Prostorová a časová analýza organizace a modifikací chromatinu v jádrech embryí a endospermu vyvíjejících se semen ječmene

Ľuboslava FERKOVÁ

Bakalářská práce

Spatial and temporal analysis of chromatin organization and modifications in embryo and endosperm nuclei of developing barley seed

Anotace:

Semená obilnín sú kľúčovým zdrojom potravy pre ľudskú populáciu a hospodárske zvieratá. Výživová hodnota obilnín je daná predovšetkým veľkým endospermom, ktorý je bohatý na sacharidy a bielkoviny. Znalosti o molekulových a cytologických procesoch regulujúcich vývoj a dozrievanie semien sú preto dôležité pre podporu zlepšovania úrody a kvality plodín. Prekvapivo málo odpovedí však poznáme na otázky týkajúce sa epigenetickej kontroly vývoja endospermu obilnín. Interfázne chromozómy sú vysoko organizované štruktúry. Chromatídy každého chromozómu zaberajú teritóriá rozprestierajúce sa po celom jadre. Centromérické a telomérické oblasti ležia na opačných stranách jadra. Táto organizácia chromatínu sa nazýva Rabl organizácia. Hlavným cieľom bakalárskej práce bolo štúdium chromatínovej organizácie v priebehu vývoja embrya a endospermu jačmeňa. Analýza organizácie chromatínu bola založená na pozorovaní distribúcie centromérických a telomérických repetitívnych sekvencií pomocou fluorescenčnej in situ hybridizácie (FISH) v izolovaných jadrách. Taktiež bola študovaná kompaktnosť chromatínu v rôznych štádiách vývoja semena. Pomocou imunoznačenia spojeného s FISH bolo možné študovať histónovú variantu CenH3 a jej naviazanie na centromérické oblasti chromozómov. Tieto experimenty ukázali, že endoreduplikované jadrá endospermu strácajú Rabl chromatínovú organizáciu, kompaktnosť chromatínu a organizáciu CenH3 v závislosti od veku a C-hodnoty jadra. Ďalšou časťou bakalárskej práce bol popis histónových modifikácií. Pomocou imunoznačenia spojeného s FISH bolo možné pozorovať organizáciu naviazania vybraných histónových modifikácií na chromatín. Jadrá endospermu vykazovali iný vzor naviazania modifikácií v porovnaní s diploidnými pletivami.

Abstract:

Cereal seeds are a key source of food for the human population and livestock. This is owing to their large and energy-rich triploid endosperm tissues containing carbohydrates and proteins. Therefore, understanding mechanisms controlling seed development is important from the perspectives of both fundamental research and plant breeding. Surprisingly, little is known about epigenetic control of cereal endosperm development. Interphase chromosomes are very well-organized, chromosome arms of each chromosome occupy elongated territories spanning across the nucleus with the centromeric and telomeric regions lying at opposite sides of the nucleus, defining as Rabl configuration. The main goal of the bachelor thesis was to investigate the chromatin organization during embryo and endosperm development of barley seed. Distribution of centromeric and telomeric sequences at specific endosperm and embryo developmental stages was analyzed by fluorescence in situ hybridization (FISH) using isolated nuclei. This approach also allowed us to study chromatin compactness. Next, using FISH-associated immunolabeling, it was possible to study the histone variant of CenH3 and its binding to centromeric regions of chromosomes. These experiments showed that endoreduplicated endosperm nuclei lose Rabl chromatin organization and compactness, and also CenH3 protein in age and ploidy dependent manner. To unravel which chromatin modifications undergo repositioning at different endosperm developmental stages, pattern of various histone modifications was studied. Using FISH-associated immunolabeling, it was possible to observe the binding organization of selected histone modifications. In the endosperm nuclei, the histone modification pattern was disrupted compared to diploid tissues.

Klíčová slova

semeno, embryo, endosperm, fluorescenčná in situ hybridizácia, imunofarbenie, chromatín, Rabl organizácia chromatínu, histónové modifikácie, epigenetika

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 5. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Mgr. Anna Nowicka, PhD.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Biologie / Molekulární a buněčná biologie