Somatická embryogeneze smrku ztepilého: interakce sacharidové bilance a oxidoredukčního stavu pod vlivem změny ošetření cytokininy

• Název práce v češtině: Somatická embryogeneze smrku ztepilého: interakce sacharidové bilance a oxidoredukčního stavu pod vlivem změny ošetření cytokininy
• Název v anglickém jazyce: Somatic embryogenesis of Norway spruce: interaction of carbohydrate balance and oxidoreduction state under the influence of cytokinin treatment
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Hana Konrádová, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 12.12.2023
• Datum zadání: 12.12.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 29.01.2024
• Konzultanti: doc. RNDr. Helena Lipavská, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Ende, W. V. den, Peshev, D. (2013) Sugars as Antioxidants in Plants. Crop Improvement Under Adverse Conditions, 285–307. Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4633-0_13
Hartig K., Beck E. (2006) Crosstalk between auxin, cytokinins, and sugars in the plant cell cycle. Plant Biol 8:1–8.
Hudec, L., Konrádová, H., Hašková, A., Lipavská, H. (2016) Norway spruce embryogenesis: changes in carbohydrate profile, structural development and response to polyethylene glycol. Tree Physiol 36:548–561
McIntyre, K.E., Bush, D.R., Argueso C.T. (2021) Cytokinin Regulation of Source-Sink Relationships in Plant-Pathogen Interactions. Front Plant Sci 12:677585
Pullman, G.S., Zeng, X.Y., Copeland-Kamp, B. et al. (2015) Conifer somatic embryogenesis: improvements by supplementation of medium with oxidation-reduction agents. Tree Physiol 35:209-224.

Předběžná náplň práce

Cílem diplomového projektu je přispět k objasnění vztahu mezi typem aplikovaného cytokininu, sacharidovou a antioxidační rovnováhou v kontextu důležitého morfogenního procesu - somatické embryogeneze smrku ztepilého. Přístup bude založen na těsné korelaci údajů o obsahu rozpustných sacharidů a škrobu a odhadu dynamiky redoxního stavu v průběhu celého procesu s efektivitou procesu.
Somatická embryogeneze je jednou z moderních metod vegetativního množení jehličnanů in vitro. Jejímu širšímu využití brání několik přetrvávajících problémů (např. neschopnost explantátů reagovat na indukci in vitro, nízký počet vytvořených struktur, nízká kvalita somatických embryí, omezená stabilita kultur), a to i u relativně dobře experimentálně zmapovaných druhů, jako je smrk ztepilý. Proces somatické embryogeneze se dělí do několika fází - indukce embryogenní kultury, její proliferace, dozrávání embryí (maturace), ošetření po dozrání (např. desikace) a klíčení s následnou transformací embryí v mladé rostliny. Pravidelný vývoj v každé fázi určuje kvalitu následujících fází. Průběh celého procesu je silně ovlivňován fytohormony. Cytokininy, nejčastěji benzylaminopurin (BAP) a/nebo kinetin, jsou nezbytnou součástí média v raných fázích: podmiňují indukci embryogenní kultury a její proliferaci. Je známo, že hydroxylované aromatické cytokininy (topoliny) jsou odolnější vůči oxidaci a stabilnější než isoprenoidní CK. Kromě toho meta-topoliny neinhibují tvorbu kořenů, což je typický nevhodný účinek vyšších koncentrací BAP. Diplomová práce naváže na recentně získané výsledky týmu, které ukazují významný pozitivní vliv náhrady BAP meta-topolinem na účinnost procesu (lepší výtěžnost zralých SE, žádný negativní vliv na kvalitu SE), ačkoli zrající kultura již vystavena aplikaci cytokininů není. Navíc jsme získali zajímavá předběžná data, která ukazují, že pozitivní účinek působení topolinu může souviset se změnami antioxidační kapacity. To je v souladu se zjištěními Pullman et al. (2015), že změny redoxního stavu glutathionu a askorbátu mají zásadní vliv na morfogenezi a zlepšují kvalitu SE tím, že podporují histodiferenciační vzorec podobný zygotickému s dobře organizovanými meristémy.
Nestrukturní sacharidy v rostlinách jsou multifunkční sloučeniny, mezi jejich obecně uznávané role patří také signalizační role a v neposlední řadě schopnost zhášení reaktivních forem kyslíku (ROS). Na základě naší předchozí práce věnované somatické embryogenezi smrku ztepilého jsme navrhli jako indikátory pravidelného vývoje typické vzorce dynamiky obsahu a spektra sacharidů (např. Hudec et al. 2016). Jelikož řada publikovaných studií poukazuje na úzký vztah mezi cytokininy a metabolismem sacharidů (např. Hartig a Beck 2006, McIntyre at al. 2021) a významný vliv sacharidů na oxidoreduční rovnováhu buněk (van den Ende a Peshev 2013), může být objasnění interakce cytokininů a sacharidové a redox balance velmi důležité pro pochopení pozitivního vlivu topolinů na vývoj embryí.
Práce je podpořena projektem COST (MŠMT, LUC23150).