Význam cytokininů v organizaci a vývoji rostlinných pletiv

Mgr. Vojtěch Didi, Ph.D.

Doctoral thesis

Role of the Cytokinins in Plants Tissues Development and Organization

Abstract:

Rostliny jsou unikátní svojí schopností přizpůsobit se okolním podmínkám. Jsou to organizmy neschopné útěku či spíše spontánní změny stanoviště, a proto je pro ně schopnost přizpůsobit své vnitřní mechanizmy změnám či tlakům okolního prostředí životní nutností. Téměř každá diferencovaná rostlinná buňka je schopna řízené dediferenciace a následné diferenciace v buňku jiného typu. To činí rostliny fascinujícími modelovými organizmy [alespoň z hlediska výzkumných pracovníků]. Další a praktičtější vlastností rostlin je jejich využitelnost pro lidskou populaci. Rostliny nám slouží jako zdroj potravy či materiálu, dále plní nezastupitelnou roli v krajině – funkční i estetickou. Rostliny jsou nám také společníky zkrášlujícím naše domovy, zahrady či parky a působí coby „plíce“ planety. Lignocelulóza je nejrozšířenějším biopolymerem na zemi. Proto může být v budoucnu důležitým zdrojem jak v energetice, tak i coby surovina pro chemický, farmaceutický či materiálový průmysl. Rostlinná těla jsou plná lignocelulózy. Z tohoto hlediska je velmi důležité znát přesné vývojové mechanizmy stojící za tvorbou a organizací této podstatné složky rostlinné biomasy. Tato práce se zabývá objasněním vlivu rostlinných hormonů zvaných cytokininy na vznik a vývoj buněk se sekundární buněčnou stěnou. Sekundární buněčná stěna je složena především z celulózy, hemicelulózy a ligninu. Buňky se sekundární buněčnou stěnou jsou důležitými součástmi rostlinného těla. Plní funkci vodivých elementů [xylém] a také plní funkci opory [buňky xylémových vláken]. Výsledky prezentované v této práci ukazují existenci apikálně-bazálního vývojového gradientu buněk xylému a xylémových vláken. Narušení schopnosti vnímat cytokinin, stejně jako snížení hladiny endogenních cytokininů, vede k porušení tohoto vývojového gradientu a k předčasné buněčné diferenciaci. Za tento jev je zodpovědný především tzv. „master“ regulátor NST3, který řídí diferenciaci buněk se sekundární buněčnou stěnou. Exprese genu NST3 je pod kontrolou cytokininu, potažmo cytokininové signalizace. Výsledky dokazují, že se cytokininy podílí na regulaci exprese genů zodpovědných za diferenciaci výše zmíněných buněčných typů a tím také za regulaci apikálně-bazálního vývojového gradientu rostlin.

Abstract:

Plants are unique in their ability to adapt to environmental conditions. They are unable to escape or rather to spontaneously change habitat, and therefore the ability to adapt their internal mechanisms to the changes or pressures of the environment is a vital necessity. Almost every differentiated plant cell is capable of controlled dedifferentiation and subsequent differentiation into another cell. This makes plants a fascinating model organism [at least from the researchers poinf of view]. Another and more practical feature of plants is their usability for the human population. Plants serve as a source of food or material, and play an irreplaceable role in the landscape - both functional and aesthetic. Plants are also companions to beautify our homes, gardens and parks and they act as the planet's lungs. Lignocellulose is the most widespread biopolymer on earth. Therefore, it can be an important source of energy in the future as raw material for the chemical, pharmaceutical and material industry. Plant bodies are full of lignocellulose. From this point of view, it is very important to know the exact development mechanisms behind the formation and organization of this essential component of plant biomass. This work deals with elucidation of the influence of plant hormones called cytokinins on the formation and development of cells with secondary cell wall. The secondary cell wall is composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin. Cells with a secondary cell wall are important components of the plant body. It acts as a conductive element [xylem] and also serves as a support for xylem fiber cells. The results presented in this work show the existence of an apical-basal development gradient of xylem and xylem fibers. Disruption of cytokinin perception, as well as reduction of endogenous cytokinin levels, leads to disruption of this developmental gradient and premature cell differentiation. This phenomenon is primarily responsible for the so-called master controller NST3, which controls cell differentiation with the secondary cell wall. The expression of the NST3 gene is under the control of the cytokinin, or cytokinin signaling. The results show that cytokinins are involved in the regulation of the expression of genes, that are responsible for differentiation of the above-mentioned cell types. Therefore, cytokinines also take part in the regulation of apical-basal developmental gradient of plants.

Keywords

Arabidopsis thaliana, složení a vývoj sekundární buněčné stěny, cévní svazky, cytokinin, vodivé elementy, lignifikace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 9. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 29. 10. 2019
• Supervisor: doc. RNDr. Jan Hejátko, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Radomíra Vaňková, CSc., prof. RNDr. Viktor Žárský, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Genomics and Proteomics