Object

Alternative title:

The physiological and molecular basis of cytokinins action in delaying the leaf senescence in Hordeum vulgare L.

Abstract:

Cytokinins (CKs) are a group of hormones involved in the regulation of plant growth and development. From an economic point of view, the crucial is the ability of CKs to delay the onset of leaf senescence which influences the quality and quantity of the crop yield. The study presents a detailed analysis of CK influence on dark-induced senescence (DIS) of the first true leaf of three barley (Hordeum vulgare L.) cultivars: Bursztyn, Carina and Lomerit, which differ with ontogenesis, the onset, and scheme of the leaf senescence. The present study aimed to identify the physiological and molecular basis of anti-senescing action of tested CKs in analyzed barley cultivars. To this end, the abundance of the photosynthetic pigments, the activity of II (PSII) and I (PSI) photosystem, changes in photosystems composition, the rate of CO2 assimilation and other gas exchange parameters, the content of photosynthetic proteins and the senescence-specific marker SAG12, the importance of cytosolic pathway of CKs synthesis in leaf aging and CK-related action of phospholipase D, nitrogen monoxide and extracellular invertase, as well as the effectiveness of antioxidant defense and oxidative stress intensity were analysed.The study proved that analyzed CK effectively slowed down the progress of senescence of barley leaves restricting the accumulation of SAG12 protein. Application of CKs during DIS allowed to reduce the typical symptoms of leaf senescence, such as the loss of chlorophyll and of photosynthetic proteins (especially the antennae proteins of PSI and PSII), thus maintained an undisturbed quantum performance of PSII with a reduced involvement of non-photochemical quenching of absorbed energy, and with a lower level of stress-related PsbS protein. It was also documented that leaves incubated with CK during DIS maintained a control-like level of PGRL1 and NdhS protein engaged in cyclic electron transport around PSI. At the same time, the efficiency of CK to sustain the assimilation rate of CO2 was minor and limited by reduced stomatal conductance, damped efficiency of CO2 acceptor regeneration and lowered rate of Rubisco carboxylation. It has been showed that different anti-senescing efficiencies of CKs most likely result from the cultivar-specific pathway of CK synthesis, the different metabolic activities, and antioxidant capacities. The work allowed to identify the Bursztyn cultivar as a functional stay-green phenotype, although the observed delay of leaf senescence during DIS in Bursztyn was not directly related to higher photosynthetic efficiency of the cultivar under control conditions.

Cytokininy (CK) stanowią grupę hormonów zaangażowanych w regulację wzrostu i rozwoju roślin. Z ekonomicznego punktu widzenia, kluczowa jest rola CK w inhibicji procesu starzenia liści, co pozostaje w korelacji z jakością i wielkością uzyskiwanego plonu. W pracy szczegółowo analizowano wpływ CK na starzenie indukowane ciemnością (DIS) pierwszego liścia trzech, zróżnicowanych pod względem cyklu rozwojowego, tempa i schematu przebiegu procesu starzeniowego odmian jęczmienia zwyczajnego Hordeum vulgare L.: Bursztyn, Carina oraz Lomerit. Nadrzędnym celem pracy była identyfikacja fizjologicznych i molekularnych podstaw anty-starzeniowej aktywności CK oraz powiązanie z nią zidentyfikowanych różnic schematu starzenia badanych odmian jęczmienia. Analizowano zawartość barwników fotosyntetycznych, przebieg zależnej od światła fazy fotosyntezy w II (PSII) i I (PSI) fotoukładzie, zmiany proporcji składowych fotosystemów, natężenie asymilacji CO2 oraz parametrów wymiany gazowej, zawartość białek fotosyntetycznych oraz markera starzeniowego SAG12, znaczenie inhibicji cytozolowego szlaku syntezy CK w przebiegu starzenia, rolę fosfolipazy D, tlenku azotu (II) i inwertazy zewnątrzkomórkowej w szlaku sygnalnym i aktywności anty-starzeniowej CK oraz efektywność obrony antyoksydacyjnej i natężenia stresu oksydacyjnego. W pracy potwierdzono, że CK są efektywnymi inhibitorami procesu starzeniowego liści, odsuwając moment aktywacji białek egzekucyjnych SAG12. Aktywność anty-starzeniowa CK dotyczy ograniczenia utraty białek fotosyntetycznych, w szczególności anten kompleksów zbierających energię PSI i PSII, co ma znaczenie dla utrzymania zawartości chlorofilu, pozwala na zachowanie wyższej aktywności fotosyntetycznej oraz redukcję natężenia niefotochemicznego wygaszania zaabsorbowanej energii i poziomu białka stresowego PsbS. Zastosowanie CK pozwala na zachowanie zbliżonego do kontrolnego schematu akumulacji białek kompleksów PGR5-PGRL1 i NDH odpowiedzialnych za cykliczny transport elektronów. Jednocześnie efektywność CK w podtrzymaniu wiązania CO2 jest ograniczona i wynika z występowania czynników limitujących asymilację po DIS, w tym niskiej przewodności szparkowej, ograniczonej regeneracji akceptora CO2 oraz aktywności karboksylacyjnej Rubisco. Badanie wykazało, że wpływ CK na procesy starzeniowe jest odmianowo-specyficzny i wynika przypuszczalnie z różnic natężenia syntezy CK, aktywności metabolicznej komórek czy efektywności systemów antyoksydacyjnych. Praca pozwoliła również na zidentyfikowanie nienotowanych uprzednio cech fenotypu stay-green u odmiany Bursztyn, choć występujące u niej opóźnione tempo starzenia liści w trakcie DIS nie przekłada się bezpośrednio na wysoką efektywność fotosyntetyczną odmiany w warunkach kontrolnych.

Additional notes:

Zawiera bibliografię ; Zawiera ilustracje ; Streszcz. ang.

Identifier:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:4889

Call number:

000470Dr

Computer catalogue:

click here to follow the link

Language:

pol

Degree name:

doktor

Date obtained:

14.07.2020

Degree grantor:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Supervisor:

Niewiadomska, Ewa Maria

Reviewer:

Rozpądek, Piotr ; Sobieszczuk-Nowicka, Ewa Anna

Field:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Scientific disciplines:

Nauki biologiczne

Faculty:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Type:

rozprawa doktorska

Access rights:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Publication status:

niepublikowana

Location of original object:

BU Kielce