Dormance semen jako klíčový domestikační znak bobovitých rostlin

Mgr. Iveta HRADILOVÁ

Doctoral thesis

Seed dormancy as the key domestication trait in legumes.

Abstract:

Seed dormancy is one of two key domestication traits including in legumes. Selected cultivated and wild pea genotypes (Pisum sativum L. and P. sativum subsp. elatius (M. Bieb.) Asch. & Graebn.) were used as a model system. Pea seeds as well as other wild progenitors of cultivated legumes display physical dormancy. This type of dormancy is caused by water impermeable cell layers in the seed coat. First part of the thesis focuses on the comparative anatomical, chemical and transcriptomic analysis between cultivated non-dormant P. sativum (JI92, cv. Cameor), wild dormant P. elatius (JI64, VIR320) and respective recombinant inbred lines (RILs) established by crosses of JI64 and JI92 parents. Testa thickness was analyzed by micrometric, light and scanning electron microscopy measurements. Considerable differences were found in texture of testa surface, length of macrosclereids and seed coat thickness. Comparative transcriptomic analysis resulted in identification of differentially expressed genes. Selected genes were studied by qRT-PCR analysis. Among others, there was number of genes belonging to phenylpropanoid pathway, identified also in metabolomics study of seed coat. The second objective of the study was found of association between the seed dormancy, seed properties and environmental factors in using the wild pea model. Two oscillating temperature regimes were experimentally tested as dormancy release clue. To assess the dormancy status, seed imbibition and germination was scored. Seed total germination ranged from 0 to 100%. Only one environmental variable - annual temperature range (BIO7) - was significantly related to germination responsivity. The higher content of total proanthocyanidins in dormant seed coat as compared to non-dormant or responsive accessions was found and this corresponded also to comparative metabolomics analysis of contrasting genotypes.

Abstract:

Předkládaná práce je zaměřena na získání nových poznatků o dormanci semen, která je jedním ze dvou klíčových domestikačních znaků bobovitých rostlin. Modelovou rostlinou disertační práce je hrách, jeho vybrané kulturní a plané genotypy (Pisum sativum L. a P. sativum subsp. elatius (M. Bieb.) Asch. & Graebn.). Pro hrách a řadu dalších bobovitých rostlin je typická fyzická dormance, která je zprostředkována vrstvami palisádových buněk v osemení, které jsou nepropustné pro vodu. První část je věnována srovnání anatomických, chemických a transkriptomických odlišností mezi kulturními nedormantními (JI92, cv. Cameor), planými dormantními (JI64, VIR320) genotypy hrachu a rekombinatními inbredními liniemi (RILs) vzniklými křížením JI64 a JI92. Tloušťka osemení byla analyzována mikrometricky a pomocí světelného i skenovacího elektronového mikroskopu. Byly zaznamenány významné rozdíly v povrchové struktuře, tloušťce osemení a délce makrosklereid. Dynamická povaha genové exprese byla stanovována pomocí kvantitativní RT-PCR analýzy u vybraných diferenciálně exprimovaných genů. Mezi nimi bylo několik genů patřících do fenylpropanoidní dráhy, které byly také identifikovány při metabolomickém studiu osemení. Druhá část měla za cíl zjistit vztahy mezi dormancí semen, vlastnostmi semen a faktory prostředí za využití modelu planého hrachu. Jako možný zdroj k uvolnění dormantního stavu byl testován vliv oscilace teplot. Dormance byla hodnocena na základě bobtnání a klíčení semen. Klíčivost semen se pohybovala v rozmezí od 0 do 100%. Dále bylo zjištěno, že pouze jedna proměnná prostředí - roční teplotní rozmezí (BIO7) - významně souvisí s klíčením. Celkový vyšší obsah proanthokyanidinů byl nalezen v osemení dormantních druhů ve srovnání s nedormantními nebo responsivními, což odpovídalo i srovnávací metabolomické analýze kontrastních genotypů.

Keywords

adaptace, dormance, klíčení, luštěniny, hrách, osemení a transkriptomika

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 10. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Petr Smýkal, Ph.D., doc. Ing. Petr Smýkal, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany