Charakterizace biostimulantů za použití nových vysokokapacitních screeningových přístupů v rostlinách za různých stresových podmínek.

Lidia UGENA

Doctoral thesis

Characterization of biostimulants using novel high-throughput screening approaches in plants under different stress conditions.

Abstract:

Reakce rostlin na stres je vysoce dynamický a složitý proces závislý na síle a trvání stresu, kondici a připravenosti samotné rostliny a na její vývojové fázi. Šlechtitelé po celém světě se proto zaměřili na kvantitativní analýzy vlastností rostlin s cílem urychlit vývoj vhodných strategií pro zlepšení plodin, které jsou přizpůsobivé prostředí s omezenými zdroji. Salinita půdy je důležitým faktorem životního prostředí, který snižuje klíčení rostlin, ranný vývoj semenáčků a má za následek snížení produktivity plodin v globálním měřítku. Aplikace biostimulantů představuje jednu z nejinovativnějších a nejslibnějších strategií pro minimalizaci stresu, včetně solného. Původ biostimulantů je různorodý a pohybuje se v rozmezí od jednotlivých sloučenin až po komplexní matrice s různými skupinami bioaktivních složek, které byly pouze částečně charakterizovány. Bez ohledu na jejich složitost zahrnují biostimulanty různé skupiny rostlinných signálních molekul jako jsou rostlinné hormony, aminokyseliny a polyaminy. Bylo popsáno, že exogenní aplikace těchto signálních molekul zmírňuje nepříznivý účinek stresu prostřednictvím sofistikované interakce vedoucí k aktivaci konzervovaných drah. Jejich použití také přispívá k udržitelnější zemědělské činnosti šetrné k životnímu prostředí a nabízí alternativu k syntetickým ochranným látkám. Platformy pro fenotypizaci rostlin se staly důležitým nástrojem v rostlinné biologii a zemědělství. Poskytují nové možnosti automatizovaného a rychlého vyhodnocování různých růstových a vývojových znaků rostlin za využití neinvazivních senzorů. Tyto přístupy umožňují současné testování velkého počtu potenciálně biologicky aktivních sloučenin v širokém koncentračním rozmezí a / nebo genotypů, za různých růstových podmínek, a také poskytují informace o vývojovém a fyziologickém stavu ošetřených rostlin skrze analýzu znaků, např. při vzcházení. Domníváme se, že nové protokoly založené na vysokokapacitním screeningu (HTS) by mohly urychlit identifikaci toho, jak působí známé biostimulanty a pomoci k charakterizaci nových látek.

Abstract:

Plant response to stress is a highly dynamic and complex process dependent on the severity and duration of the stress, the fitness and preparedness of the plant itself and its developmental stage. Breeders worldwide have therefore focused on quantitative analyses of plant traits in order to accelerate the development of appropriate strategies for improving crops, which are adaptable to resource-limited environments. Soil salinity is an important environmental factor that reduces plant germination and early seedling establishment and results in decreased crop productivity on a global scale. The application of biostimulants represents one of the most innovative and promising strategies for minimizing stress impact, including salinity. The origin of biostimulants is diverse, and ranges from single compounds to complex matrices with different groups of bioactive components that have only been partly characterized. Irrespective of their complexity, biostimulants encompass different groups of plant signaling compounds such as plant hormones, amino acids, and polyamines among others. The exogenous application of these signaling molecules has been reported to ameliorate the adverse effect of stress through sophisticated crosstalk leading to the activation of conserved pathways. Their use also contributes to more sustainable and environmentally friendly agricultural practice, and offers an alternative to synthetic protectants. Plant phenotyping platforms have become an important tool in plant biology and agriculture. They provide new possibilities for automated, fast scoring of several plant growth and development traits, followed over time using non-invasive sensors. These approaches allow simultaneous testing of a large number of potentially bioactive compounds in a wide range of concentrations and / or genotypes, under various growth conditions as well providing information about the developmental and physiological status of the treated plants and, analyzing traits like the scoring of seedling emergence. Altogether, we consider that the new protocols based on high-throughput screening (HTS) could accelerate identification of the mode of action of known biostimulants and the characterization of new ones.

Keywords

GABA (gama-aminomáselná kyselina), polyaminy, salinita, biostimulanty, vysokokapacitní screeningový test, stres, emergence.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 6. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 26. 8. 2019
• Supervisor: Nuria De Diego Sanchez, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Experimental Biology