Vyhledávání a charakteristika genů zodpovědných za purpurové zbarvení obilek pšenice seté (Triticum aestivum L.)

MVDr. Ing. Václav Trojan

Doctoral thesis

Detection and characteristics of genes responsible for the caryopses purple pigmentation in wheat (Triticum aestivum L.)

Abstract:

Purpurová barva obilek u pšenice seté (Triticum aestivum L.) je obvyklým příkladem rozmanitosti Matky přírody. Cílem práce bylo přispět k pochopení genetického založení tvorby těchto pigmentů, jejich ukládání v průběhu zrání obilky množstvím pigmentů v obilce. Červené a bílé obilky jsou běžné u pšenice. Netradiční purpurové zbarvení obilek, je způsobeno ukládáním pigmentů do perikarpu. Po chemické stránce patří barviva mezi antokyany. Klíčovým enzymem v biosyntetické dráze antokyanů je chalkonsyntáza, která katalyzuje hned první krok této dráhy. Dále bylo sledováno ukládání antokyanů do perikarpu, exprese genu příslušnému enzymu chalkonsyntáze a obsah hlavních antokyanů kyanidin 3 glykosidu, který je hlavní součástí pigmentace purpurového perikarpu a dále delfinidin-3-glukosidu. Ukládání barviv v průběhu vývoje obilky není stejnorodé. Nejprve vznikají izolované skvrnky, které následně splynou v jeden celek. V případě exprese mRNA chalkonsyntázy došlo k projevům o pět dnů dříve, než bylo zaznamenáno ukládání pigmentů mikroskopicky. S koncem vývoje obilky hodnoty hlavního antokyanu kyanidin-3-glykosidu klesaly, protože došlo k přeměně na více komplexní látku, jev označovaný jako kopigmentace.

Abstract:

The purple color of the caryopses in common wheat (Triticum aestivum L.) is an example of the countless diversity of the Mother Nature. Red and white caryopses are typical in common wheat. Genotypes with purple caryopses are also described. This coloring is caused by anthocyanins which deposit in the pericarp (purple). The anthocyanins biosynthetic pathway is well described. The key enzyme is chalcone synthase (CHS). It catalyzes the first step. We observed the deposition of anthocyanins in the pericarp, the expression of a chalcone synthase gene and the amount of the major anthocyanin - cyanidin-3-glycoside (pericarp of purple caryopses) and delphinidin 3 gycoside during caryopsis development. Purple pigment deposition was not homogeneous and/or uniform. At first, small isolated spots of purple color were formed and thereafter they expanded. The expression of chalcone synthase mRNA occurred five days before pigment deposition and finished earlier than expected. Amounts of cyanidin-3-glycoside increased continuously. Amounts of these fell at the end of caryopses development probably due to formation of more complex substances, process which is described as copigmentation.

Keywords

Triticum aestivum L., Chalkonsyntáza, Flavonoidy

Keywords

Triticum aestivum L., Chalcone synthase, Flavonoids

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 1. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 10. 2. 2015
• Supervisor: prof. RNDr. Ladislav Havel, CSc.
• Reader: Petr Babula, doc. PharmDr., Ph.D., Zdeněk Sladký, prof. RNDr., Aleš Lebeda, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Agronomy

Doctoral programme / field:
Botany / Plant Anatomy and Physiology