Emission, gene regulation and function of terpenoids in tomato (Solanum lycopersicum) and yarrow (Achillea millefolium)

英语. Rising temperature have a profound impact on many natural ecosystems worldwide. During the last 100 years, global temperature has been increased by 0.76◦C per year as a result of increasing concentrations of greenhouse gases due to burning of fossil fuels and deforestation. Besides, the high temperature and also cold temperature have a substantial impact on plant physiology including photosynthetic attributes, production and emission of volatile terpenoids. The effects of heat stress depend on the severity of heat and cold stress (mild or severe) that resulted in reversible or irreversible inhibition of foliage photosynthetic characteristics, volatile terpenoid emission, and regulation of terpene synthase gene expression. The main goal of this thesis was to investigate the effects of cold and heat stress on leaf photosynthesis, volatile terpenoid emissions, expression of two candidate terpene synthase genes in tomato. In this study, foliage photosynthesis characteristics and emission of volatile terpenoids are reduced after heat and cold stress and it was also found that expression of terpenoid synthase genes was altered in response to mild and severe heat stress. In addition, amplification of germacrene A synthase gene was the first report of this gene in yarrow which was functionally characterized and quantified in different tissues of yarrow in order to understand how terpenes are regulated in gene level in a model plant. Finally, it was also demonstrated that terpene synthases can accept different substrates to form different terpene products mainly based on availability of substrates. These multi substrate enzymes are more common in plants than generally thought and therefore it is highly recommended further studies be carried out to understand the existence of the terpene synthase enzyme capacity for multi-substrate use across plant kingdom.

Temperatuuri tõusul on oluline mõju looduslikele ökosüsteemidele üle maailma. Kasvuhoonegaaside kontsentratsiooni tõusu ning metsade pindala vähenemise tõttu on viimase 100 aasta jooksul on globaalne temperatuur tõusnud 0.76°C aastas. Lisaks sellele mõjutavad nii kõrged kui madalad temperatuurid olulisel määral taime füsioloogiat, sealhulgas fotosünteesi parameetreid ja lenduvate terpenoidide tootmist ning emissiooni. Mõju ulatus oleneb nii kuuma- kui külmastressi puhul stressi tugevusest (mõõdukas või tugev), vastavalt sellele on muutused fotosünteesi parameetrites, lenduvate terenoidide eritumises ja terpeeni süntaasi geeni ekspressioonis kas tagasipöörduvad või pöördumatud. Töö peamiseks eesmärgiks oli uurida külma- ja kuumastressi mõju lehe fotosünteesile, lenduvate terpenoidide emissioonile ja kahe võimaliku terpeeni süntaasi geeni ekspressioonile. Selgub, et fotosüntees lehtedes ja lenduvate terpenoidide emissioon vähenesid nii külma- kui kuumastressi tõttu ning terpenoidide süntaasi geenide ekspressioon muutus nii mõõduka kui tugeva stressi tagajärjel. Lisaks sellele amplifitseeriti esmakordselt germakreeen A süntaasi geen raudrohul ning kirjeldati geeni funktsiooni ja määrati selle rohkus erinevates taimeosades, et mõista mudeltaimes terpeenide regulatsiooni geeni tasemel. Lõpuks näidati, et terpeeni süntaasid võivad olenevalt ainete kättesaadavusest kasutada mitmeid erinevaid substraate ja toota vastavalt sellele ka erinevaid produkte. Sellised multi-substraatseid ensüüme leidub taimedes rohkem kui varasemalt arvati ja seetõttu oleksid vajalikud edasised uuringud taimeriigis laiemalt, mõistmaks paremini terpeeni süntaasi võimekust kasutada mitmeid erinevaid substraate.