Mapování přirozené variability cytokininové signalizace a metabolismu u Arabidopsis thaliana

Bc. Zuzana Samsonová

Master's thesis

Mapping natural variation in cytokinin signalling and metabolism in Arabidopsis thaliana

Abstract:

Za to, že rostliny dokázaly kolonizovat všechny ekosystémy na Zemi, vděčí zčásti své schopnosti rychle a účinně se přizpůsobovat změnám v prostředí. K této adaptaci dochází mimo jiné prostřednictvím změn v soustavě fytohormonů. Jedním z hlavních určujících faktorů buněčné plasticity jsou cytokininy, látky, které hrají zásadní roli v několika procesech, na jejichž úhrnu závisí celková kondice rostlinného organismu v libovolných daných podmínkách. Existence geneticky podmíněných rozdílů mezi cytokininy u populací téhož druhu žijících v různých geografických lokalitách již byla u několika rostlin prokázána. Stejně jako je tomu u dalších signalizačních molekul, i působení cytokininů je určeno množstvím aktivního hormonu vystaveného receptorovým molekulám a síle a trvání následné signalizace. Hladiny aktivního hormonu závisí na kombinační regulaci jejich biosyntézy, vratné a nevratné metabolické interkonverzi a terminální degradaci. Receptorové a efektorové molekuly pak vnitřní nastavovací signál převedou a modulují. Arabidopsis thaliana se již dlouho využívá jako model pro studium různých rostlinných procesů a genetiku tohoto systému se podařilo zjednodušit sekvenováním genomu. U Arabidopsis thaliana pak bylo popsáno několik genů, které se na metabolismu cytokininů a příslušné signalizaci podílejí. Patří k nim geny kódující enzymy zodpovídající za biosyntézu, interkonverzi, konjugaci a terminální degradaci. Také byly naklonovány a charakterizovány receptory, které váží a rozpoznávají různé cytokininy, a několik tříd následných efektorových molekul. Faktorem spojujícím genetické a environmentální aspekty pozorované variability by mohly být změny exprese u těchto tříd genů u geneticky specifických ekotypů. Mapování variací exprese genů zapojených do metabolismu cytokininů a signalizace u vybraných geneticky specifických ekotypů A. thaliana nám umožní stanovit základ pro pochopení toho, jak u rostlin relativně drobné změny v expresi genů slouží k iniciaci a vyladění procesů adaptace.

Abstract:

Plants have colonised all ecosystems on earth in part due to their capacity to adapt to changes in their surroundings quickly and effectively. In order to achieve such adaptation, plants utilize changes in, among others, phytohormone systems. Cytokinins are key determinants of cellular plasticity and are crucial for several processes that together determine overall fitness under any given conditions. The existence of genetically determined variation in geographically distinct populations within the same species has been documented in several plants. Like any other signal molecule, the action of cytokinins is determined by the amount of active hormone exposed to receptor molecules, and the strength and duration of the subsequent signalling. Active hormone levels are the result of the combinatorial regulation of their biosynthesis, reversible and irreversible metabolic interconversion, and terminal degradation. Receptor and effector molecules then transduce and modulate the inward rectifying signal. Arabidopsis thaliana has long been used as a model to study various plant processes and genetics in this system has been simplified by genome sequencing. Several genes have been characterized in A. thaliana that participate in cytokinin metabolism and signaling. These include genes encoding enzymes responsible for biosynthesis, interconversion, conjugation and terminal degradation. Receptors that bind and recognize various cytokinins, and several classes of downstream effector molecules have also been cloned and characterized. Changes in the expression of these classes of genes in genetically distinct accessions could connect the genetic and environmental aspects of existing variation. Mapping the variations in the expression of genes involved in cytokinin metabolism and signalling among selected genetically distinct A. thaliana accessions will allow us to establish a basis for understanding how relatively minor changes in gene expression are used by the plant to form and fine-tune adaptive processes.

Keywords

Arabidopsis thaliana, cytokininy, cytokininový metabolismus, ekotyp, zeatin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 2. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 11. 6. 2013
• Supervisor: Ph.D. Nagavalli Subbanna Kiran

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Molecular Biology and Genetics