Cytokinins as mediators of plant physiological responses

Mária Šmehilová

Doctoral thesis

Abstract:

This work is focused on metabolism of plant hormones cytokinins and consists of two parts. In the first part, verification of predicted subcellular localization of a maize non-secreted CKX isoform (ns-ZmCKX) is described in comparison to the apoplastic ZmCKX1. The ns-ZmCKX gene (annotated as ZmCKX10, GenBank no. FJ269181) cloning is included. Further, its predicted subcellular localization is confirmed to the cytosol using confocal microscopy of tomato hairy roots overexpressing ZmCKX10 fused with GFP. For biochemical characterization, the ZmCKX10 recombinant protein was prepared using Pichia pastoris expression system. ZmCKX10 was identified as a 56.3 kDa protein using MALDI-TOF/MS and subsequently, electron acceptor preference and substrate specificity was determined. Finally, phenotypical changes of tomato hairy roots overexpressing ZmCKX10-GFP and ZmCKX1-GFP were described. The second part of this work deals with the cytokinins? role in plant stress responses and senescence. Quantitative analysis of the relative transcript levels was used to determine expression profiles of the genes involved in cytokinin metabolism and perception during natural leaf senescence in Arabidopsis. A CKX activity assay was performed and cytokinin content was determined in senescent Arabidopsis leaves. Novel cytokinin derivatives with proposed anti-senescence activity were examined for their effects to delay senescence in Arabidopsis and maize leaves in terms of gene expressions modulation detection and phenotype changes determination

Abstract:

Práce je zaměřena na metabolismus rostlinných hormonů cytokininů a je rozdělena do dvou částí. První část se věnuje ověření předpokládané lokalizace nesekretované isoformy CKX z kukuřice (ns-ZmCKX) a objasnění její funkce na základě porovnání s apoplastickou ZmCKX1. Byl nově naklonován gen pro ns-ZmCKX, který byl anotován jako ZmCKX10 (GenBank no. FJ269181). Použitím GFP fúze s následnou overexpresí v pletivech kořene rajčete byla pomocí konfokální mikroskopie ověřena jeho subcelulární lokalizace v cytosolu. Pro biochemickou charakterizaci byl připraven rekombinantní ZmCKX10 v expresním systému Pichia pastoris. ZmCKX10 byl pomocí MALDI-TOF/MS identifikován jako 56,3 kDa protein a byla stanovena jeho preference pro elektronové akceptory a substrátová specifita. V neposlední řadě byla popsána změna fenotypu kořenů rajčete overexprimujících ZmCKX10-GFP a ZmCKX1-GFP. Druhá část této práce se zabývá rolí cytokininů v odpovědi na stres a v průběhu senescence. Pomocí qPCR byl stanoven expresní profil genů metabolismu cytokininů v průběhu přirozené senescence listu A. thaliana. Byla též stanovena aktivita CKX a obsah cytokininů v těchto listech. V rámci objasnění regulace procesů senescence cytokininy byly dále testovány nově syntetizované deriváty cytokininů s předpokládanými antisenescenčními účinky. Byly pozorovány rozdíly v účincích těchto látek na míru hladin sledovaných transkriptů u listů A. thaliana a kukuřice. V neposlední řadě byl sledován vliv testovaných látek na fenotyp obou rostlin

Keywords

Cytokinins and their metabolism, cytokinin dehydrogenase, substituted derivatives of kinetin, senescence, subcellular localization, qPCR

Keywords

Cytokininy a jejich metabolismus, cytokinin dehydrogenasa, substituční deriváty kinetinu, senescence, subcelulární lokalizace, qPCR

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 6. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 21. 6. 2010
• Supervisor: Petr Galuszka
• Reader: Břetislav Brzobohatý, Bohuš Obert

Univerzita Palackého

Přírodovědecká fakulta

Doctoral programme / field:
Biochemie / Biochemie