Flexibilita metabolismu sorbitolu jako efektivní součást ustavování funkční rovnováhy nestrukturních sacharidů v souvislosti s investicí do růstu a skladování

• Název práce v češtině: Flexibilita metabolismu sorbitolu jako efektivní součást ustavování funkční rovnováhy nestrukturních sacharidů v souvislosti s investicí do růstu a skladování
• Název v anglickém jazyce: Flexibility of sorbitol metabolism as an effective component of establishing the functional balance of non-structural carbohydrates in the context of investment in growth and storage
• 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: 15.12.2023
• Datum zadání: 03.01.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 29.01.2024
• Konzultanti: doc. RNDr. Helena Lipavská, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Cross, JM, Von Korff, M, Altmann, T, Bartzetko, L, Sulpice, R, Gibon, Y, Palacios, N, and Stitt, M (2006). Variation of enzyme activities and metabolite levels in 24 arabidopsis accessions growing in carbon-limited conditions. Plant Physiol 142, 1574–1588.
Herliana, L., Schwerdt, J. G., Neumann, T. R., Severn-Ellis, A., Phan, J. L., Cowley, J. M., Shirley, N. J., Tucker, M.R., Bianco-Miotto, T., Batley, J., Watson-Haigh, N. S., & Burton, R. A. (2023). Scientific Reports, 13(1), 1–14. https://doi.org/10.1038/s41598-022-25078-5
Liang, XG, Shen, S, Gao, Z, Zhang, L, Zhao, X, and Zhou, SL (2021). Variation of carbon partitioning in newly expanded maize leaves and plant adaptive growth under extended darkness. J Integr Agric 20, 2360–2371.
Lyu, S., Mei, Q., Liu, H., Wang, B., Wang, J., Lambers, H., Wang, Z., Dong, B., Liu, Z., & Deng, S. (2023). DNA Research, 30(4), 1–14. https://doi.org/10.1093/dnares/dsad013
Mugford, ST et al. (2014). Regulatory properties of ADP glucose pyrophosphorylase are required for adjustment of leaf starch synthesis in different photoperiods. Plant Physiol 166, 1733–1747.
Saban, J. M., Watson-Lazowski, A., Chapman, M. A., & Taylor, G. (2020). Global Change Biology, 26(11), 6474–6492. https://doi.org/10.1111/gcb.15249
Smith, AM, and Stitt, M (2007). Coordination of carbon supply and plant growth. Plant, Cell Environ 30, 1126–1149.

Předběžná náplň práce

Diplomová práce bude zaměřena na pochopení mechanismů ustavování dynamické rovnováhy mezi investicí do růstu vs. skladování, a s tím spojenou alokaci a změny sacharidového spektra s akcentem na podíl sorbitolu. Jako modelový druh bude využit jitrocel Plantago lanceolata a jeho sacharidová bilance modulovaná různými světelnými podmínkami. Sledovány budou hladiny jednotlivých sacharidů v rámci rostliny, export sacharidů z produkčního listu (floémové exudáty) a expresní profily klíčových genů (transportéry související s nakládáním sorbitolu (PMT1 a PMT2) a sacharózy (SUC2) do floému a dále aktivita enzymu kontrolujícího obsah sorbitolu (sorbitoldehydrogenáza), případně exprese příslušného genu. V tomto kontextu je pozitivním faktem, že v nedávné době byly sekvenovány genomy několika druhů jitrocelů – P. ovata a P. major (Herliana et al., 2023; Lyu et al., 2023), a P. lanceolata (Saban et al., 2020). Data budou doplněna o základní morfometrické a fotosyntetické charakteristiky. Očekáváme, že získané poznatky prohloubí porozumění významu metabolismu sorbitolu v zajištění fitness rostliny. Ze studia modelu Arabidopsis thaliana a jeho ekotypů vyplývá, že precizní řízení rozdělování asimilovaného uhlíku mezi podporu růstu a ukládání škrobu během dne i jeho degradace během noci je zásadní pro konkurenceschopnost rostliny. Relevantní data u jiných rostlinných druhů jsou nemnohá. A již vůbec není zřejmé, jak je celý mechanismus modifikován, pokud má rostlina k dispozici širší spektrum asimilátů, tedy např. produkuje cukerný alkohol. Výsledky týmu ukazují, že polyol sorbitol je v listech jitrocele ve srovnání se sacharózou akumulován až do desetinásobných koncentrací. Jiný poměr ale rostlina udržuje ve vodivých pletivech a jiný poměr těchto dvou hlavních fotoasimilátů se nachází ve floému. Pro studium vztahů sacharidové bilance a životní strategie rostliny se tedy jitrocel jeví jako užitečný model.