Genetická determinance dormance druhu Prunus armeniaca (L.)

Ing. Jana Čechová

Doctoral thesis

Genetic determination of Prunus armeniaca (L.) dormancy

Abstract:

Jelikož jedním ze šlechtitelských cílů v procesu šlechtění meruněk v České republice je vyšší odolnost vůči mrazu, je také důležité hlubší pochopení genetických základů regulace výstupu květních pupenů meruněk z endogenní dormance. Odolnost vůči mrazu totiž po výstupu květních pupenů z endogenní dormance významně klesá. Výsledky této práce by měly přispět k lepšímu pochopení determinace výstupu pletiv z dormance. Jelikož se jedná o složitou problematikou zahrnující různé fyziologické pochody probíhající v rostlině, byl v práci ověřován vývoj koncentrace některých konkrétních kandidátních substancí, stejně jako byly hledány geny, u kterých vývoj jejich exprese může naznačovat vliv na proces výstupu z endogenní dormance. Termín výstupu květních pupenů z dormance byl stanoven metodou počítáním vykvetlých květních pupenů po přenesení odebraných výhonů do laboratorních podmínek. Dále byl sledován stav produkce etylénu, etanu a CO2 odebranými výhony s květními a listovými pupeny. Dalším sledovaným fyziologickým parametrem byla hladina kyseliny abscisové v květních pupenech a jejich váha v průběhu odebírání vzorků v období okolo termínu výstupu květních pupenů z endogenní dormance. Pro hlubší pochopení genetického pozadí výstupu květních pupenů z endogenní dormance, byla na čtyřech zkoumaných odrůdách ('Sundrop', SEO, 'Vestra' a 'Betinka') provedena analýza transkriptomu metodou cDNA-AFLP. Získané transkripční profily byly vyhodnoceny hodnotícími schématy, pomocí nichž byly nalezeny fragmenty genů, které vykazovaly změny ve své expresi v průběhu sledovaného období. Tyto vybrané fragmenty byly sekvenovány a výsledné sekvence byly srovnány s referenčními nukleotidovými sekvencemi v elektronických databázích (NCBI a TIGR). Výsledky srovnávání vedly k identifikaci mnohých ze sekvenovaných genů. Výsledky potvrdily vhodnost použití metody cDNA-AFLP k identifikaci kandidátních genů a nastínění hlavních molekulárních mechanismů odehrávajících se v období výstupu květních pupenů z endogenní dormance. Vhodnost použitého postupu v práci potvrzuje shoda sekvenovaných úseků genů, s geny v literatuře popsanými v souvislosti s výstupem rostlin z endogenní dormance a s procesy v rostlinách, v souvislosti s dormancí, probíhajícími (např. gen kódující akvaporin, GTP-vazebné proteiny, elongační faktor 1 alfa, ubikvitin a xyloglucan endotransglykosyláza hydroláza (EXGT-A1)). Výsledky sledování časové závislosti koncentrace vybraných substancí v průběhu výstupu z endogenní dormance neumožňují jednoznačné závěry o jejich vlivu na tento děj. Naopak bylo identifikováno několik genů, které by mohly být kandidáty markerů pro zjišťování načasování výstupu pupenů z endogenní dormance a poskytují dobrý výchozí bod pro další vědecký výzkum v této oblasti.

Abstract:

As achieving higher frost resistance is one of the apricot breeding goals in the Czech Republic, it is important to obtain a deeper understanding of the genetic background of the exit from endogenous dormancy for apricot flower buds. The reason is that frost resistance of flower buds is significantly reduced after exit from endogenous dormancy. The aim of this work was to contribute to the understanding of the process of exit of various plant tissues from dormancy, as the problem is very complex and containing a number of physiological processes that are controlled by the function and regulation of many various substances and corresponding genes. The time of exit of flower buds from endogenous dormancy was established by counting of flowering buds on sampled twigs after their transport to laboratory conditions. Furthermore, the production of ethylene, ethane, and CO2 was monitored for sampled twigs with flower and leaf buds. Other physiological parameters monitored during the course of this study were the level of abscisic acid in flower buds and their weigh during the sampling close to the period of exit from endogenous dormancy. An analysis of transcriptome using the cDNA-AFLP method was carried out on four apricot variants ('Sundrop', SEO, 'Vestra' a 'Betinka') to achieve a deeper understanding of the genetic background of exit of flower buds from endogenous dormancy. The transcription profiles obtained from this experiment were evaluated for changes in the expression profiles and fragments of genes with modified expression during the monitored period were sequenced identified. Obtained sequences were compared with sequences in electronic databases (NCBI and TIGR). The results of this comparison led to the identification of a number of the sequenced genes. The results of this study confirmed the suitability of use of the cDNA-AFLP method for the identification of gene candidates and getting a preliminary picture of the main molecular mechanisms taking place during the time of exit of flower buds from endogenous dormancy. The suitability of the used procedure was confirmed by the match between the genes identified from the sequencing and genes already described in the literature as being linked to the exit of plants from endogenous dormancy (e.g. gene coding for acquaporin, GTP-binding proteins, elongation factor 1 alpha, ubiquitin, and xyloglucan endotransglycosylase hydrolase). Measurements of concentration of selected substances during exit from endogenous dormancy do not allow definite conclusions about their influence on this process. On the other hand were identified several genes that might be candidates for markers identifying the output timing of endogenous dormancy of buds and provide a good starting point for further scientific research in this field.

Keywords

dormance, cDNA-AFPL, Prunus armeniaca, analýza transkriptomu

Keywords

transcriptome analysis, Prunus armeniaca, cDNA-AFLP, dormancy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 9. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Mgr. Miroslav Baránek, Ph.D.
• Reader: Zdeněk Vachůn, DrSc., prof. Ing., Jaroslav Salava, externi, Ildikó Matušíková, externi

Mendel University in Brno

Faculty of Horticulture

Doctoral programme / field:
Horticultural Engineering / Horticulture