The production of antibodies in plants as a new tool for the functional study of plant hormone cytokinin in Nicotiana tabacum

Mgr. Zuzana Gelová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Rostlinné hormony cytokininy představují skupinu růstových regulátorů, které jsou zodpovědné za řadu vývojových a fyziologických procesů v průběhu životního cyklu rostlin. Cytokininy účinkují odlišně v závislosti na typu pletiva. Zatímco v nadzemní části rostliny byly popsány pozitivní regulační efekty, v kořenech působí cytokininy zejména jako negativní regulátory velikosti kořenového apikálního meristému a tedy i růstu primárního kořene. Cytokininy se vyskytují v různých modifikovaných formách a jejich hladiny jsou přísně regulovány na úrovni biosyntézy, degradace i modifikací. Ačkoli jsou molekulární mechanismy kontrolující spletitou síť cytokininového metabolizmu částečně známy, role jednotlivých cytokininových typů v zachování cytokininové homeostáze je stále nejasná. V této práci představujeme metodu modulace zprostředkované protilátkami, nového přístupu ke studiu cytokininů. S využitím nadprodukce specifických jednořetězcových variabilních fragmentů protilátek jsme na postsyntetické úrovni modulovali ribosidy cytokininů, předpokládané transportní formy cytokininů, s cílem objasnit jejich úlohu v cytokininové homeostáze tabáku. V immunmodulovaných rostlinách jsme identifikovali orgánově specifické změny cytokininové homeostáze spojené s typickými cytokininovými fenotypy. Na základě analýzy hladin endogenních cytokininů a analýzy exprese produkce genů zodpovědných za cytokininovou biosyntézu předkládáme hypotézu o roli kořene jako hlavního místa biosyntézy cytokininů v mladých semenáčcích tabáku.

Abstract:

The plant hormones cytokinins represent a group of growth regulators responsible for numerous developmental and physiological processes during plant life cycle. Cytokinins act differently depending on the plant tissue. Positive effects were described in the shoot whereas in the root cytokinins play negative role in the control of root apical meristem size and thus regulate the primary root growth. Cytokinins occur in many variants and their levels are tightly regulated at the level of biosynthesis, degradation and modification. Although the molecular mechanisms controlling the complex networks of cytokinin metabolism are partially known, the role of individual cytokinin types in the maintenance of cytokinin homeostasis remains unclear. Here, we present antibody-mediated modulation as a novel approach in cytokinin research. Utilizing the overproduction of the specific single-chain Fv antibodies we post-synthetically modulated the cytokinin ribosides, the proposed transport forms of cytokinins, to study their role in cytokinin homeostasis in tobacco. In the immunomodulated roots we identified organ-specific changes in the cytokinin homeostasis associated with cytokinin-related phenotypes. Based on the analysis of endogenous cytokinin levels and expression profile of cytokinin biosynthetic genes we suggest roots as a main place of cytokinin biosynthesis in the young tobacco seedlings.

Keywords

CKX, cytokinin, homeostasis, immunomodulation, organ specificity, tobacco

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 1. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 22. 2. 2018
• Supervisor: RNDr. Lubomír Janda, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Radomíra Vaňková, CSc., Mgr. Lukáš Spíchal, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Genomics and Proteomics