Plant physiology

Názov v sekundárnom jazyku práce: Ecophysiological differentiation of selected taxa of the genera Leontodon and Scorzoneroides

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Rody Leontodon a Scorzoneroides (Asteraceae) predstavujú významnú skupinu lúčnych a pasienkových druhov a vykazujú širokú ekologickú amplitúdu. Napriek ich rozšíreniu v strednej Európe sú poznatky o ich ekofyziologických adaptáciách, reakciách na environmentálne gradienty a mechanizmoch ekologickej diferenciácie stále fragmentárne. Lepšie pochopenie týchto procesov môže objasniť evolučnú dynamiku skupiny, mechanizmy špecializácie a potenciál druhov reagovať na meniace sa klimatické podmienky. Cieľom práce bude komplexne analyzovať ekofyziologickú diferenciáciu vybraných taxónov v strednej Európe a identifikovať kľúčové mechanizmy, ktoré umožňujú ich ekologickú diverzifikáciu a adaptáciu na rôzne prostredie a aktualizovať taxonomické a evolučné poznanie skupiny. Práca sa bude venovať hlavne morfologickým, anatomickým, karyologickým charakteristikám a hodnoteniu z hľadiska veľkosti genómu taxónov a špecializácii taxónov v prirodzenom prostredí. Výsledky môžu byť využité pri ochrane biodiverzity, manažmente trávnych ekosystémov a pri predikcii reakcií rastlinných spoločenstiev na klimatické zmeny.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: The genera Leontodon and Scorzoneroides (Asteraceae) represent an important group of meadow and pasture species and exhibit a broad ecological amplitude. Despite their distribution in Central Europe, knowledge of their ecophysiological adaptations, responses to environmental gradients, and mechanisms of ecological differentiation remains fragmentary. A better understanding of these processes may clarify the evolutionary dynamics of the group, the mechanisms of specialization, and the potential of species to respond to changing climatic conditions. The aim of the thesis will be to comprehensively analyse the ecophysiological differentiation of selected taxa in Central Europe and to identify the key mechanisms that enable their ecological diversification and adaptation to various environments, as well as to update the taxonomic and evolutionary understanding of the group. The research will focus primarily on morphological, anatomical, and karyological characteristics, as well as on the assessment of genome size variation and the specialization of taxa in their natural habitats. The results may be applied in biodiversity conservation, grassland ecosystem management, and in predicting the responses of plant communities to climate change.

Školiteľ: Mártonfi, Pavol, prof. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Conservation physiology of selected rare and threatened bryophytes from extreme environment.

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Machorasty sú necievnaté rastliny, ktorým chýbajú pravé korene a pri rozmnožovaní sú závislé od vody. V ekosystémoch zohrávajú kľúčovú úlohu pri regulácii vlhkosti, prevencii pôdnej erózie a pôsobia ako pionierske organizmy na holých povrchoch. Ohrozené druhy machorastov sú pre svoje špecializované ekologické niky a chýbajúce ochranné pletivá mimoriadne citlivé na stratu biotopov a klimatické zmeny. Ochrana týchto druhov si vyžaduje kombináciu obnovy biotopov a štúdium fyziológie a adaptačné mechanizmy so zameraním na laboratórnu kultiváciu, aby sa zabránilo ich vyhynutiu. Cieľom doktorandského štúdia je štúdium fyziológie machorastov a skúmanie adaptačných mechanizmov a reakcií ohrozených druhov na tieto stresory. Integráciou fyziologického profilovania (fluorescencia chlorofylu, markery oxidačného stresu) s environmentálnym monitorovaním sa výskum zameriava na definovanie limitov ich fyziologickej plasticity. Projekt sa okrem toho sústreďuje na vývoj protokolov pre ex situ propagáciu, ako sú axenické kultúry a techniky fragmentácie, s cieľom uľahčiť obnovu týchto populácií. Na vizualizáciu aktivity biochemických procesov v pletivách machorastov reagujúcich na environmentálny stres je možné využiť fluorescenčnú mikroskopiu. Použitím špecifických fluorescenčných metód môžeme v reálnom čase monitorovať oxidatívne zmeny. Ďalším cieľom je štúdium ochranných enzymatických reakcií na bunkovej úrovni, čo poskytuje údaje s vysokým rozlíšením o fyziologickej odolnosti daného druhu. Práca má v konečnom dôsledku za cieľ preklenúť priepasť medzi laboratórnymi fyziologickými údajmi a stratégiami ochrany v teréne, čím poskytne vedecký základ pre ochranu machorastov v podmienkach meniacej sa klímy.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Bryophytes are non-vascular plants that lack true roots and depend on water for reproduction. In ecosystem, they play a crucial role in moisture regulation, the prevention of soil erosion, and serve as pioneer organisms on bare surfaces. Due to their specialized ecological niches and lack of protective tissues, endangered bryophyte species are exceptionally sensitive to habitat loss and climate change. The protection of these species requires a combination of habitat restoration and the study of physiology and adaptive mechanisms, with a specific focus on laboratory cultivation to prevent their extinction. The objective of this doctoral study is to examine bryophyte physiology and investigate the adaptive mechanisms and responses of endangered species to these environmental stressors. By integrating physiological profiling (such as chlorophyll fluorescence and oxidative stress markers) with environmental monitoring, the research aims to define the limits of their physiological plasticity. Furthermore, the project focuses on developing protocols for ex situ propagation including axenic cultures and fragmentation techniques to facilitate the restoration of these populations. Fluorescence microscopy can be utilized to visualize the activity of biochemical processes in bryophyte tissues responding to environmental stress. By employing specific fluorescence methods, we can monitor oxidative changes in real-time. An additional goal is the study of protective enzymatic reactions at the cellular level, providing high-resolution data on the physiological resilience of the target species. Ultimately, this work seeks to bridge the gap between laboratory physiological data and field-based conservation strategies, thereby providing a scientific foundation for the conservation of bryophytes in a changing climate.

Školiteľ: Goga, Michal, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Plasticity of endoreplication in relation to genome size and ecophysiological factors.

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Multiplikácia genómu, alebo endopolyploidizácia, predstavuje opakované zdvojenie celého jadrového genómu bunky alebo len jeho časti a je jedným z mechanizmov zmeny ploidnej úrovne na bunkovej úrovni. Vedie k vzniku polyploidných buniek a vyskytuje sa počas morfogenézy, t.j. diferenciácie rôznych orgánov rastlín. Úroveň endopolyploidie je výsledkom interakcie viacerých faktorov ako sú systematická pozícia rastlinného druhu, ploidná úroveň, veľkosť genómu a štádium vývinu rastlín, typ pletív a orgánov a environmentálne podmienky. Endopolyploidia je fylogeneticky podmienená a je častá aj v ekonomicky významných čeľadiach krytosemenných rastlín, ako sú Fabaceae, Brassicaceae, Solanaceae alebo Orchidaceae. Doterajšie štúdie tiež preukázali často, ale nekonzistentne, negatívny vzťah medzi endopolyploidizáciou a veľkosťou genómu v rastlinách. Významnými sú predovšetkým doterajšie štúdie polyploidov modelového druhu Arabidopsis thaliana vykonané v kontexte ekofyziologickej diferenciácie polyploidov a úlohy endopolyploidie v nej. Pre lepšie pochopenie vzťahu veľkosti endopolyploidie a veľkosti genómu je potrebné nájsť také rastlinné modely, kde polyploidia neprispieva k nárastu genómu. V tejto dizertačnej práci bude cieľom doktoranda preskúmať vzťah endopolyploidie a veľkosti genómu a karyológie, ako aj ekofyziologicky podmienenej modulácie endopolyploidie na príklade málo preskúmanej skupine rastlín zástupcov čeľade Boraginaceae (napr. v rodoch Pulmonaria a Onosma). Jednou z výhod týchto taxónov je prítomnosť druhov s veľkou intracytotypovou variabilitou vo veľkosti genómu (napr. skupina Onosma pseudoarenaria s.l.), čo umožní odfiltrovať efekt polyploidizácie vo vzťahu endopolyplodia vs. veľkosť genómu. Doktorand bude mať k dispozícii širokú paletu perspektívnych výskumných objektov, kde už endopolyploidia bola čiastočne študovaná. Doktorand si osvojí viaceré výskumné metódy, napr. prietoková cytometria, DIC a fluorescenčná mikroskopia, histochemické metódy, fenotypizácia rôznych orgánov a rastlinných štruktúr alebo ekofyziologické techniky.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Genome multiplication, or endopolyploidization, represents the repeated doubling of the entire nuclear genome of a cell or only part of it and is one of the mechanisms of change in the ploidy level at the cellular level. It leads to the formation of polyploid cells and occurs during morphogenesis, i.e. differentiation of various organs of plants. The level of endopolyploidy is the result of the interaction of several factors, such as the systematic position of the plant species, the ploidy level, the genome size and the stage of plant development, the type of tissues and organs, and environmental conditions. Endopolyploidy is phylogenetically determined and is also common in economically important angiosperm families such as Fabaceae, Brassicaceae, Solanaceae or Orchidaceae. Previous studies have also often, but inconsistently, shown a negative relationship between endopolyploidy and genome size in plants. Especially significant are the previous studies of polyploids in the model species Arabidopsis thaliana conducted in the context of the ecophysiological differentiation of polyploids and the role of endopolyploidy in it. For a better understanding of the relationship between the extent of endopolyploidy and genome size, it is necessary to identify plant models where polyploidy does not contribute to genome enlargement. In this dissertation, the PhD candidate will aim to investigate the relationship between endopolyploidy and genome size and karyology, as well as the ecophysiologically conditioned modulation of endopolyploidy, using the examples of a little-studied group of plants from the family Boraginaceae (e.g., in the genera Pulmonaria and Onosma). One of the advantages of these taxa is the presence of species with high intracytotype variability in genome size (e.g., Onosma pseudoarenaria s.l. group), which will allow filtering out the effect of polyploidization in relation to endopolyploidy versus genome size. The applicant will have access to a wide range of promising research subjects where endopolyploidy has been partially studied. The applicant will learn various research methods, such as flow cytometry, DIC and fluorescence microscopy, histochemical methods, phenotyping of different organs and plant structures, or ecophysiological techniques.

Školiteľ: Kolarčik, Vladislav, doc. Mgr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Preference for isoflavonoid and flavonol formation under stress conditions in soybean.

Školiteľ: Paľove-Balang, Peter, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: Stres metabilites in Lotus sp. and their relevance in stress-response.

Školiteľ: Paľove-Balang, Peter, doc. RNDr. PhD.

Názov v sekundárnom jazyku práce: From extreme environments to industrial applications: Biotechnological potential of proteins and secondary metabolites from selected lichen species.

Anotácia v hlavnom jazyku práce: Lišajníky predstavujú jeden z najdôležitejších symbiotických vzťahov na zemi. Jedným z dôvodov je, že patria k pionierskym organizmom ktoré kolonizujú časti zeme, ktoré sú extrémne až nehostinné pre vyššie rastliny. Spolu s machmi či sinicami tvoria malé ekosystémy, ktoré sú priamo zapojené do primárnej sukcesie. Význam lišajníkov však presahuje ich ekologickú úlohu. Prežitie v extrémnych podmienkach ako je vysoké UV-žiarenie, stres mrazom či vysychanie im umožňuje produkcia stresových proteínov. O ich biotechnologickom potenciáli sa vie málo. Okrem týchto proteínov lišajníky produkujú aj sekundárne metabolity, ktorých farmaceutický potenciál nie je zanedbateľný. Izolácia týchto unikátnych látok je však kľúčová a náročná. Cieľom doktorandského projektu je systematická identifikácia a charakterizácia proteínov s vysokým biotechnologickým potenciálom kódovaných v genómoch lišajníkových symbióz. Práca využíva metódy komparatívnej genomiky a bioinformatiky na vyhľadávanie unikátnych biosyntetických génových klastrov a enzýmov zapojených do metabolizmu špecifických lichenofytov. Vybrané kandidátske gény budú následne podrobené klonovaniu a heterológnej expresii, čo umožní zisk funkčných proteínov v laboratórnych podmienkach. Ďalším cieľom bude izolácia a identifikácia sekundárnych metabolitov pomocou Flash chromatografie, najefektívnejšia separácia, tvorba protokolov či derivátoch získaných metabolitov s cieľom zvýšenia ich biologického potenciálu v oblasti farmakológie. Nadväzujúca fáza výskumu sa sústredí na detailnú biochemickú a štrukturálnu analýzu získaných produktov s cieľom objasniť vzťah medzi ich stavbou a katalytickými vlastnosťami. Projekt prináša inovatívny pohľad na využitie genetického bohatstva lišajníkov ako zdroja nových biokatalyzátorov pre priemyselnú biotransformáciu a farmakológiu. Výsledky práce prispejú k rozvoju efektívnych postupov pri produkcii predtým ťažko dostupných prírodných látok v kontrolovaných podmienkach.

Anotácia v sekundárnom jazyku práce: Lichens represent one of the most important symbiotic relationships on earth. One reason is that they are pioneer organisms that colonize parts of the earth that are extremely inhospitable to higher plants. Together with mosses or cyanobacteria, they form small ecosystems that are directly involved in primary succession. The significance of lichens, however, extends beyond their ecological role. Survival in extreme conditions such as high UV radiation, frost stress or desiccation is enabled by the production of stress proteins. There is a lack of information about their biotechnological potential. In addition to these proteins, lichens also produce secondary metabolites, whose pharmaceutical potential is not negligible. However, the isolation of these unique substances is crucial and challenging. The aim of the doctoral project is the systematic identification and characterization of proteins with high biotechnological potential encoded in the genomes of lichen symbioses. The work uses methods of comparative genomics and bioinformatics to search for unique biosynthetic gene clusters and enzymes involved in the metabolism of specific lichenophytes. Selected candidate genes will subsequently be subjected to cloning and heterologous expression, which will allow the production of functional proteins in laboratory conditions. Another goal will be the isolation and identification of secondary metabolites using Flash chromatography, the most efficient separation, the creation of protocols or derivatives of the obtained metabolites in order to increase their biological potential in the field of pharmacology. The next phase of the research will focus on detailed biochemical and structural analysis of the obtained products with the aim of clarifying the relationship between their structure and catalytic properties. The project brings an innovative perspective on the use of the genetic wealth of lichens as a source of new biocatalysts for industrial biotransformation and pharmacology. The results of the work will contribute to the development of efficient procedures for the production of previously difficult-to-access natural substances under controlled conditions.

Školiteľ: Goga, Michal, doc. RNDr. PhD.