Regulační role cytokininů během listové senescence vyvolané zastíněním u pšenice (Triticum aestivum L.)

Bc. Karel MITURA

Master's thesis

Regulatory aspects of shade-induced leaf senescence and cytokinins metabolism in Triticum aestivum L. (wheat).

Abstract:

Listová senescence je biologický proces, který je závislý na působení mnoha endogenních a exogenních faktorů, mezi nimiž zejména viditelné záření hraje důležitou roli. Dlouhodobé stínění, úplné zastínění a také vysoká intenzita světla ovlivňují míru senescence listu. Většina rostlin ovlivňuje senescenci listů poměrem červeného a dalece červeného záření (R / FR). Studiem pšenice bylo zjištěno, že vyřazení modrého záření (MZ) vede k indukci signálu vyvolávajícího příznaky oxidativního stresu a senescence. Fytohormony představují jedny z hlavních endogenních faktorů, které svým účinkem stimulují nebo potlačují senescenci. Úloha cytokininů (CK) jako látek potlačujících stárnutí listů je již známá, avšak mechanismy regulace tohoto procesu v souvislosti se světelným zářením nebyly doposud zcela objasněny. Tato práce se zaměřuje na studium důsledků vyřazení určitých světelných vlnových délek v souvislosti s průběhem senescence a také metabolismem cytokininů u pšenice (Triticum aestivum L.) a ječmene (Hordeum vulgare cv. Golden Promise). Za tímto účelem byly podrobeny analýze 20 dnů staré listy pšenice, u kterých byla ustřihnutím indukovaná senescence. Inkubace těchto listů probíhala ve speciálních boxech s vodou, jejíž víčka byla potažena selektivními světelnými filtry značky Lee?. Cílem tohoto experimentu byla modulace toku světelného spektra, zejména v modré oblasti, ale také v poměru červené a dalece červené složky záření. Odběr vzorků listů byl v závislosti na průběhu senescence prováděn v různých časových intervalech. Posléze byly vzorky jednotlivých listů podrobeny analýze změn retence chlorofylu, aktivity cytokinin dehydrogenasy (CKX), exprese CKX genů a také vybraných genů souvisejících se senescencí.Vzhledem k vysoké komplexností pšeničného genomu, jehož hexaploidní uspořádání je dáno třemi (A, B, a D) subgenomy, představuje diploidní ječmen jednodušší model studia některých biologických procesů souvisejících se senescencí. Jsou diskutovány možnosti využití ječmene pro zvýšení a snížení genové exprese HvCKX v souvislosti se studiem listové senescence u pšenice.

Abstract:

Leaf senescence is a biological process which depends on many endogenous and exogenous factors, amongst which the light plays an important role. Prolonged exposure to darkness or leaf shading, as well as high light intensity can modify the senescence rate. While a decrease in the red to far red ratio (R/FR) was shown to trigger leaf senescence in several dicotyledoneous species, blue light (BL) suppression acts as a signal inducing oxidative stress symptoms and stimulating senescence in shaded leaves of wheat. Among the internal factors, it has been proved that plant phytohormones are able to accelerate or repress senescence. The role of cytokinins (CK) as agents delaying leaf senescence has been widely documented, nevertheless the mechanisms of regulation of this process together with light conditions remains unclear. The presented thesis is aimed on research the effect of specific light wavelengths deprivation on the progress of leaf senescence and CKs metabolism in wheat (Triticum aestivum L.) and barley (Hordeum vulgare cv. Golden Promise) plants. For that purpose, excised 20 day-old leaves of plants were incubated floating in boxes with water, whose lids were covered with Lee? light filters in order to modulate the flow of light in the blue spectral region. Leaf samples were collected at different time points and analyzed for changes in several parameters, for instance, chlorophyll and protein concentration, CKX activity, gene expression profiles of CKX and other several genes. Owing to the high complexity of wheat genome, a hexaploid plant with three (A, B, and D) subgenomes, diploid barley might represent a good genomic model for some biological processes as leaf senescence. Future possibilities of using barley plants with up or down-regulated expression of HvCKX genes for the study of leaf senescence in wheat are discussed.

Keywords

Listová senescence, Triticum aestivum L., Hordeum vulgare cv. Golden Promise, Metabolismus Cytokininů, cytokinin dehydrogenasa, modré záření.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2016

Accessible from:: 22. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: Cintia Marchetti

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biochemistry