Analýza genů indukovaných abiotickým stresem u řepky

Ing. Irena HOŠTIČKOVÁ

Doctoral thesis

Analysis of abiotic stress induced genes in rape

Abstract:

Šlechtění na odolnost vůči abiotickým stresorům je v současné době jedním z nosných témat šlechtění rostlin. Ve šlechtitelských programech řepky byla v případě selekce rostlin s vyšší odolností abiotickým stresům pozornost po dlouhé období věnována převážně jen popisným morfologickým a fyziologickým parametrům. V rámci této dizertační práce bylo provedeno několik experimentů zaměřených na identifikaci potenciálních genů spojených s reakcí na abiotický stres pomocí metody RT-qPCR (quantitative reverse transcription PCR). Zároveň byla použita metoda SPR (rezonance povrchového plazmonu), moderní optická metoda, která umožňuje studovat velmi nízké koncentrace nativních proteinů i v přítomnosti jiných látek, umožňuje kvantifikaci konkrétních proteinů vazbou na specifické protilátky a u řepky či jiných významných plodin nebyla doposud použita. Protein ERD10 byl pomocí metody rezonance povrchového plazmonu (SPR) identifikován jako protein účastnící se reakce na stres chladem, resp. aklimatizaci. Z výsledků vyplývá, že akumulace proteinu ERD10 ve standartních podmínkách ovlivňuje dynamiku změny jeho akumulace v průběhu stresu chladem. V případě, že hledáme genotypy, které by měly vynikat svou schopností aklimatizovat se i během krátkého teplého podzimu, nabízí se analýza akumulace dehydrinů metodou rezonance povrchového plazmonu jako vhodná metoda pro rychlý, nenáročný a relativně levný skrínink většího množství genotypů ve šlechtitelských kolekcích. Dalšími testovanými geny byly LTI78, RCI2A, NRP1 a dva geny pro hypotetické proteiny. Jejich relativní exprese se v průběhu stresu chladem také výrazně zvyšovala. O funkci těchto genů a proteinů se toho zatím ví velmi málo, proto budou jistě zajímavým předmětem dalších experimentů. Dále byla testována také relativní exprese genů vytipovaných podle výsledků analýzy proteinů metodou MALDI-TOF/TOF u regenerovaných mikrosporových embryí odvozených z rostlin řepky stresovaných simulovaným suchem. Byly testovány geny pro lactoylglutathione lyázu I, fosfolipázu D 1 a peroxiredoxin antioxidázu. U odolnější odrůdy ve standardních podmínkách a na začátku stresu byla naměřena významně nižší exprese genu pro peroxiredoxin antioxidázu. Tento gen bude předmětem našeho dalšího zkoumání jako potenciální marker pro výběr genotypů, které mohou být odolnější stresu suchem.

Abstract:

Breeding for abiotic stress tolerance is one of main topics in plant breeding. Oilseed rape breeding programs were for a long time focused on morphological and physiological parameters. In this thesis few experiments focused on identification of genes involved in abiotic stress reaction were performed using RT-qPCR (quantitative reverse transcription PCR). Simultaneously SPR (surface plasmon resonance) method were used as modern optical method facilitating very low native protein concentration even in presence of other substances. This method facilitates quantification of concrete proteins by binding them to specific antigen and in oilseed rape research it was not used by now. ERD10 protein was identified by SPR as protein involved in cold stress reaction (or acclimation). The results show ERD10 accumulation in standard conditions affects dynamics of its accumulation change during cold stress. In case we are searching for genotypes great in acclimation ability even during short and warm autumn SPR method should be suitable method for fast, easy and relatively cheap screening of large number of genotypes in breeding collections. Also genes LTI78, RCI2A, NRP1 and two genes for hypothetical proteins were analysed. Their relative expression during cold stress was markedly increased too. Very little is known about these genes and proteins nowadays therefor it will be interesting topic of our oncoming experiment. Relative expression of genes picked according to MALDI-TOF/TOF analysis results was also tested in microspore embryo regenerants stressed by simulated drought. Genes for lactoylglutathione lyase I, phospholipase D 1 and peroxiredoxin antioxidase were tested. In tolerant cultivar was markedly decreased gene expression of peroxiredoxin antioxidase in standard conditions and early stress. These gene will be subject for next research as potential marker for more tolerant genotypes selection.

Keywords

Brassica napus, řepka olejka, abiotický stres, rezonance povrchového plazmonu, RT-qPCR

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 3. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 25. 4. 2019
• Supervisor: prof. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Agriculture

Doctoral programme / field:
Biotechnology / Agricultural Biotechnology