velikost textu

Odlišná reakce inbredních a hybridních genotypů kukuřice na sucho: analýza listového proteomu a fotosyntetických procesů

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:
Odlišná reakce inbredních a hybridních genotypů kukuřice na sucho: analýza listového proteomu a fotosyntetických procesů
Název v angličtině:
Different response of maize inbred and hybrid genotypes to drought: analysis of leaf proteome and photosynthetic processes
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Monika Benešová, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Dana Holá, Ph.D.
Oponenti:
RNDr. Ilja Prášil, CSc.
RNDr. Jana Pospíšilová, CSc.
Konzultanti:
RNDr. Marie Kočová, CSc.
RNDr. Lukáš Fischer, Ph.D.
Id práce:
82870
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
15. 9. 2014
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
Fotosyntéza; genetická analýza; odolnost k stresu; proteomika; sekundární selekční znaky; sucho; vnitrodruhová variabilita
Klíčová slova v angličtině:
Drought; genetic analysis; intraspecific variability; photosynthesis; proteomics; secondary selection traits; stress tolerance
Abstrakt:
Abstrakt Sucho je jedním z nejdůležitějších stresových faktorů působících na rostliny. Zvyšování odolnosti k suchu pomocí šlechtění je hlavním přístupem pro vylepšení produktivity rostlin a snížení spotřeby vodních zdrojů. Jsou hledány různé možnosti, jak snadno určit stupeň odolnosti/citlivosti různých genotypů k suchu. K tomu je potřeba důkladně porozumět procesům, kterými rostliny na sucho reagují a brání se proti němu. Cílem mojí práce bylo v rámci širšího projektu zaměřeného na studium možných příčin odolnosti k suchu u hospodářsky významných druhů rostlin detailně analyzovat jednak fotosyntetické procesy, jednak celkovou reakci listového proteomu na nedostatek vody (opět zaměřenou zejména na proteiny spojené s fotosyntézou). Dalším cílem bylo analyzovat využitelnost vybraných fotosyntetických parametrů pro zjišťování citlivosti k stresu suchem a pro případnou predikci reakce na sucho u potomků na základě známé reakce jejich rodičů. Modelovým objektem byly mladé rostliny inbredních linií kukuřice a jejich F1 kříženců, vystavené mírnému nebo silnějšímu stresu suchem, přičemž detailní analýza byla zaměřená na dvě kontrastní rodičovské linie vybrané ze širšího genotypového souboru na základě stanovení indexů citlivosti/odolnosti k suchu, a na oba jejich reciproké křížence. Studované genotypy se významně lišily ve strategiích, jak se chránit proti poškození vyvolanému tímto stresovým faktorem. Vnitrodruhové rozdíly v reakci na stres suchem byly zřejmě spojeny především s odlišnou rychlostí udržení funkční fotosyntézy v podmínkách sucha, závislou na tom, jak časně dojde u příslušného genotypu k uzavření průduchů, a s tím spojenou odlišnou biosyntézou/degradací proteinů podílejících se také především na fotosyntéze. U inbrední rodičovské linie citlivé k suchu vedly již mírné stresové podmínky k rychlému uzavření průduchů, což mělo za následek poměrně ranou inhibici fotosyntézy a v důsledku toho zřejmě i proteosyntézy. V pozdějších fázích stresové reakce se to projevovalo zejména na úrovni proteosyntézy v chloroplastech. Obdobný, ale mnohem výraznější efekt mělo sucho i na F1 křížence, který měl tuto citlivou linii jako mateřský genotyp. Delší udržení otevřených průduchů a normální fotosyntetické účinnosti u odolnější rodičovské linie, umožněné pravděpodobně menší velikostí tohoto genotypu a nižším poměrem mezi nadzemní částí a kořeny, bylo spojeno se zachováním aktivní proteosyntézy. Tento genotyp v podmínkách sucha také upřednostňoval primární fotosyntetické procesy spojené s fotosystémem I, což mohlo být spojeno s dalšími výhodami. Reciproký F1 kříženec sice rovněž vykazoval některé znaky, které by mohly souviset s odolností k suchu, udržet průduchy otevřené dostatečně dlouho však nedokázal a jeho energetické zdroje tedy nakonec zřejmě nebyly dostatečné pro normální růst a současně účinnou obrannou reakci vůči stresovým podmínkám. Hlavní příčinou odlišné reakce kříženců na stres ve srovnání s rodiči byla tedy patrně větší ztráta účinnosti fotosyntézy vzhledem k jejich původním dispozicím k většímu vzrůstu a akumulaci biomasy. Nepřítomnost korelace mezi reakcí rodičů a reakcí jejich potomků na sucho, související s výraznými neaditivními efekty (prokázanými i kvantitativní genetickou analýzou), byla hlavním důvodem toho, proč nelze použití fotosyntetických parametrů v programech zaměřených na šlechtění kukuřice na odolnost k suchu příliš doporučit.
Abstract v angličtině:
Abstract Drought is one of the most important stress factors affecting plants. Increasing drought resistance via plant breeding is currently the main approach for improvement of plant productivity and reduction of water usage. Plant breeders and scientists search for reliable and easy methods of the determination of drought sensitivity in different genotypes. A precise knowledge about processes underlying plant stress response and defence against limited water availability is necessary for this. The aim of this study was a detailed analysis of photosynthetic processes and changes in leaf proteome (again aimed especially at proteins involved in photosynthesis) during drought stress. This analysis was a part of a complex project focused on the possible causes of genetic variability and drought resistance in agronomically important crops. Another goal was to analyse whether the measurement of selected photosynthetic parameters can be used for the determination of drought sensitivity per se and/or for the prediction of the response of hybrids based on known behaviour of their parents. Young plants of maize inbred lines and their hybrids were used as a model for this analysis, which was made under conditions of moderate and more severe drought. Two inbred lines which were (together with their F1 hybrids) used for a detailed analysis were selected from a larger genotypic set based on the comparison of their drought tolerance/sensitivity indices. They differed in their strategies how to protect themselves against the damage resulting from drought. Intraspecific variability in response to drought was probably connected to the different ability to maintain efficient photosynthesis during dehydration, which was determined by an early stomatal closure and related to different biosynthesis/degradation of proteins involved mainly in photosynthesis. The drought-sensitive inbred line showed an early stomatal closure already during short-term drought inducing an early inhibition of photosynthesis and subsequently also limitation of proteosynthesis. After long-term drought, proteosynthesis in chloroplasts was particularly sensitive to stress. Similar, but much more pronounced effect was found in the F1 hybrid which had this sensitive inbred line as a maternal parent. Contrary to this, the less sensitive inbred line was able to keep stomata open and maintain normal photosynthetic efficiency despite water limitation, probably due to its smaller size and lower shoot/root ratio. Maintenance of active proteosynthesis under conditions of moderate stress could result from this behaviour. Another advantage of this genotype was a preferrence for a photosystem I-associated electron transport. The reciprocal F1 hybrid also showed some features related to drought resistance, but was not able to keep stomata open for a sufficiently long period of dehydration, resulting probably in insufficient energy sources for normal growth while coping with stress. The main cause of different response of hybrids (compared to their inbred parents) to drought was probably their higher loss of photosynthetic efficiency in relation to their original disposition for a larger size and biomass accumulation. The absence of significant correlation between inbred and hybrid response to drought, associated with the presence of significant non- additive genetic effects (as proven also by quantitative genetic analysis), was the main reason for the conclusion that the applicability of the examined photosynthetic parameters in maize breeding for better drought resistance is very limited.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Monika Benešová, Ph.D. 5.37 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Monika Benešová, Ph.D. 547 kB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Monika Benešová, Ph.D. 149 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Monika Benešová, Ph.D. 85 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Monika Benešová, Ph.D. 630 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Ilja Prášil, CSc. 75 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Jana Pospíšilová, CSc. 190 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 710 kB