velikost textu

Metabolic pathways involved in the regulation of bioactive cytokinin levels in plants

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:
Metabolic pathways involved in the regulation of bioactive cytokinin levels in plants
Název v češtině:
Metabolické dráhy zapojené do regulací bioaktivních hladin cytokininů v rostlinách
Typ:
Disertační práce
Autor:
Ing. Eva Žižková, Ph.D.
Školitel:
Ing. Václav Motyka, CSc.
Oponenti:
Mgr. Markéta Pernisová, Ph.D.
Ing. Klára Hoyerová, Ph.D.
Id práce:
84745
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:
3. 4. 2015
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
cytokinin, isopentenyltransferáza, cyklus světlo/tma, solný stres, CK-N-glukosidy
Klíčová slova v angličtině:
Cytokinin,isopentenyltransferase, light/dark cycle,salt stress, CK-N-glucosides
Abstrakt:
Souhrn Cytokininy (CK) představují významnou skupinu rostlinných hormonů zapojených do širokého spektra fyziologických a vývojových procesů. Endogenní hladiny stejně jako obsah jednotlivých forem CK a jejich derivátů nejsou konstantní a liší se v rámci rostlinných druhů. Množství biologicky aktivních CK forem (volné báze a ribosidy) jsou regulovány na úrovni spletitých metabolických přeměn, mezi něž patří dráhy biosyntézy, tvorby konjugátů a nevratné degradace. Hlavním cílem této disertační práce bylo charakterizovat metabolické dráhy zapojené do regulace bioaktivních hladin CK v rostlinách, zejména prostřednictvím biosyntézy CK s ohledem k podnětům vnějšího prostředí a N-glukosylační dráhy. Bylo zjištěno, že světelný signál je významným podnětem modulujícím některé CK-geny a hladiny CK v rostlinách Arabidopsis. Komplexní denní profily CK-biosyntetických genů (AtIPT1 – AtIPT9) v rostlinách Arabidopsis naznačují silnou závislost AtIPT1 a AtIPT5 na fázi světlo/tma v listových růžicích. Oproti tomu nebyla zaznamenána žádná denní oscilace transkripčních hladin AtIPT v kořenech. Ačkoliv obsah endogenních hladin CK nebyl konstantní a lišil se během dne, žádná statisticky významná korelace mezi cyklem světlo/tma a oscilací hladin CK nebyla zjištěna v listech ani v kořenech. Použitím světelných mutantů Arabidopsis s narušenou vnímavostí červeného (phyAphyB) a modrého (cry1cry2) světla bylo ukázáno, že modré světlo ovlivňuje hladinu transkriptu AtIPT1 a AtIPT5 ve větší míře než světlo červené. Následně, charakterizace dvou biosyntetických genů v rajčeti, SlIPT3 a SlIPT4 v odpovědi na solný stres ukázala silné potlačení exprese genů v kořenech rajčete a různé zastoupení transkriptů v mladých a starých listech po ošetření zasolením. Po aplikaci trans-zeatinu byla prokázána úzká spojitost SlIPT3 a SlIPT4 se zpětnovazebným mechanismem regulujícím CK. Mimo to, overexprese SlIPT3 v rajčeti vedla ke změně fenotypu, vysokému hromadění CK-N-glukosidů (obzvláště N6-(A2- isopentenyl)adenin 7-glukosidu), modifikacím exprese CK genů zapojených v biosyntéze, signalizaci a degradaci a ke zvýšené toleranci na zasolení. Na základě těchto výsledků byl navržen teoretický model o zapojení SlIPT3 a SlIPT4 během krátkého solného stresu. Bylo rovněž zjištěno, že CK-N7- a N9-glukosidy vykazují určitou biologickou aktivitu v biotestech sami o sobě, naznačující, že N-glukosylační dráha není nezbytně finálním krokem v inaktivaci bioaktivních CK. Z evolučního hlediska je demonstrováno, že u kyanobakterií a řas se mohou vyskytovat mechanismy regulující hladiny bioaktivních CK odlišné od vyšších rostlin a nahrazující omezenou a/nebo dokonce chybějící CK-N-glukosyltransferázu a CKX. Je tedy zřejmé, že dosavadní znalosti týkající se regulace bioaktivních hladin CK v rostlinách prostřednictvím N-glukosylace je potřeba přehodnotit a rozšířit.
Abstract v angličtině:
Summary Cytokinins (CKs) are important group of plant hormones involved in a wide range of physiological and developmental processes. Endogenous levels of CKs as well as proportions of individual CK forms and derivatives are not constant and differ among plant species. The amounts of biological active CK forms (free bases and ribosides) are regulated through tangled machinery of metabolic conversions including biosynthesis, conjugation and degradation pathways. The main object of this thesis was to characterize the metabolic pathways involved in the regulation of bioactive CK levels in plants especially via CK biosynthesis with aspect to the environmental stimuli and via N- glucosylation pathway. It was shown, that light signal is an important input for modulating some CK-related genes and CK levels in Arabidopsis plants. The complex diurnal expression profiles of CK-biosynthetic genes (AtIPT1 – AtIPT9) in Arabidopsis plants indicated a strong dependence of AtIPT1 and AtIPT5 on light/dark phase in leaf rossetes. In contrast, no diurnal oscillation of AtIPT transcript levels was recorded in roots. Although the content of endogenous CKs was not constant in plants and varied during a day, no statistically significant correlation between light/dark cycle and oscillation in CK levels was revealed in shoots as well as in roots. Using Arabidopsis photoreceptor mutants with disrupted perception of red (phyAphyB) and blue (cry1cry2) light, it was demonstrated that blue light affects transcript abundance of AtIPT1 and AtIPT5 in higher extent than red light. Subsequently, characterization of two tomato biosynthetic genes, SlIPT3 and SlIPT4 in response to salt stress showed a strong repression in tomato roots, and different transcripts abundance in young and old leaves after salt stress treatment. Tight connection of SlIPT3 and SlIPT4 with regulation of CK feedback mechanism was demonstrated after trans-zeatin application. Moreover, SlIPT3 overexpression in tomato resulted in an altered phenotype, high accumulation of CK-N- glucosides (especially N6-(62-isopentenyl)adenine 7-glucoside), modifications of CK biosynthesis-, signaling- and degradation-gene expression and enhanced tolerance to salinity. Based on these results the hypothetical scheme of SlIPT3 and SlIPT4 action during early salt stress has been proposed. It was also shown that CK-N7- and N9-glucosides display some biological activity per se in bioassays suggesting that N-glucosylation pathway is not necessarily the final step in bioactive CK inactivation. From evolutionary point of view it is demonstrated that other mechanisms controlling bioactive CK levels and differing from higher plants might exist in cyanobacteria and algae to substitute a substantially suppressed or even missing CK-N-glucosyltransferase and CKX catalysing CK metabolic pathways. It is therefore evident that the current knowledge concerning regulation of bioactive CK levels in plants via N-glucosylation needs to be reconsidered and expanded.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Ing. Eva Žižková, Ph.D. 20.58 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Ing. Eva Žižková, Ph.D. 34 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Ing. Eva Žižková, Ph.D. 26 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Karel Doležal, Dr. 226 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Markéta Pernisová, Ph.D. 143 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 1022 kB