Analysis of ploidy and reproductive development in the mutant lines of SMC5/6 complex in Arabidopsis

Bc. Martina TUČKOVÁ

Master's thesis

Abstract:

The key regulators of chromatin structure, dynamics and function are the Structural maintenance of chromosomes (SMC) complexes. In eukaryotes there are at least three such complexes: cohesin, condensin and SMC5/6 complex. The SMC5/6 complex is involved in diverse mechanisms responsible for the maintenance of post-replicative chromosome structure. However, its functions still remain very poorly understood. The aim of this thesis was to analyze defects in the reproductive development of SMC5/6 complex mutants in Arabidopsis. The analysis included evaluation of seed development, analysis of pollen viability using FDA staining assay, measurements of pollen area in ImageJ software, reciprocal crossing and ploidy measurements using flow cytometry. It was shown that NSE2/HPY2/MMS21 mutants caused paternally inherited abnormal seed phenotype and the pollen viability was reduced. Measurements of the pollen area revealed that HPY2 mutants also produced two cohorts of differently sized pollen, which indicated that the ploidy level of these mutants could be affected. Following ploidy measurements proved that HPY2 mutants lead to triploid offspring by producing diploid male gametes. Obtained results suggested that the SMC5/6 complex is involved in basic control of the ploidy level. This novel function of the SMC5/6 complex has not yet been proposed even in the animal kingdom.

Abstract:

Klíčovými regulátory struktury, dynamiky a funkce chromatinu jsou Structural maintenance of chromosomes (SMC) komplexy. U eukaryot existují alespoň tři takové komplexy: kohezin, kondenzin a SMC5/6 komplex. SMC5/6 komplex je zapojen v různých mechanizmech zodpovědných za udržení post-replikativní struktury chromozomu. Jeho funkce však nadále zůstávají jen velmi málo pochopeny. Cílem této práce bylo analyzovat defekty v reprodukčním vývoji mutantů SMC5/6 komplexu u huseníčku. Analýza zahrnovala hodnocení vývoje semen, analýzu životnosti pylových zrn pomocí FDA barvení, měření velikosti pylových zrn s využitím programu ImageJ, reciproká křížení a měření ploidie metodou průtokové cytometrie. Bylo prokázáno, že NSE2/HPY2/MMS21 mutanti způsobili paternálně děděný abnormální fenotyp semen a sníženou životnost pylových zrn. Měření velikosti pylových zrn odhalilo, že HPY2 mutanti rovněž produkovali dvě skupiny různě velkých pylových zrn, což naznačovalo, že by u těchto mutantů mohla být ovlivněna úroveň ploidie. Následná měření ploidie prokázala, že mutace HPY2 vede ke vzniku triploidního potomstva v důsledku produkce diploidních samčích gamet. Získané výsledky naznačují, že SMC5/6 komplex je zapojen v základní kontrole úrovně ploidie. Tato nová funkce SMC5/6 komplexu nebyla dosud navržena ani u zvířat.

Keywords

SMC5/6 komplex, reprodukční vývoj, ploidie, HPY2, Arabidopsis

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 5. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Mgr. Aleš Pečinka, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / odbor:
Biology / Molecular and Cell Biology