gatunków udokumentowano różny skład ściany komórkowej dla ksylemu bądź floemu. W pracy zaproponowano także wzory mechanizmów degradacyjnych u roślin w warunkach ich prawidłowego rozwoju oraz w reakcji na stres abiotyczny i biotyczny. Różnicowanie ksylemu i floemu zachodzące w wyniku śmierci komórki lub tylko częściowego zaniku organelli stanowi bardzo dobry model badawczy dla mechanizmów odpowiedzialnych za intensywne zmiany w składzie cytoplazmy i ściany komórkowej. Uzyskane wyniki znacząco poszerzyły dotychczasową wiedzę na temat różnych ścieżek selektywnej degradacji cytoplazmy oraz metod ich badania. In the course of evolution, plants have developed tissues adapted to the efficient transport of substances. Xylem conducts water and mineral salts through tracheal elements, while phloem conducting cells known as sieve elements, distributing products of photosynthesis. The differentiation of these cells involves the adaptation to ensure the uninterrupted flow of solutions by reducing the cytoplasm and modifying the cell wall. Programmed Cell Death (PCD) mechanisms are involved in the development of xylem conducting cells. In the case of xylogenesis, tracheary elements become dead, therefore empty, and their walls become extensively thickened. Interestingly, analogically cells with reduced protoplast are formed during phloemogenesis as well. In the course of differentiation, sieve elements are deprived of most organelles, including the nucleus, but they remain alive, retaining part of the cytoplasm concentrated close to the cell wall. So far, little has been known about the processes responsible for the partial and highly selective reduction of the protoplast during phloemogenesis. The main process responsible for the removal of cytoplasmic structures is autophagy, and its occurrence during xylogenesis has already been confirmed. However, little is known about the role of selective autophagy in the development of phloem. The aim of the work was to verify the research hypothesis, assuming that degradative processes are involved in the differentiation of phloem conductive cells, but their operation is selective and does not lead to the lysis of the entire protoplast, as is the case of PCD during the development of xylem conducting cells. The research material consisted of the roots of model plants. Using the black cottonwood (Populus trichocarpa Torr. et A. Gray ex Hook.) as well as anatomical, cytological and molecular analyses, the mechanisms responsible for the reduction of cytoplasm in sieveelements were characterized. Cytological and molecular markers of autophagy occurring during phloemogenesis were also identified. Moreover, by analyzing the roots of other evolutionarily distant species, ranging from ferns to dicotyledons, it was proven that autophagy is a process specific to the differentiation of both the xylem and phloem in vascular plants. However, no specific evolutionary pattern was found for the composition of the cell walls of conducting tissues. Compared to the conserved nature of autophagy, cell wall formation is very variable. For each examined species, different cell wall composition for xylem or phloem were documented. The thesis also proposes patterns of degradation mechanisms in plants under conditions of their normal development and in response to abiotic and biotic stresses. The differentiation of xylem and phloem, undergoing in the result of cell death or just partial reduction of organelles, is a very good research model for the mechanisms responsible for intensive changes in the composition of the cytoplasm and cell wall. The obtained results significantly extended the current knowledge on different pathways of cytoplasmic selective degradation and methods of their study.
Akumulacja, mobilność i biodostępność radioizotopów oraz ich wpływ na wybrane elementy ekosystemu supraglacjalnego
(2024) Buda, Jakub; Zawierucha, Krzysztof. Promotor; Łokas, Edyta. Promotor
Antropogeniczny wpływ na ekosystemy znacznie wzrósł od II wojny światowej. Nawet odległe regiony górskie i polarne nie są już wolne od zanieczyszczeń. Szczególnym zagrożeniem powstałym w wyniku działań wojskowych i energetycznych są radioizotopy. Biogeniczny osad na powierzchni lodowców (kriokonit) gromadzi atmosferyczne zanieczyszczenia, w tym radioizotopy. Kriokonit jest istotnym komponentem funkcjonowania lodowców, natomiast stężenie radioizotopów w kriokonicie są wyższe niż w otaczających siedliskach. Głównym celem jest zrozumienie, czy podwyższone stężenia radioizotopów mogą zagrażać organizmom zamieszkującym lodowce i otaczające ekosystemy. Uzyskane wyniki zapewniają kompleksowy przegląd rozmieszczenia przestrzennego, bioakumulacji, mobilności i zagrożeń promieniowania jonizującego na organizmy lodowcowe w Alpach. Badania te są jednymi z niewielu, które odpowiadają na pytanie, czy antropogeniczna radioaktywność wpływa na organizmy poza miejscami katastrof i miejscami testowania broni jądrowej. Ponadto, teza zawiera pierwsze dowody na to, że wysokie stężenia radioizotopów na lodowcach są efektem bioakumulacji co może zagrażać bioróżnorodności i funkcjonowaniu tego ekosystemu. Jest to ważne, ponieważ małe alpejskie lodowce znikną w ciągu 50 lat, uwalniając radioizotopy stanowiąc intensywną presję abiotyczną na ekosystemy związane z lodowcami. Anthropogenic pressure on ecosystems have increased significantly since World War II. Even remote mountain and polar regions are no longer free from pollution. Radioisotopes pose a particular threat resulting from military and energy activities. Biogenic sediment on the surface of glaciers (cryoconite) accumulates atmospheric pollutants, including radioisotopes. Cryoconite is an essential component of glacier functioning, and the concentrations of radioisotopes in cryoconite are higher than in the surrounding habitats. The main goal is understanding whether elevated radioisotope concentrations may threaten organisms inhabiting glaciers and surrounding ecosystems. The results provide a comprehensive overview of the spatial distribution, bioaccumulation, mobility and risks of ionising radiation to glacial organisms in the Alps. This research is one of the few that answers the question of whether anthropogenic radioactivity affects organisms outside disaster sites and nuclear weapons testing sites. Moreover, the thesis contains the first evidence that high radioisotope concentrations on glaciers result from bioaccumulation, which may threaten biodiversity and the functioning of this ecosystem. This is important because small alpine glaciers will disappear within 50 years, releasing radioisotopes and intensifying abiotic pressure on glacier-related ecosystems.
Identyfikacja i charakterystyka genów warunkujących komórkową homeostazę poliamin w starzeniu liści jęczmienia
(2024) Stolarska, Ewelina; Sobieszczuk-Nowicka, Ewa. Promotor; Tanwar, Umesh Kumar. Promotor pomocniczy
Starzenie rozwojowe jest procesem nieodwracalnym, po którym następuje bezwarunkowo śmierć komórki. Indukowane ciemnością starzenie liści (ang. dark-induced leaf senescence, DILS) jest do pewnego stadium procesem odwracalnym. W roślinach indukowane starzenie jest wysoce kontrolowanym i aktywnym procesem wymagającym globalnego przeprogramowania metabolicznego, mającego na celu zorganizowaną dezintegrację i ponowną remobilizację cennych zasobów. Sprawność regulacji indukowanego procesu starzenia jest oznaką żywotności starzejących się komórek, które na każdym etapie muszą zachować zdolność do utrzymania homeostazy, przejawiającej się m.in. kontrolowaniem homeostazy cyklu poliamin (PA). Homeostaza PA w komórce jest utrzymywana przez mechanizmy sprzężenia zwrotnego z poziomu biosyntezy, katabolizmu, importu i eksportu. Poliaminy są niskocząsteczkowymi organicznymi kationami należącymi do grupy biogennych amin, kluczowymi w wielu fizjologicznych i rozwojowych procesach u bakterii, zwierząt i roślin. Metabolizm PA może odgrywać istotną rolę w procesie starzenia się liścia. Zespół prof. Ewy Sobieszczuk-Nowickiej za cel postawił sobie poznanie wielokierunkowych powiązań metabolizmu poliamin z siecią metaboliczną organizującą proces starzenia liści jęczmienia oraz ocenę, czy zmiana kierunku starzeniowo-zależnego metabolizmu PA wpłynie na ten proces. Kierunek metabolizmu PA i transport może kontrolować efektywność zależnej od starzenia remobilizacji azotu. Do realizacji celu wybrano podejście oparte na genomice funkcjonalnej. Brak w literaturze informacji na temat sekwencji genów metabolizmu PA w jęczmieniu był dużym ograniczeniem tego podejścia. Stąd też potrzebna była identyfikacja genów metabolizmu PA w jęczmieniu, która stała się celem mojej rozprawy doktorskiej. Do badań włączyłam również analizę transporterów PA. Transportery PA są rozpoznane u roślin w niewielkim stopniu. Importery PA zostały opisane u rzodkiewnika, ryżu i pomarańczy. Eksportery PA zostały zasugerowane jako potencjalne eksportery PA u rzodkiewnika i ryżu. W wyniku badań w skali całego genomu jęczmienia wyodrębniłam rodziny genów warunkujące homeostazę PA w komórce, które obejmowały 23 geny metabolizmu PA i 13 genów transporterów. Przeprowadziłam również szczegółową charakterystykę zidentyfikowanych genów oraz ich białkowych produktów. Modelowanie homologiczne badanych transporterów pozwoliło z dużą dokładnością przewidzieć struktury trójwymiarowe białek, a analizy dokowania molekularnego potwierdziły możliwość interakcji pomiędzy białkami transportującymi a PA. Obecność w genomie zidentyfikowanych in silico genów potwierdziłam eksperymentalnie i zbadałam ich organospecyficzną ekspresję. Następnie w modelu starzenia liści jęczmienia indukowanego ciemnością zbadałam profile ekspresji genów homeostazy PA. Na podstawie tej analizy wytypowałam geny kandydujące do badań funkcjonalnych. Niniejsza rozprawa doktorska przedstawia wyniki pierwszej identyfikacji, izolacji i kompleksową charakterystykę genów jęczmienia warunkujących komórkową homeostazę PA oraz ocenę ich organospecyficznej i starzeniowo-zależnej ekspresji w metabolizmie liścia ekspresji. Wyniki moich badań stanowią punkt odniesienia badań funkcjonalnych wielu zespołów naukowców wyjaśniających mechanizmy molekularnej kontroli i regulacji przez PA procesów rozwojowych zbóż i ich reakcji na (a)biotyczne czynniki środowiska. Szczególnie badań funkcjonalnych nad mechanizmem działania PA w starzeniu liści. Developmental senescence is an irreversible process that is inevitably followed by cell death. Dark-induced leaf senescence (DILS) is a reversible process to a certain stage. In plants, induced senescence is a highly controlled and active process requiring global metabolic reprogramming aimed at the organized disintegration and remobilization of valuable resources. The efficiency of the regulation of the induced senescence process is a sign of the viability of senescent cells, which at each stage must maintain the ability to maintain homeostasis, manifested, among others, by controlling polyamine (PA) cycle homeostasis. PA homeostasis in the cell is maintained by feedback mechanisms from the levels of biosynthesis, catabolism, import and export. Polyamines are low molecular weight organic cations belonging to the group of biogenic amines, crucial in many physiological and developmental processes in bacteria, animals and plants. PA metabolism may play an important role in the leaf senescence process. Professor Ewa Sobieszczuk-Nowicka's team set themselves the goal to understand the multidirectional connections of polyamine metabolism with the metabolic network organizing the senescence process of barley leaves and to assess whether a change in the direction of senescence-dependent PA metabolism will affect this process. The direction of PA metabolism and transport may control the efficiency of senescence-dependent nitrogen remobilization. An approach based on functional genomics was chosen to achieve the goal. The lack of information in the literature on the sequence of PA metabolism genes in barley was a major limitation of this approach. Hence, there was a need to identify PA metabolism genes in barley, which became the goal of my doctoral thesis. I also included the analysis of PA transporters in my research. PA transporters are little known in plants. PA importers have been described in Arabidopsis, rice and orange. PA exporters have been suggested as potential PA exporters in Arabidopsis and rice. As a result of research on the entire barley genome, I identified gene families determining PA homeostasis in the cell, which included 23 PA metabolism genes and 13 transporter genes. I also carried out a detailed characterization of the identified genes and their protein products. Homology modeling of the studied transporters allowed to predict the three-dimensional structures of proteins with high accuracy, and molecular docking analyzes confirmed the possibility of interactions between transport proteins and PA. I experimentally confirmed the presence of the genes identified in silico in the genome and examined their organospecific expression. Then, in a dark-induced barley leaf senescence model, expression profiles of PA homeostasis genes. Based on this analysis, I selected candidate genes for functional research. This doctoral dissertation presents the results of the first identification, isolation and comprehensive characterization of barley genes determining cellular PA homeostasis, as well as the assessment of their organospecific and senescence-dependent expression in leaf metabolism. The results of my research constitute a reference point for functional studies of many teams of scientists explaining the mechanisms of molecular control and regulation by PA of crop development processes and their response to (a)biotic environmental factors. Especially functional studies on the mechanism of action of PA in leaf senescence.
Struktura zbiorowisk grzybów ektomykoryzowych w gradiencie środowiskowym
(2024) Durska, Anna; Mucha, Joanna. Promotor; Kurek, Przemysław. Promotor
Występowanie roślin w gradiencie środowiskowym jest ograniczone czynnikami abiotycznymi oraz biotycznymi i często zależy od kierunkowych zmian zachodzących w drobnych korzeniach (< 2 mm średnicy) a w szczególności od zmian w obrębie zbiorowisk grzybów mykoryzowych, umożliwiających wzrost roślin w różnych warunkach siedliskowych. Wśród korzeni drobnych możemy rozróżnić dwa funkcjonalne segmenty: 1) korzenie pełniące role strukturalne i transportowe oraz 2) drobne korzenie chłonne, które biorą udział głównie w pozyskiwaniu i wchłanianiu substancji pokarmowych z gleby. Ze względu na zdolność wchłaniania wody i składników odżywczych drobne korzenie chłonne są najbardziej dynamicznym i najważniejszym funkcjonalnie elementem systemu korzeniowego drzew. Natomiast grzyby mykoryzowe stanowią integralną ich część, istotną ze względu na funkcję pozyskiwania składników pokarmowych, w tym azotu i fosforu. Celem niniejszej pracy była analiza zmienności zbiorowisk grzybów ektomykoryzowych (ECM) zasiedlających drobne korzenie sosny zwyczajnej w gradiencie szerokości geograficznej oraz związanej z tym zmienności warunków klimatycznych i dostępności składników pokarmowych (transekt: Szwecja). Grzyby ECM zidentyfikowano za pomocą sekwencjonowania fragmentu ITS. W dalszej części pracy zbadano zmienność zawartości makroelementów (C, N, P, Mg, K, Ca) oraz mikroelementów (Fe, Na, Zn, Cu, B i Al) w drobnych korzeniach sosny zwyczajnej, pełniących odmienną funkcję: absorpcyjną – pierwszy rząd i transportową – siódmy rząd (transekt: Szwecja, Finlandia i Polska). Wykazano, że w gradiencie szerokości geograficznej, wraz ze wzrostem odległości od równika, obserwowane bogactwo gatunków ECM nie różniło się istotnie pomiędzy badanymi regionami Szwecji. Wyniki pozwalają na odrzucenie hipotezy o zmniejszeniu bogactwa gatunkowego grzybów ECM wraz z obniżeniem się średniej temperatury rocznej. Ponadto, w gradiencie malejącej średniej rocznej temperatury zaobserwowano zmianę głównego komponentu zbiorowisk grzybów ECM – od rodzaju Suillus na południu, do zbiorowisk zdominowanych przez obecność grzybów z rodzaju Piloderma na północy. Głównymi czynnikami abiotycznymi, które kształtują zbiorowiska grzybów ECM sosny zwyczajnej w Szwecji są: średnie roczne opady, pH gleby i stężenie żelaza (Fe) w glebie. Istotnym elementem pracy było określenie zmienności zbiorowisk grzybów ektomykoryzowych zasiedlających korzenie drobne buka zwyczajnego w gradiencie dostępności składników pokarmowych (transekt: Polska). W celu zminimalizowania wpływu warunków klimatycznych na badaną zmienność, do badań wytypowano drzewostan umieszczony na zboczu rynny polodowcowej o 30% nachyleniu. Ukształtowanie terenu na powierzchni badawczej wytworzyło naturalny gradient składników pokarmowych i mineralnych. Zaobserwowano istotną zmienność gatunkową grzybów mykoryzowych oraz zmianę ilości korzeni I rzędu skolonizowanych przez symbionty ECM w gradiencie dostępności składników pokarmowych. Wyniki pracy wskazują, że struktura taksonomiczna grzybów ECM związanych z bukiem jest determinowana przez właściwości fizyko-chemiczne gleby jak wartość pH oraz zasobność w tlenek fosforu (V). The distribution of plants along environmental gradients is constrained by abiotic and biotic factors and often depends on directional changes occurring in fine roots diameter (< 2 mm) in particular on changes within mycorrhizal fungal communities, enabling plant growth in diverse habitats. Fine roots consist of compartments that perform different functions: absorptive fine roots are mainly involved in acquiring and absorbing soil resources, while transporting fine roots play structural and transportation roles. Due to their capacity in the absorption of water and nutrients, they are the most dynamic and functionally most important element of the tree root system. Mycorrhizal fungi are an integral part of the fine roots due to their potential to foraging nutrients, including nitrogen and phosphorus. The aim of the doctoral dissertation was to determine the variability of diversity and composition of ectomycorrhizal (ECM) fungal communities inhabiting fine roots of Scots pine along the latitude gradient and the related variability of climatic conditions and nutrient availability in Sweden. ECM taxa were identified using internal transcribed spacer (ITS) sequencing from ECM root tips. Further in this study, it has been examined the variability of contents of important biogenic elements (such as macroelements (C, N, P, Mg, K, Ca) and microelements (Fe, Na, Zn, Cu, B, and Al)) in fine roots of Scots pine which perform a different function: absorption (first order) and transport (seventh order). For these purpose samples were collected in an extended transect covering Sweden, Finland and Poland. Results showed that along the latitude gradient, with increasing distance from the equator, the observed ECM species richness did not substantially change across the research regions. This allows us to reject the hypothesis that a decrease in the average annual temperature would result in a decline in the species richness of the ECM fungi. Additionally, across the MAT gradient, there was a noticeable shift from ECM fungal community dominated by the genus Suillus to community where fungi from the genus Piloderma predominated. The result indicated that the main abiotic factors that affect and shape the ECM fungal communities of Scots pine across Sweden are the mean annual precipitation, soil pH and soil Fe concentration. Moreover, the characterization of ECM fungal communities associated with European beech along local nutrient availability gradient was determined. Soil and roots samples were taken from beech forest located on 30% slope formed by glacial erosion in Poland. Slope location impact the spatial distribution of moisture and soil chemical properties, which give the opportunity to investigate the influencing factors of ECM fungi community in reduced impact of climate conditions. The research findings indicated the significant species variability and an alteration in the number of beech first-order roots colonized by ECM symbionts and revealed that soil pH and phosphorus content had the crucial impact on the diversity and composition of root fungal communities of European beech at the tested location.
Identyfikacja nowych modyfikatorów niekanonicznej biosyntezy toksycznego białka poliglicynowego ze zmutowanego mRNA FMR1
(2024) Tutak, Katarzyna; Sobczak, Krzysztof. Promotor; Baud, Anna. Promotor pomocniczy
Choroby związane z premutacją łamliwego chromosomu X (FXPAC) wynikają z mutacji w genie FMR1 na chromosomie X, który odpowiada za produkcję białka FMRP. Rejon regulatorowy genu FMR1 zawiera między 25–35 powtórzeń trójki nukleotydowej CGG, natomiast patologiczna ekspansja w zakresie od 55 do 200 powtórzeń leży u podstaw FXPAC, prowadząc do chorób takich jak zespół drżenia/ataksji związanej z łamliwym chromosomem X (FXTAS) i przedwczesne wygasanie funkcji jajników (FXPOI). Patomechanizmy zaangażowane w wywołanie i progresję FXPAC obejmują sekwestrację białek do toksycznego RNA tworzącego struktury drugorzędowe, kotranskrypcyjne powstawanie tzw. pętel R powodujących uszkodzenie DNA oraz związaną z powtórzeniami translację typu RAN, która prowadzi do produkcji toksycznych białek, zwłaszcza białek poliglicynowych FMRpolyG agregujących w mózgu pacjentów. Głównym celem pracy doktorskiej była identyfikacja nowych modyfikatorów translacji RAN. W badaniu zidentyfikowano ponad 60 białek wiążących się ze zmutowanym mRNA FMR1 i wśród nich scharakteryzowano czynniki regulujące translację RAN. W szczególności zubożenie niektórych białek, w tym RPS26, RPS25, DHX15, DDX21 i ALYREF, wpłynęło na poziom i agregację FMRpolyG, podkreślając ich rolę w patologii FXPAC. Praca to dostarcza wglądu w mechanizmy FXPAC i identyfikuje nowe modyfikatory translacji RAN, co sugeruje, że skład podjednostki 40S ma kluczowe znaczenie w regulacji tego procesu. Fragile X-premutation-associated conditions (FXPAC) stem from mutations in the FMR1 gene on the X chromosome, which affects the fragile X messenger ribonucleoprotein 1 protein (FMRP) production. Normal FMR1 genes have 25–35 CGG repeats, but expansions to 55–200 repeats cause FXPAC, leading to conditions like fragile X-associated tremor/ataxia syndrome (FXTAS) and primary ovarian insufficiency (FXPOI). FXPAC pathology involves toxic RNA forming secondary structures, co-transcriptional R loops causing DNA damage, and repeat-associated non-ATG (RAN) translation producing harmful proteins, notably FMRpolyG, which aggregates in the brain. The main aim of PhD thesis was to identify novel RAN translation modifiers. The study identified over 60 proteins binding to mutant FMR1 mRNA, with some regulating RAN translation. Specifically, depletion of certain proteins, including RPS26, RPS25, DHX15, DDX21, and ALYREF, impacted FMRpolyG levels and aggregation, highlighting their role in FXPAC pathology. This research provides insights into FXPAC mechanisms and identifies novel RAN translation modifiers, suggesting the 40S subunit's composition is crucial in CGG-related RAN translation regulation.
Kodowanie informacji o gatunku i osobniku w śpiewie Afrykańskich turkaweczek z rodzaju (Turtur sp.)
(2024) Niśkiewicz, Małgorzata; Osiejuk, Tomasz Stanisław. Promotor
Śpiew i wokalizacje ptaków pełnią istotną rolę w ich codziennym życiu, ale szczególnie ważne są w kontekście znalezienia partnera i obrony terytorium. Żeby pełnić te funkcje, śpiew powinien zawierać informację o ich przynależności gatunkowej, a jednocześnie zawierać cechy umożliwiające rozpoznawanie osobników wewnątrz gatunku. W mojej rozprawie badałam afrykańskie turkaweczki, gołębie z rodzaju Turtur, opisując po raz pierwszy ich repertuar wokalny, głównie pod kątem rozpoznawania gatunkowego i osobniczego, a także przeprowadzając eksperymenty z playbackiem, testujące wybrane funkcje śpiewu. W tym celu brałam udział w badaniach terenowych w Nigerii, Mozambiku, Ghanie i Ugandzie w latach 2019-2023 zbierając dane dotyczące śpiewu i innych aspektów biologii. Ponieważ ten rodzaj nie był dobrze poznany, początkowo zbieraliśmy podstawowe dane biometrycznych, próbki krwi oraz piór, a także obserwowaliśmy zachowania i nagrywaliśmy wokalizacje. Dane te pozwoliły na poznanie powiązań filogenetycznych pomiędzy badanymi gatunkami, ich cech morfologicznych, preferencji środowiskowych a przede wszystkim na pełny opis zmienności śpiewu. Analizy genetyczne potwierdziły zakładane związki filogenetyczne między gołębiami, w których dwa większe gatunki preferujące leśne habitaty są ze sobą bliżej spokrewnione niż z pozostałymi trzema gatunkami z otwartych terenów, co pokazywały również dane morfologiczne. Analiza śpiewu wykazała dwuczęściową strukturę piosenek, gdzie u wszystkich gatunków początkowa część jest bardziej różnorodna, cichsza i zawiera duży potencjał do kodowania informacji specyficznej osobniczo. Z kolei końcowa część jest bardziej jednorodna, głośniejsza, przez co niesie się na dalsze odległości, mając większy potencjał do kodowania informacji o gatunku. W drugiej fazie badań przeprowadzaliśmy eksperymenty z playbackiem w celu sprawdzenia naszych założeń teoretycznych dotyczących rozpoznawania gatunkowego i osobniczego. W pierwszym eksperymencie testowaliśmy dwa leśne gatunki (T. brehmeri i T. tympanistria) żyjące w populacji sympatrycznej oraz jednego z nich (T. tympanistria) w populacji allopatrycznej. Ptakom zaprezentowano playbacki ze śpiewem ich własnego gatunku, gatunku blisko spokrewnionego oraz kontroli. W populacji sympatrycznej oba badane gatunki reagowały silnie tylko na śpiew własnego gatunku, a w allopatrycznej samce T. tympanistria reagowały na playback obu gatunków gołębi. Podobny eksperyment przeprowadziliśmy na dwóch gatunkach sawannowych (T. afer i T. chalcospilos) żyjących w populacji sympatrycznej z dodatkowym, mieszanym playbackiem zawierającym pierwszą część piosenki jednego gatunku z końcową drugiego i odwrotnie. Badane samce (T. chalcospilos) reagowały silnie tylko na własny gatunek, zupełnie jak w przypadku gołębi leśnych. Natomiast playback mieszanych śpiewów nie wywoływał mocnej reakcji, co świadczy o tym, że jedna część piosenki nie wystarcza by ptak rozpoznał ją jednoznacznie jako należącą do swojego gatunku. Ostatni eksperyment dotyka już problemu rozpoznawania osobniczego i został przeprowadzony T. brehmeri. Samcom zostały zaprezentowane playbacki sąsiadów oraz obcych ptaków z lokalnej populacji. Gołębie reagowały dużo silniej na playback obcego niż sąsiada, co pokazuje, że są w stanie rozpoznawać się indywidualnie i reagują zgodnie z hipotezą drogiego wroga. Podsumowując, turkaweczki tworzą grupę z podobną składnią śpiewu, jednak zawsze specyficzną gatunkowo i charakterystyką ukształtowaną zgodnie z preferencjami środowiskowymi i jego akustyką. Zbadane eksperymentalnie gatunki wykazują zachowania wskazujące, iż podczas interakcji terytorialnych są one zdolne do przetwarzania informacji związanych z kodowaniem tożsamości na różnych poziomach, co pomaga im w podejmowaniu optymalnych decyzji dotyczących obrony terytorium i wabienia partnerki. The song and other vocalisations of birds play an important role in many aspects of their daily lives but are particularly important in the context of mate attraction and territory defence. To fulfil these functions, song should enable birds to convey information about species identity and, at the same time, contain features that allow individual discrimination within a species. In my thesis, I have studied African doves of the Turtur genus, exploring their vocal repertoire, mainly in terms of species and individual recognition. To this purpose, I participated in field research in Nigeria, Mozambique, Ghana and Uganda between 2019 and 2023, collecting data on the vocalisations and other biological features of the Turtur doves. As this group of birds was not well studied, the first trips were mainly dedicated to collecting biometric data, blood and feather samples, as well as, observing the behaviour and recording the vocalisations of individuals from each species. These data allowed us to describe the phylogenetic relationships between the species, their morphological characteristics and habitat preferences, and – most of all - a complete description of within and- between species song variation. The analysis of the genetic material confirmed the assumed phylogenetic relationships between doves, in which two larger species preferring a forest habitat are more closely related to each other than to the remaining three species from more open areas, as also shown by the morphological data. Song analysis of all species showed shared two-part song structure, where in all species, the initial part is more diverse, quieter and has a high potential for encoding individual specific information. Conversely, the final part is more homogeneous in structure and louder across the genus, and carries over further distances, having more significant potential to encode information about the species. During the study's second phase, we conducted playback experiments to test some theoretical assumptions about species and individual recognition in the Turtur genus. In the first, we tested two forest species (T. brehmeri and T. tympanistria) living in sympatry and one of them (T. tympanistria) in an allopatric population. Both groups were introduced to playbacks with the song of a conspecific, a congeneric and a control. In the sympatric population, both tested species responded strongly only to the songs of their own species, whereas in the allopatric population, T. tympanistria males responded to the playback of both dove species. We conducted a similar experiment in two savannah species (T. afer and T. chalcospilos) living in sympatry with an additional playback containing the first part of the song from one species with the final part from the other, and vice versa. The tested males (T. chalcospilos) reacted strongly only to their own species, like forest doves. In contrast, the additional mixed playback did not elicit strong responses, indicating that one part of the song is insufficient for the bird to categorised the song as coming from its species. The last experiment addressed the problem of individual recognition and was conducted on the largest forest species (T. brehmeri). The males were presented with playbacks of songs from their neighbour and stranger birds of their species from the same population. Doves reacted stronger to the playback of strangers than neighbours, indicating – for the first time for doves - that also in this family, birds are able to discriminate between neighbours and strangers and behave according to the dear enemy hypothesis predictions. Summarising the results from the study presented in this thesis, wood doves of the genus Turtur share a song of a similar, two-part structure but with both species and individually specific phrases, and they are capable of processing this identity information during territorial interactions, which helps them to make optimal decisions regarding territory defence and mate attraction.
Charakterystyka działania wybranych glikoalkaloidów z rodziny Solanaceae na kluczowe procesy metaboliczne u chrząszcza Tenebrio molitor
(2024) Winkiel, Magdalena Joanna; Słocińska, Małgorzata. Promotor; Chowański, Szymon. Promotor
Środki ochrony roślin są stosowane w ogromnych ilościach do ograniczania populacji szkodników, co przyczynia się do zanieczyszczenia środowiska i stanowi zagrożenie dla innych organizmów. Związki pochodzenia roślinnego dają możliwość ograniczenia użycia pestycydów. Są to substancje biodegradowalne, bardziej bezpieczne w stosowaniu, a także stosunkowo łatwe i tanie w pozyskaniu. Glikoalkaloidy (GA) to wtórne metabolity roślinne, które wykazują znaczną aktywność biologiczną, także w organizmach owadów. Mechanizmy ich działania nie zostały jednak precyzyjnie poznane. Celem przedstawionej rozprawy doktorskiej było określenie wpływu wybranych GA na kluczowe procesy metaboliczne larw chrząszcza Tenebrio molitor. W tym celu przeprowadzono szereg badań, w których testowano wpływ solaniny, chakoniny i tomatyny oraz ekstraktu uzyskanego z liści pomidora. Analizowano efekty działania GA po ich aplikacji za pomocą iniekcji w dwóch stężeniach 10-8 i 10-5 M. Testowane tkanki izolowano po 2 i po 24 godzinach od aplikacji GA. Z racji funkcji troficznej, skupiono się na analizie zmian w obrębie jelita, ciała tłuszczowego i hemolimfy. Pozwoliło to również na określenie specyficzności tkankowej GA. Prace badawcze rozpoczęto od analizy zmian poziomu GA w poszczególnych tkankach w czasie, po ich wcześniejszej aplikacji na drodze iniekcji. Następnie określono wpływ testowanych związków na poziom substratów energetycznych (lipidów, węglowodanów i aminokwasów) w tkankach owada. Ponadto, dokonano pomiaru zmian poziomu ekspresji genów kodujących kluczowe enzymy szlaków metabolicznych: glikolizy (fosfofruktokinaza), cyklu Krebsa (syntaza cytrynianowa) i β-oksydacji kwasów tłuszczowych (dehydrogenaza hydroxyacylo-CoA), a także głównych białek antyoksydacyjnych (dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza) i białek szoku cieplnego HSP70 po aplikacji GA. Dodatkowo, określono wpływ GA na aktywność wymienionych enzymów oraz proces peroksydacji lipidów. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że mechanizmy działania testowanych związków w tkankach mącznika różnią się w zależności od rodzaju i stężenia GA, czasu inkubacji oraz typu badanej tkanki. Związki te wpływają na poziom ekspresji genów i aktywność białek zaangażowanych w kluczowe ścieżki metaboliczne. Poza tym, GA zmieniają zawartość składników odżywczych w tkankach owadów, prawdopodobnie w wyniku zwiększonego zapotrzebowania energetycznego podczas wzmożonego procesu detoksykacji. Badane związki znacząco wpływają na metabolizm chrząszczy, co sugeruje możliwość ich potencjalnego zastosowania jako naturalnych bioinsektycydów. Plant protection products are used in huge quantities to reduce pest populations, which contributes to environmental pollution and poses a threat to other organisms. Plant-derived compounds offer an opportunity to reduce the use of pesticides. They are biodegradable, safer to use, easy and inexpensive to obtain. Glycoalkaloids (GA) are secondary plant metabolites that exhibit significant biological activity, also in insect organisms. However, their mechanisms of action have not been precisely studied. The aim of the presented PhD thesis was to determine the effects of selected GA on key metabolic processes in larvae of the beetle Tenebrio molitor. For this purpose, a series of experiments were carried out, in which solanine, chaconine, tomatine, and tomato leaf extract were tested at two concentrations, 10-8 and 10-5 M. The selected compounds were administered to larvae by injection. Tissues were isolated 2 and 24 hours after GA application. Tested samples were prepared separately from the gut, fat body and hemolymph to determine the tissue specificity of the observed effects, because of tropfic function of these tissues. The study began with quantitative analysis of GA over time after their injection. Subsequently, the effects of these compounds on nutrient levels (lipids, carbohydrates and amino acids) in the insect's tissues were determined. In addition, changes in the expression of genes encoding key enzymes of metabolic pathways: glycolysis (phosphofructokinase), Krebs cycle (citrate synthase) and fatty acid β-oxidation (hydroxyacyl-CoA dehydrogenase), as well as major antioxidant proteins (superoxide dismutase, catalase) and heat shock protein HSP70 after GA application were measured. In addition, the effect of GA on lipid peroxidation process and the catalytic activity of the mentioned enzymes was determined. Based on the results, it was found that the mechanisms of action of the tested compounds in mealworm tissues vary depending on the type and concentration of GA, incubation time and the type of tissue tested. These compounds regulate gene expression and activity of proteins involved in key metabolic pathways. Besides, GAs alter the nutrient content of insect tissues, probably as a result of increased energy requirements during detoxification. The tested compounds significantly affect beetle metabolism, suggesting their potential use as natural bioinsecticides.

Browse

Recent Submissions