Proteomická analýza různě odolných ozimých odrůd pšenic vůči abiotickému stresu

Bc. Barbora Nezbedová

Diplomová práce

Proteomic analysis of differently tolerant winter wheat cultivars to abiotic stress

Anotace:

Studium mechanismu stresových reakcí na molekulární a biochemické úrovni je předpokladem pro záměrné získávání odolnějších genotypů polních plodin a dalších zemědělsky významných rostlin. Cílem této diplomové práce bylo ověřit, zda odrůdy pšenice s vyšší odolností vůči chladu akumulují ve vegetativním stádiu více dehydrinů ve stresovaných pletivech. A dále zjistit, zda existuje závislost odolnosti vůči nízkým teplotám na obsahu dehydrinů u většího počtu odrůd pěstovaných v polních podmínkách.V této diplomové práci bylo studováno 22 odrůd ozimé pšenice, které byly vybrány tak, aby byla zastoupena škála přežití v hodnocení zimovzdornosti pomocí provokační nádobové metody ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby (Prášil et al. 2018) na devítistupňovém hodnocení. Studovány byly odrůdy Annie, Baracuda, Bodyček, Bohemia, Dagmar, Elly, Frisky, Genius, Gordian, Julie, LG Imposanto, Mironovská 808, Novosibirskaya 2, Partner, Rebell, RGT Reform, RGT Sacramento, Seladon, Steffi, Sultan, Tobak, Vanessa. Odrůdy ozimé pšenice byly pěstovány na poli šlechtitelské stanice Selgen a.s., Stupice v zimním období 2018/2019. Z pole byly odebrány odnožovací uzle všech odrůd na konci listopadu (termín zvolen dle Vítámvás et al. 2019). Relativní akumulace dehydrinových proteinů byla stanovena pomocí SDS-PAGE a imunoblotu s antidehydrinovou primární protilátkou (Vítámvás et al. 2010). Relativní densita dehydrinových bandů byla vyhodnocena softwarem Quantity One. Z naměřených dat bylo statistickou analýzou prokázáno, že odrůdy, které spadají do skupiny odrůd s vysokou zimovzdorností, se statisticky významně liší v relativní akumulaci dehydrinů od odrůd, které spadají do skupiny se střední a nízkou zimovzdorností. Ovšem odrůdy s nízkou a střední zimovzdorností se od sebe statisticky významně neliší. Další analýzou pak byla statisticky prokázána závislost relativní akumulace dehydrinů (vlastní proteomická analýza) na zimovzdornosti (hodnocení odrůd pomocí stupnice 1-9, kdy 1 - nejnižší zimovzdornost, 9 - nevyšší zimovzdornost). Z těchto výsledků lze tedy vyvodit, že velmi odolné odrůdy ozimé pšenice k chladu a mrazu mají více akumulovaných dehydrinů v období aklimatizace, než ostatní odrůdy a následně také lze konstatovat, že byla pozorována závislost mezi odolností odrůdy k nízkým teplotám a celkovému množství akumulovaných dehydrinů.Dehydriny by tak bylo možné využít jako ukazatele (markery) odolnosti pšenic pěstovaných i v polních podmínkách. Ovšem je nutné otestovat větší sortiment genotypů v polních podmínkách i v dalších sezónách pro ověření spolehlivosti dehydrinových analýz jako markeru odolnosti vůči daným abiotickým stresům. Snáze by tak mohlo docházet k výběru genotypů pšenice odolných k nízkým teplotám pro další šlechtění.Experimentální část práce byla řešena na pracovišti Odboru genetiky a šlechtění rostlin VÚRV Praha, v.v.i. v laboratoři Biologie stresu a biotechnologie ve šlechtění. Práce byla podpořena projektem MZe QK1710302.

Abstract:

The study of the mechanism of stress reactions at the molecular and biochemical level is a prerequisite for the deliberate acquisition of more resistant genotypes of field crops and other agriculturally important plants. The aim of this thesis is to verify whether wheat varieties with higher resistance to cold accumulate more dehydrins in stressed plant tissue during the vegetative stage and to determine whether there exists a dependence between the rezistance to low temperatures and dehydrin content in a larger number of varieties grown in field conditions. In this thesis, 22 varieties of winter wheat were studied, which were selected to represent the survival scale for evaluation of winter hardiness using the provocative container method at the Research Institute of Plant Production (Prášil et al. 2018) based on nine point scale. The varieties Annie, Baracuda, Bodyček, Bohemia, Dagmar, Elly, Frisky, Genius, Gordian, Julie, LG Imposanto, Mironovská 808, Novosibirskaya 2, Partner, Rebell, RGT Reform, RGT Sacramento, Seladon, Steffi, Sultan, Tobak, and Vanessa were studied. Winter wheat varieties were grown in the field of the breeding station Selgen a.s., Stupice, in the winter period 2018/2019. Branching nodes of all varieties were removed from the field at the end of November (date chosen according to Vítámvás et al. 2019). The relative accumulation of dehydrin proteins was determined by SDS-PAGE and immunoblotting with an anti-dehydrin primary antibody (Vítámvás et al. 2010). The relative density of the dehydrin bands was evaluated by Quantity One software. From the measured data, statistical analysis showed that varieties that fall into the group of varieties with higher winter hardiness differ statistically significantly from varieties that fall into the group with medium and low winter hardiness. However, varieties with low and medium winter hardiness do not differ statistically significantly from each other. Another analysis statistically proved the dependence of the relative accumulation of dehydrins (own proteomic analysis) on winter hardiness (evaluation of varieties using the scale 1-9, where 1 – the lowest winter hardiness, 9 – the highest winter hardiness). From these results it can be concluded that very resistant varieties of winter wheat to cold and frost accumulate more dehydrins during acclimatization than other varieties and subsequently it can be stated that the dependence between resistance of the variety to low temperatures and total accumulated dehydrins can be observed.Dehydrins could thus be used as indicators (markers) of resistance of wheat grown in field conditions. However, it is necessary to test a larger range of genotypes in field conditions and in other seasons (as well) to verify the reliability of dehydrin analyses as a marker of resistance to given abiotic stresses. It could thus be easier to select genotypes resistant to low wheat temperatures for further breeding. The experimental part of the work was solved at the workplace of the Department of Genetics and Plant Breeding VÚRV Prague, v.v.i. in the laboratory of Biology of stress and biotechnology in breeding. This thesis was supported by the project of the Ministry of Agriculture QK1710302.

Klíčová slova

dehydriny, chlad, odnožovací uzly, polní podmínky, stresové proteiny, Triticum aestivum L.

Keywords

dehydrins, cold, crown, field trials, stress proteins, Triticum aestivum L.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 7. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Dr. Ing. Pavel Vejl

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Biotechnologie / Biotechnologie a šlechtění rostlin