Úloha signální dráhy cytokininů v regulaci epigenetických procesů v Arabidopsis thaliana

Bc. Jiří Rudolf

Master's thesis

The role of cytokinin signaling pathway in the regulation of epigenetic processes in Arabidopsis thaliana

Abstract:

Propojení mezi cytokininy a epigenetickými mechanismy vytváří složitý systém umožňující rostlině regulovat růst a vývoj v reakci na změnu prostředí. Tato diplomová práce se soustředí na mechanistické propojení cytokininové signalizace a procesy histonových modifikací, a to skrze homeodoménový protein HAT3.1. V teoretické části jsou shrnuty poznatky o biosyntéze, metabolismu a signalizaci cytokininů v souvislosti s epigenetickými procesy. Dále je přiblížen gen HAT3.1 a jeho pravděpodobná interakce s histony, zejména modifikace H3K4me0. V experimentální části je popsán vliv exogenního působení cytokininů na úroveň exprese HAT3.1 pomocí kvantitativní PCR a glukuronidového barvení rostlinných linií obsahujících transkripční fúzi genového promotoru. Tímto bylo zjištěno negativní působení cytokininů na expresi HAT3.1, které je zprostředkováno skrze ARR1 a pravděpodobně též ARR12. Negativní efekt cytokininů na expresi HAT3.1 byl pozorován u klíčních rostlin a stonkového apexu, především v oblastech laterálních kořenů a květních pupenů. Dále byly testovány interakce HAT3.1 a ARR proteinů pomocí kvasinkového dvouhybridního systému. Žádná z testovaných interakcí nebyla v použitém systému prokázána. Souhrnně prezentované výsledky ukazují, že cytokininy pletivově specificky modulují expresi HAT3.1 skrze kanonické transkripční faktory ARR typu B, s důrazem na roli ARR1.

Abstract:

Cytokinins and epigenetic processes are a matter of livid crosstalk which enables precise development and adaptation of plants to ever-changing environment. This thesis aimed for description of a link between cytokinin signaling and histone modifications through homeodomain protein HAT3.1. The theoretical part presents current knowledge of cytokinin/epigenetic interactions and presents HAT3.1 in more detail using bioinformatic approaches, especially the H3K4me0 putative interaction. Using RT-qPCR and glucuronidase staining, HAT3.1 expression was shown to be negatively affected by exogenous cytokinin treatments. This transcription control is mediated by ARR1 and presumably ARR12. Negative role of cytokinin in regulation of HAT3.1 expression was shown in seedlings and shoot apex, especially in case of lateral roots and floral buds. Physical protein interactions of HAT3.1 and tested ARRs were not identified in yeast two-hybrid system. Overall, the presented results provide consistent evidence that cytokinins fine-tune HAT3.1 expression in a tissue-specific manner with an emphasis on ARR1.

Keywords

cytokininy, epigenetika, kvasinkový dvouhybrid, cytokinins, epigenetics, HAT3.1, ARABIDOPSIS RESPONSE REGULATORS, yeast two-hybrid, RT-qPCR

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2023
• Supervisor: RNDr. Jan Skalák, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Miloslava Fojtová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Genomics and Proteomics