velikost textu

Relationships between vernalization, frost tolerance and expression f dehydrins in barley (Hordeum vulgare L.)

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Relationships between vernalization, frost tolerance and expression f dehydrins in barley (Hordeum vulgare L.)
Název v češtině:
Vztah mezi jarovizací, mrazuvzdorností a expresí dehydrinů u ječmene (Hordeum vulgare L)
Typ:
Disertační práce
Autor:
RNDr. Klára Kosová, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Ilja Prášil, CSc.
Oponenti:
Ing. Miroslav Kamínek, CSc.
prof. Oldřich Chloupek
Id práce:
112715
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
Program studia:
Anatomie a fyziologie rostlin (P1524)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
12. 12. 2008
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
,- L Závěry L V tomto oddíleshmuji hlavníqýsledky, které jsem ziskala v publikacích3 a 4' L Na zakladě poznatků z literatury a na základě vlastních experimentůjsem prokáza|a, Že protein DHN5 můŽe b;it pouŽíván k rozlišení odrud ječmene s různou úrovní r dosažené mrazuvzďornosti. Pro detekci rozdílův akumulaci proteinu DHN5 jsem se rozhodla použít metodu lD SDS-PAGE spojenou s detekcí proteinu DHN5 na r imunoblotech pomocí specifi cképrimární protilátky. Chlad vede k indukci zýšené úrovně mrazuvzďomosti a k indukci exprese genu Dhn5 r a proteinu DHN5 u odrůd ječmene patřících ke všem rustovým typům - přesívky, ozimé i jamí odrudy. V průběhu otuŽení se však objevují rozdíIy spojené s různým t- rustovým typem, kteréjsou pravděpodobně podmíněny ruzným vývojem rostlin. Jarní r I odrudy, kterénemaji jarovizaci, ustávají ve zvyšováníindukované mrazwzdomosti a akumulace proteinu DHN5 dříve neŽ odrudy ozimé a přesívky (přesívky sice také r nemají jarovizaci, a|e dokéžíindukovat mrazuvzdomost srovnatelnou s ozimými odrudami v důsledkuobdobného vývoje - schopnosti setrvat poměrně dlouhou dobu ve vegetativnífáni vývoje zapodmínek krátkodenníhosvětelnéhoreŽimu). Akumulace proteinu DHN5 je indukována chladem a míraakumulaceproteinu DHN5 je u ruzně odolných odrud odlišná. U sady 2l odrůdbyla zjištěnastatisticky významná korelace mezi akumulací proteinu DHN5 a dosaŽenou úrovnímrazuvzdornosti po 2I t__ Nutno však připomenout. Že tato korelace byla zjištěna především dnech otužení. proto, Že v souboru odrud pouŽitém v tomto pokuse byly zjištěny velké rozďíIy Í I l-_ úrovni mrazuvzdomosti. v dosažené působení jak u jarní odrůdyAtlas 68, tak i u ozimé Po vystavenírostlin chladovému se odrudy Igri zvýšila úroveňdosaŽenémrazwzdomosti. U obou odrud se rovněž začal L Ý. akumulovat protein DHN5. V průběhuotuŽeníse však mezi oběma odrudami objevily rozdí|y,kterésouvisely sodlišnou dynamikou jejich vývoje' Zatimco u odrůdyAtlas 68 zaěa|aúroveňdosažené mrazlvzďornosti a akumulace proteinu DHN5 klesat jIžpo 3 týdnech otuženi, u rostlin odrudy Igri se uroveň indukované mtazuvzďornosti a akumulace proteinu DHN5 zvyšovala až do doby splněni jarovizačního požadavku (9 týdnůotuŽení). odrudy Atlas 68 jsem totiŽ prokázala jsem výrazně časnější U přechod do reproduktivníhostadia vývoje ve srovnání s odrudou lgri. I4 ) Na základě souběžného sledovánídynamiky indukovanémrazuvzdornosti,akumulace ^) proteinu DHN5 a vývoje vzrostného vrcholu mohu tvrdit, že přechod do -1 reproduktivního stadia vývoje (indikovaný tvorbou dvojitých hrbolků) předchází pokles dosaŽenéúrovněmrazuvzdornostia akumulaceproteinu DHN5 u odrudy Atlas J 68 i u odrůdylgri. Dále mohu na zák|adě svých výsledkůwrdit, Že vzájemný vztah mezi akumulací proteinu DHN5 a dosaŽenouúrovnímtazuvzdomostije závislý na ''l vývojovémstadiu rostlin. Korelaci mezi akumulacíproteinu DHN5 a dosaženou -1 úrovnímrazuvzdornostijsem nalezla pouze u rostlin ve vegetativnímstadiu vývoje. l Naopak u rostlin v reproduktivním stadiu vývoje jsem nalez|a výrazné rczdí|y v dynamice vývoje dosaŽenémrazuvzdornosti a akumulace proteinu DHN5. Tyto il rozdí|y mohou být vysvětleny tím, Že mrazuvzdornost je kvantitativní znak determinovanýmnoha faktory a úroveň akumulacedehydrinů pouzejednímz nich. je I Studium vlivu otužení sadu odrud Atlas 68, Igri a soubor dihaploidníchlinií na -l ukáza|o, že rustový typ nemá rozhodujícívliv na akumulaci proteinu DHN a na \ dosaŽenou úroveň mrazuvzdornosti v počátečních stadiích otužení, avšak -1 rozhodujícím způsobem ovlivňuje dlouhodobé (angl. maintenance) udržení zvýšené I úrovně indukované mrazuvzdorrnosti a akumulace proteinu DHN5 v průběhu J dlouhodobéhootužení. l l 1 l l l 1 l l 15 q )
Abstract v angličtině:
Rukopis I The relationship betweenvernalization- and photoperiodicallv-regulatedsenes and the developmentof frost tolerance in wheat and barlev Kosová,K., Prášil,I.T.' Vítámvás, P. Biologia Plantarum52(): 601-615, 2008 Abstract The review summarizes the level of current knowledge of impacts of vernalization and .l photoperiod on the induction and maintenanceof frost tolerance (FrT) in wheat and barley. The phenomenonof vernalization is briefly described and the major vernalization (VRtrtr) loci are characterised. Yemalization requirementand the three major growth habits of Triticeae (facultative, winter and spring) are deťrnedon the basis of the two-locus VRN-2IVRN-I l epistaticmodel. Major photoperiodicallyregulatedgenes,which influence the transitionto flowering, are characterisedand their interactionswith /fiN genes are briefly discussed.The phenomenon inductionof FrT duringthe processof cold acclimation(CA) is describedand of ) the major cold-inducedCorlLea genesare listed.Important regulatorymechanisms, r.e.,CBF .l pathway,controllingthe expressionof Corllea genes under cold, are discussed.The major .l loci affecting the development of FrT in Triticeae, the Fr loci, are characterised. In conclusion,currentprogressin this researchfield is summarizedand new questionsarising in the area are formulated. Ťa I ! .a Ý I I I 2l Rukopis 2 The role of dehvdrins in plant responseto cold Kosová,K., Vítámvás, Prášil,I.T. P.o Biologia Plantarum51 (4): 601-617,2007 Abstract Dehydrins present a distinct biochemical group of late embryogenesisabundant (LEA) proteinscharacterised the presence a lysine-richamino acid motif, the K-segment.They by of are highly hydrophilic,soluble upon boiling, and rich in glycine and polar amino acids. It is proposedthatthey can act as emulsifiersor chaperones the cells, i.e.,they protectproteins in and membranes againstunfavorablestructuralchangescausedby dehydration. Cold usually preceedsfreezingin natureand inducesmany physiologicaland biochemicalchangesin the plant species (cold-acclimation)that enable them to survive cells of freezing-tolerant unfavorableconditions.It is demonstrated the inductionof dehydrinexpressionand their that accumulationis an importantpart of this process in many dicoýledonous both herbaceous and woody species,and also in winter cultivarsof cereals,especiallywheatand barley.Some mechanismsare discussedwhich are proposedto be involved in regulation of dehydrin contentof abscisic acid, homologuesof Arabidopsis C-repeat expression,i.e., endogenous binding factor (CBF) transcriptionalactivators,the activity of vernalization genes and photoperiodic signals.At the end, we outline some new approaches emergingto the solution of complex mechanismsinvolved in plant cold-acclimation, especiallymethodsof ťunctional genomicsthat enableto observe simultaneously changesin the activity of many genes and proteinsin one sample. 22 T ( T Rukopis 3 ( Expression of dehydrin 5 during the developmentof frost tolerance in barlev r (Hordeum vulgare'l t Kosová' K.' Holková, L., Prášil'I.T.,Prášilová,P., Bradáčová, Vítámvás,P., Čapková, M., V. F ( ofPlantPhysiology (11):II42-1151,2008 Journal 165 Abstract ( Dhn5 gene is the major cold-inducibledehydringene in barley.This study deals with the relationshipbetweenDhn5 gene expressionand its protein product accumulationand the I developmentof frost tolerance(FT) upon cold acclimation (CA) in ten barley cultivars of origin. The activationof Dhn5 gene expressionwas differentgrowth habit and geographical a determinedby qRT PCR, the accumulationof DHN5 protein by protein gel blot analysis antibodyand the actual level of FT by direct frost test.During using a specific anti-dehydrin a DHN5 protein the first two weeks of CA, therewas a rapid increasein Dhn5 geneexpression, accumulationand FT in all cultivars examined.After two weeks of CA, the differencesin ; DHN5 accumulation as (LTso)were observedbetween and in FT measured lethaltemperature n the cultivars belongingto differentgrowth habits:intermediate and winter (W) cultivars (I) ri showeda higher level of DHN5 accumulationand LT56valuesthan the spring (S) oneswhich 1 tl no betweenthe DHN5 and FT. In contrast. differences exhibiteda lower level of accumulated cultivarsbelongingto differentgrowthhabitsin Dhn5 mRNA accumulationhave been found. l After three weeks of CA, the differences in accumulated DHN5 and FT between the individual growth habits became evident as a consequenceof different developmental I well with the level of FT DHN5 corresponded regulationof FT. The amountof accumulated I of individual cultivars. It can be concludedthat the amount of accumulatedDHN5 after a l certain period of CA differed according to the growth habits of cultivars and can be used as a markerfor determination FT in barley. of l l l '! l z) I .1 Rukopis 4 The developmentof frost tolerance and DHNS protein accumulation in a set of barlev (říordezz vzlgare) doubled haploid lines derived from Atlas ó8 x Igri cross during a long-term cold acclimation Kosová,K., Prášil'I.T.,Prášilová,P,, Vítámvás, Chrpová,J. P., Zas|ánodo Environmental Experimental and Botany Abstract The dynamics of a long-termcold acclimation (CA) process was studied in spring barley l cultivar Atlas 68, winter barley cultivar Igri and a set of selecteddoubledhaploid (DH) lines derivedťrom Atlas 68 x lgri cross.The aim of the studywas to evaluate effectof the plant the developmenton the ability to induce frost tolerance(FT) and to accumulatedehydrin 5 (DHN5) protein during a long-term CA. The developmentalstage of the plants was l accordingto the phenologicaldevelopment shootapex and by determination l determined of of the length of plant cultivation at optimum growth temperature aftera certainperiod of CA to The level of acquiredFT was determined directfrost tests which was necessary heading. by in laboratoryfreezers.The accumulationof DHN5 protein was evaluatedby densitometric l analysisof the proteingel blots.The CA treatment to the induction increased level led of FT DHN5 proteinin both springand winter DH lines.However,with the and to the accumulation _ progressof CA treatment, differencesbetweenspring and winter DH lines beganto occur as the winter DH lines were able to maintain increased FT level and DHN5 level for a : longertimethanthe springDH lines.The probable significantly causeof this difference was the absenceof vemalizationin spring lines which led to the much earlier transitioninto the reproductivegrowth stagein the spring lines when comparedwith the winter ones.After the developmentaltransition into the reproductive stage, a significant decrease in DHN5 accumulationwas found in all lines; however,the FT level remainedhigh for quite a long a time. This discrepancy between FT level and DHN5 level in barley plants after the transitionis discussed. developmental 24 --'
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce RNDr. Klára Kosová, Ph.D. 14.53 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce RNDr. Klára Kosová, Ph.D. 1.13 MB
Stáhnout Abstrakt anglicky RNDr. Klára Kosová, Ph.D. 2.16 MB
Stáhnout Posudek vedoucího RNDr. Ilja Prášil, CSc. 614 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Miroslav Kamínek, CSc. 2.33 MB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Oldřich Chloupek 1.06 MB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 778 kB