Analýza metabolitů a aktivit enzymů zapojených do metabolismu reaktivních forem kyslíku v semenech planých a kulturních genotypů hrachu

Bc. Pavlína ŽÁRSKÁ

Master's thesis

Analysis of metabolites and enzyme activities involved in the metabolism of reactive oxygen species in seeds of wild and cultivated pea.

Abstract:

Reaktivní formy kyslíku (ROS) jsou molekuly odvozené od kyslíku, přirozeně vznikající v rámci metabolismu. Jsou signálními molekulami, podílejí se na regulaci řady důležitých dějů, ale ve vyšších koncentracích působí toxicky. Aby byla zajištěna redoxní rovnováha a správná funkce biologických systémů v rostlinách, a tedy i semenech, musí být přítomny mechanismy, které se podílejí na regulaci koncentrace ROS. Tyto obranné mechanismy zahrnují antioxidanty, látky enzymové i neenzymové povahy. Cílem diplomové práce byla analýza antioxidantů a antioxidačních enzymů zapojených v metabolismu ROS v průběhu vývoje semen kulturních (Cameor, JI92) a planých (JI64, JI1794) genotypů hrachu. Studovanými parametry byla celková antioxidační kapacita, koncentrace fenolů, flavonoidů, aktivita polyfenoloxidasy (PPO), peroxidasy (POX), askorbátperoxidasy (APX) a katalasy (CAT). Dále byla měřena exprese genu PPO a bylo provedeno histochemické stanovení aktivity PPO, POX a ROS v osemení studovaných genotypů. V rámci experimentální části DP byly prokázány změny v obsahu antioxidantů a aktivit antioxidačních enzymů zapojených v metabolismu ROS, ke kterým dochází v průběhu vývoje semen planých a kulturních genotypů hrachu. Z výsledků provedených experimentů a porovnání jednotlivých parametrů mezi jednotlivými genotypy, vývojovými stádii a mezi osemením a embryem vyplývá výrazná odlišnost semen genotypu Cameor od semen ostatních genotypů (JI92, JI64, JI1794). V semenech genotypu Cameor byla výrazně nižší koncentrace neenzymových antioxidantů, velmi nízká aktivita PPO, ale naopak aktivity antioxidačních enzymů byly v porovnání s ostatními genotypy výrazně vyšší. Byl tak potvrzen předpoklad rozdílného zapojení studovaných parametrů ve vývoji osemení jednotlivých genotypů, které korelovalo s pigmentací osemení. Bylo potvrzeno, že v průběhu vývoje semen planých a kulturních genotypů hrachu dochází ke změnám v obsahu antioxidantů a aktivit antioxidačních enzymů zapojených v metabolismu ROS.

Abstract:

Reactive oxygen species (ROS) are molecules derived from oxygen, naturally occurring as part of metabolism. They are signal molecules, they participate in the regulation of a number of important events, but in higher concentrations they are toxic. In order to ensure redox balance and proper functioning of biological systems in plants, and thus also in seeds, mechanisms involved in the regulation of ROS concentration must be present. These defense mechanisms include antioxidants, substances of enzymatic and non-enzymatic nature. The aim of the thesis was the analysis of antioxidants and antioxidant enzymes involved in ROS metabolism during seed development of cultivated (Cameor, JI92) and wild (JI64, JI1794) pea genotypes. The studied parameters were total antioxidant capacity, concentration of phenols, flavonoids, activity of polyphenoloxidase (PPO), peroxidase (POX), ascorbate peroxidase (APX) and catalase (CAT). Furthermore, the expression of the PPO gene was measured and histochemical determination of PPO, POX and ROS activity was performed in the seedcoat of the studied genotypes. Within the experimental part of the thesis, changes in the content of antioxidants and the activities of antioxidant enzymes involved in ROS metabolism, which occur during the development of seeds of wild and cultured pea genotypes, were demonstrated. From the results of the experiments and the comparison of individual parameters between individual genotypes, developmental stages and between seedcoat and embryo, there is a significant difference between the seeds of the Cameor genotype and the seeds of the other genotypes (JI92, JI64, JI1794). In the seeds of the Cameor genotype, the concentration of non-enzymatic antioxidants was significantly lower, the activity of PPO was very low, but on the contrary, the activities of antioxidant enzymes were significantly higher compared to the other genotypes. Thus, the assumption of different involvement of the studied parameters in the development of the seedcoat of individual genotypes, which was correlated with the pigmentation of the seedcoat, was confirmed. It was confirmed that during the development of seeds of wild and cultured pea genotypes there are changes in the content of antioxidants and activities of antioxidant enzymes involved in ROS metabolism.

Keywords

Reaktivní formy kyslíku, hrách, osemení, embryo, antioxidační kapacita, antioxidační enzymy, vývoj semene

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Jana Sekaninová, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry