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Auxin ist eines der wichtigsten Phytohormone für das pflanzliche Wachstum und die Entwicklung und ein entscheidender Regulator des Gravitropismus. Für alle auxinvermittelten Prozesse ist die spezifische Verteilung des Hormons innerhalb der Gewebe relevant. Diese wird durch spezialisierte Auxintransporter umgesetzt, von denen besonders die PIN-Auxinexporter entscheidend sind. PINs lokalisieren in einer Zelle in den meisten Fällen polar an einer Seite der Plasmamembran um einen strikten Auxinfluss in das Zielgewebe zu erzeugen. Diese PIN-Verteilung muss dynamisch sein, damit der Auxinfluss zum Beispiel im Falle gravitroper Stimulation zügig in ein anderes Gewebe umgeleitet werden kann. Die schnelle Umverteilung der PINs hängt unter anderem von der Zusammensetzung und Funktionalität der Plasmamembran ab. In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass PIs eine wichtige Funktion bei der Vesikelbildung und der Rekrutierung der dafür nötigen Proteinmaschinerie einnehmen. In dieser Arbeit wurde getestet, ob PIs eine Rolle bei der PIN-Verteilung spielen. Pflanzen mit Störungen im PI-Syntheseweg wurden auf ihre gravitropen Krümmungseigenschaften und ihre PIN- und Auxinverteilung untersucht. Eine pip5k1 pip5k2-Doppelmutante zeigte neben verminderter gravitroper Krümmung auch eine gestörte PIN-Lokalisation als Defekt bei der Auxinverteilung, da sich Auxin mittels eines DR5::GUS-Reporters in der Wurzelspitze der Mutanten nicht nachweisen ließ. Diese Experimente lieferten daher wichtige Hinweise darauf, dass PtdIns(4,5)P2 eine Rolle bei der Lokalisierung und Umverteilung und damit der Regulierung des Auxinflusses spielen. PtdIns(4,5)P2 ist nicht nur als intaktes Lipid für viele Signalwege in der Pflanze relevant. Auch die abgeleiteten IPPs spielen eine wichtige Rolle. In der Kristallstruktur des Auxinrezeptors TIR1 wurde ein InsP6-Kofaktor beschrieben, dessen Funktion aber bisher unklar blieb. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ipk1-1-Mutanten und InsP 5-Ptase-Pflanzen mit verminderten Gehalten an InsP6 auf Auxin-vermittelte Prozesse wie gravitrope Krümmung und die Verteilung von Auxin und dessen Transporter untersucht. Weiterhin wurde die Transkription auxinabhängiger Gene getestet. Dazu wurden diese Pflanzenlinien gravitrop stimuliert und die Transkriptgehalte in der Wurzelspitze nach dieser Stimulation mittels einer Transkript-Arrayanalyse mit Pflanzen des Wildtyps verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die gravitrope Stimulation in Wildtyppflanzen eine deutliche Veränderung der Genexpression hervorruft, die sich in ipk1-1-Mutanten und die InsP 5-Ptase-Pflanzen nicht beobachten ließ. Verifizierungen ausgewählter Gene mittels qPCR bestätigten die Befunde. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass sowohl PIs, als auch abgeleitete IPPs, im besonderen InsP6, eine Rolle bei auxinvermittelten Prozessen spielen.

Les plantes adaptent leur croissance en fonction des facteurs environnementaux dont la gravité qui est un facteur constant. Une modification de l’orientation de la plante par rapport à l’axe de la gravité, i.e. une inclinaison induit une réponse de redressement : le gravitropisme. Pour les parties aériennes le gravitropisme est négatif, c’est-à-dire que les plantes vont adapter leur croissance dans la direction opposée à la gravité. Chez les arbres, le redressement est assuré par à la formation asymétrique d’un bois aux propriétés physico-chimiques particulières appelé le bois de réaction. Des récepteurs kinases pourraient participer à la perception et à la réponse précoce au stimulus gravitropique qu’est l’inclinaison. Parmi ces familles protéiques, les kinases associées à la paroi (WAK) sont des candidats intéressants. La liaison de ces protéines à la paroi permettrait de percevoir les déformations qui sont supposées se produire par l’inclinaison de la tige. Nous avons alors identifié et caractérisé pour la première fois la famille WAKs chez une espèce ligneuse, le peuplier, qui est composée de 175 membres. L’étude d’accumulation des transcrits WAKs a permis d’identifier les gènes WAKs qui s’expriment dans la tige puis l’expression de ces gènes a été suivie lors d’une cinétique après inclinaison. Il s’avère que les gènes WAKs sont faiblement exprimés et que 25% des gènes présentent une expression différentielle après inclinaison. Ces données transcriptomiques suggèrent que les WAKs participeraient aux événements cellulaires précoces après l’inclinaison de tiges chez le peuplier. Enfin, une étude plus approfondie a été initiée sur PtWAK70 qui est localisée dans le jeune xylème et le phloème secondaire. Nous avons également généré des outils moléculaires dont l’objectif est d’identifier les interacteurs potentiels de la partie apoplastique de PtWAK70. / Plants adapt their growth to environmental factors whose gravity is a continuous one. A modification of plant orientation by tilting leads to a straightening response: gravitropism. For aerial parts, plants will adapt their growth upward (negative gravitropism). In trees, straightening is accomplished through asymmetric formation of reaction wood which exhibits modifications in its physicochemical properties. Receptors-like kinases could play a role in both perception and early response to a gravitropic stimulus. Among them, Wall-Associated Kinases (WAKs) are interesting candidates because they are bind to the cell wall. They could detect wall deformations that are supposed to occur after tilting of the stem. We identified and characterized for the first time in a woody species (poplar) the largest WAKs family with 175 members. An extensive study of WAKs transcripts accumulation was carried out to identify genes expressed in woody stem. These genes expressions were analyzed during a kinetic after tilting. WAKs genes were overall weakly expressed but 25% of analyzed genes showed a modulation in their transcript accumulation after tilting. This suggests they could play a role in early events after tilting of poplar stems. Lastly, a deeper study was initiated on PtWAK70 which is localized in young xylem and secondary phloem. We generated molecular tools to identify potentials interactors of PtWAK70 apoplastic part.

Plant physiologist Bohumil Němec is one of the most important people in the history of Czech science. In this thesis, crucial concepts and theories that B. Němec developed in his scientific and popularizing publications are described and put in context. In addition, materials from the personal fond of B. Němec located in the Archive of the CAS were used. Particular questions tackled in this thesis are those of stimuli transmission in plants, the starch-statolith theory of gravitropism, morphaesthesia, organogenes, Němec's approach to evolutionary theory, and genetics, and the division of organisms in two groups. Moreover, Němec's role in the contemporary debates about vitalism, mechanism, and the effect of these two philosophies on the approach towards scientific research is indicated. By that, Němec's transition from the mechanism to the so-called physiology of stimuli (Rheizphysiologie) is illustrated. The outcome of the thesis is broadening the knowledge in the history of plant physiology, especially the history of the natural sciences in the Czech context.

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

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