Vplyv cytokinínov na udržanie funkcie fotosystému II v priebehu indukovanej senescencie

Mgr. Helena JANEČKOVÁ

Doctoral thesis

Effect of cytokinins and their derivatives on structure and function of photosynthetic apparatus

Abstract:

Leaf senescence, the final stage of leaf development, is a complex process that involves numerous physiological and biochemical changes. Senescence is usually accompanied by a loss of chlorophyll (Chl) and by inhibition of photosynthetic processes, including photosystem (PSII) photochemistry. Plant hormones cytokinins (CKs) are negative regulators of senescence. It is well known that in detached leaves, both exogenously applied CKs and light retard senescence, however, the mechanism of their mutual interaction is not clear. We have analysed changes in content of endogenous CKs and individual CK forms in detached leaves of Arabidopsis thaliana kept under different light conditions and we have correlated these changes with changes in chlorophyll content, efficiency of PSII photochemistry, and lipid peroxidation. We have shown that the content of endogenous CKs and individual CK forms in detached Arabidopsis leaves differs significantly under various light conditions. In leaves kept in darkness, we have observed decreased content of the most abundant CK free bases and ribosides. We have suggested that the light-mediated retardation of senescence in detached Arabidopsis leaves is related to light-dependent persistence of N6(2isopentenyl)adenine CK biosynthesis during senescence. We have also found that light was able to partially compensate the disrupted CK signalling caused by the loss-of-function mutation in CK receptors during senescence of detached leaves of Arabidopsis mutants. Recent studies have shown that Chl b is important for the regulation of senescence. We have found that the deficiency of Chl b in barley mutant significantly accelerates the inhibition of PSII photochemistry during dark-induced senescence of detached leaves. We suppose that the stronger impairment of PSII function is associated with a more pronounced damage of reaction centre of PSII. Exogenously applied CKs were able to eliminate the acceleration of PSII impairment, probably by the stabilization of reaction centres of PSII.

Abstract:

Listová senescencia, konečné štádium vývoja listov, je komplexný proces, ktorý zahŕňa množstvo fyziologických a biochemických zmien. Senescencia je zvyčajne sprevádzaná poklesom obsahu chlorofylu a inhibíciou fotosyntetických procesov, vrátane fotochémie fotosystému II (PSII). Rastlinné hormóny cytokiníny (CK) sú známe ako negatívne regulátory starnutia. V oddelených listoch je dobre známe, že exogénne aplikované CK ako i svetlo spomaľujú priebeh senescencie, avšak mechanizmus ich vzájomnej interakcie pri sprostredkovaní tohto účinku zostáva nejasný. Analyzovali sme zmeny v obsahu endogénnych CK a jednotlivých CK foriem v oddelených listoch Arabidopsis thaliana inkubovaných v rôznych svetelných podmienkach a tieto zmeny sme korelovali so zmenami v obsahu chlorofylu, účinnosti fotochémie PSII a peroxidácii lipidov. Ukázali sme, že v oddelených listoch Arabidopsis inkubovaných pod rôznymi svetelnými podmienkami sa obsah endogénnych CK a ich jednotlivých foriem výrazne líši. V listoch inkubovaných v tme sme pozorovali znížený obsah najhojnešie sa vyskytujúcich CK báz a ribosidov. Navrhli sme, že spomalenie senescencie vyvolaná svetlom u oddelených listov Arabidopsis môže súvisieť s pretrvávajúcou biosyntézou N6(2isopentenyl)adenínu. Ukázali sme, že počas senescencie oddelených listov Arabidopsis je svetlo schopné nahradiť CK signál v prípade porušenej signálnej dráhy kvôli nefunkčnosti CK receptorov. Nedávne štúdie ukázali, že chlorofyl (Chl) b má tiež dôležitú úlohu v regulácii senescencie. Zistili sme, že deficit Chl b u mutanta jačmeňa výrazne zrýchľuje inhibíciu fotochémie PSII počas indukovanej senescencie oddelených listov inkubovaných v tme. Predpokladáme, že silnejšie poškodenie funkcie PSII súvisí s výraznejším poškodením reakčných centier PSII. Exogénne aplikovaný CK eliminoval urýchlenie poškodenia PSII, pravdepodobne stabilizáciou reakčných centier PSII.

Keywords

cytokininy, fotosyntéza, fotosystém II, senescence, svetlo

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Martina Špundová, Ph.D., RNDr. Martina Špundová, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics