Vplyv vonkajších a vnútorných faktorov na vyrastanie kotylárnych pupencov hrachu

Bc. Attila Kucsera

Master's thesis

Vliv vnějších a vnitřních faktorů na vyrůstání kotylárních pupenů hrachu

Abstract:

Apikální dominanci je jedním ze základních jevů růstové korelace ve fyziologii rostlin. Je dobře známo, že auxin pochází z apexu a pohybuje se směrem dolů ve stonku do kořenové špičky. Tento polární tok auxinu typu vrchol-báze udržuje v dormanci níže položené axilární pupeny. Pokud je apex odstraněn a tok auxinu přerušen, axilární pupeny mohou kanalizovat a exportovat svůj vlastní auxin do stonkového polárního transportního systému, čímž se vytvoří nový zdroj auxinu, což vede k vyrůstání pupenů. Kromě stonkových axilárních pupenů jsou na rostlinách hrachu (Pisum sativum L.) také dva kotylární pupeny, které byly v této práci použity jako modelový systém. Kotylární pupeny se nacházejí v blízkosti stonku a děložních listů. Je také známo, že děložní listy jsou bohaté zdroje auxinu. V této práci bylo ukázáno, že ve stopkách děložních listů jsou PIN1 proteiny, které zabezpečují výstup auxinu z buněk, lokalizované polárním způsobem. Tato polarizace indikuje tok auxinu z děložních listů do hlavního stonku, což naznačuje, že kotylární pupeny jsou udržovány v dormanci oběma toky auxinu, jak ze stonku, tak ze stopky děložních listů. Dále, na různých experimentálních modelech, kde byl přerušen tok auxinu ze stonku a/nebo tok auxinu z děložních listů, bylo ukázáno, že tok auxinu ve stonku měl větší vliv na inhibici růstu než auxin z děložních listů. Dále bylo zjištěno, že způsob vyrůstání kotlárních pupenů může být ovlivněn dostupností světla, což ukazuje propojení mezi auxiny a reakcí rostliny na zastínění (tzv. Shade-Avoidance response). V neposlední řadě bylo také prokázáno, že mechanismus vyrůstání kotlárních pupenů je založen na stejném principu kanalizace jako vyrůstání axilárních pupenů.

Abstract:

Apical dominance is one of the fundamental growth correlation phenomena in plant physiology. It is well known that auxin originates in the shoot apex and moving down in the stem to the root tip. This tip-to-base polar auxin flow maintains lower axillary buds in dormancy. When the shoot apex is removed and the auxin flow is disrupted, axillary buds can canalize and export their own auxin to the stem polar auxin transport system, establishing new auxin sources resulting in bud outgrowth. Besides stem axillary buds there are also two cotyledonary buds in pea (Pisum sativum L.) plantlets that were used as model system in this work. The cotyledonary buds are positioned in the vicinity of the stem and cotyledons. It is also known that cotyledons are rich auxin sources. In this work was shown that in cotyledone petioles PIN1 auxin efflux transmembrane proteins are localized in polar manner. This polarization indicates auxin flow from cotyledons to the main stem, suggesting that cotyledonary buds are maintained in dormancy by both stem and petiole auxin flows. Next, on different experimental models where stem auxin flow and/or auxin flow from the cotyledons was disrupted we shown that apex originated stem auxin flow had higher impact on cotyledonary bud outgrowth inhibition than cotyledon originated auxin. Furthermore, there was shown that the outgrowing pattern of cotyledonary buds can be influenced by light availability, suggesting some connection between auxin and the shade avoiding response. Last but not least there was also demonstrated that cotyledonary bud outgrowth mechanism is based on a same canalization principle as axillary bud outgrowth.

Abstract:

Apikálna dominancia je jedným zo základných javov rastovej korelácie vo fyziológii rastlín. Je dobre známe, že auxín pochádza z apexu a pohybuje sa smerom dole v stonke do koreňovej špičky. Tento polárny tok auxínu typu vrchol-báza udržiava v dormancii nižšie položené axilárne pupence. Ak je apex odstránený a tok auxínu prerušený, axilárne pupence môžu kanalizovať a exportovať svoj vlastný auxín do stonkového polárneho transportného systému, čím sa vytvorí nový zdroj auxínu, čo vedie k vyrastaniu pupencov. Okrem stonkových axilárnych pupencov sú na rastlinách hrachu (Pisum sativum L.) taktiež dva kotylárne pupence, ktoré boli v tejto práci použité ako modelový systém. Kotylárne pupence sa nachádzajú v blízkosti stonky a klíčnych listov. Je taktiež známe, že klíčne listy sú bohaté zdroje auxínu. V tejto práci bolo ukázané, že v stopkách klíčnych listov sú PIN1 proteín, ktoré zaezpečujú výstup auxínu z buniek, lokalizované polárnym spôsobom. Táto polarizácia indikuje tok auxínu z klíčnych listov do hlavnej stonky, čo naznačuje, že kotylárne pupence sú udržiavané v dormancii oboma tokmi auxínu, ako zo stonky, tak aj zo stopky klíčneho listu. Ďalej, na rôznych pokusných modeloch, kde bol prerušený tok auxínu zo stonky a/alebo tok auxínu z klíčnych listov, bolo ukázané, že tok auxínu v stonke mal väčší vplyv na inhibíciu rastu, ako auxín z klíčnych listov. Ďalej bolo zistené, že spôsob vyrastania kotylárnych pupencov môže byť ovplyvnený dostupnosťou svetla, naznačujúc prepojenie medzi auxínom a reakciou rastliny na zatienenie (tzv. shade-avoidance response). V neposlednom rade bolo taktiež preukázané, že mechanizmus vyrastania kotylárnych pupencov je založený na rovnakom princípe kanalizácie ako vyrastanie axilárnych pupencov.

Keywords

apikální dominance, auxin, imunoanalýza, polarizace PIN1 proteinů

Keywords

apical dominance, auxin, immunoanalysis, PIN1 protein polarization

Keywords

apikálna dominancia, auxín, imunoanalýza, polarizácia PIN1 proteínov

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jozef Balla, Ph.D.
• Reader: Jarmila Blažková, CSc.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme / field:
Plant Production / Plant Biotechnology