Stress responses of Arabidopsis plants with a varying level of non-photochemical quenching

• When light energy input exceeds the capacity for photosynthesis the plant need to dissipate the excess energy and this is done through non-photo-chemical quenching (NPQ). Photochemical quenching (photosynthesis), NPQ and fluorescence are three alternative faiths of excited chlorophylls. PsbS associates to photosystem II and is involved in NPQ.The results presented in this thesis were generated on Arabidopsis plants and mainly based on wildtype Col-0 together with a mutant deficient in PsbS (npq4) and a transgene overexpressing PsbS (oePsbS). We connect light and herbivore stress and show that the level of PsbS influences the food preference of both a specialist (Plutella) and a generalist (Spodoptera) herbivore as well as oviposition of Plutella. Level of PsbS also affects both metabolomics and transcriptomics of the plant; up-regulation of genes in the jasmonic acid (JA) -pathway and amount of JA has been found in the npq4 plants after herbivory.Since many experiments were performed in field we have also characterized the field plant and how it differs from the commonly used lab plant. We have also studied the natural variation of NPQ in Arabidopsis plants both in the field and the lab. The results show surprisingly no correlation.

• Överskottsenergi kan vara skadligt för en växts membran och fotosynteskomplex. Vid överskott av solenergi blir fotosystemen mättade och växten behöver därför ett sätt för att göra sig av med all överskottsenergi, detta kallas för ”icke-fotokemisk quenching” (NPQ). Fotokemisk quenching (fotosyntes), NPQ och fluoresens är tre alternativa vägar för exalterade klorofyller. PsbS är involverad i NPQ och associerar med fotosystem II.De resultat som presenteras i denna avhandling kommer från studier av modellväxten Arabidopsis thaliana (Backtrav), i huvudsak gjorda på vildtypen i jämförelse med en mutant som saknar PsbS (npq4) och en transgen som överuttrycker PsbS (oePsbS). Vi har försökt att undersöka kopplingen mellan ljus- och herbivoristress och visar här att mängden PsbS påverkar både en specialist (Plutella) och en generalist (Spodoptera) insekt vid val av föda, samt Plutella även vid äggläggning. Växternas nivå av PsbS visade sig även påverka metabolomet och transkriptomet, och vi fann en uppreglering av gener i biosyntesen för jasmonat samt mer av själva hormonet jasmonat i npq4 växter efter herbivori.Eftersom vi har gjort många av experimenten ute i fält har vi även karakteriserat en typisk Arabidopsis växt i fält samt hur denna skiljer sig från den vanligt använda lab-växten. Dessutom har vi även undersökt naturlig variation av NPQ av Arabidopsis både i fält och på lab och resultaten visar, till vår förvåning, att det inte går att finna någon korrelation mellan dessa.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Biologi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Biological Sciences (hsv//eng)

Nyckelord

Arabidopsis

NPQ

PsbS

photosynthesis

field experiment

metabolomics

Physiological Botany

fysiologisk botanik

molekylärbiologi

Molecular Biology

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)