Transport and Metabolism of Radio-Labelled Cytokinins in Plant Cells and Tissues

Abstract

Cytokininy jsou významnou skupinou fytohormonů. Od svého objevu v 50. letech 20. století se ukázaly být jedním z klíčových regulátorů rostlinné fyziologie. Jejich výzkum byl dosud zaměřen na mechanismus jejich účinku a na metabolickou regulaci jejich působení. Poté, co byly proteiny AtABCG14 a AtPUP14 identifikovány jako jejich membránové přenašeče, se začal v souvislosti s cytokininy zkoumat také jejich membránový transport. V této práci jsme v řadě experimentů využili sledování radioaktivně značených cytokininů. Ukazujeme, že trans-zeatin a isopentenyladenin, dva hlavní biologicky účinné cytokininy, jsou v tabákových buněčných liniích BY-2 přenášeny přes plasmatickou membránu. S využitím matematického modelování ukazujeme, že se na membránách buňek BY-2 nachází transportní systém vykazující afinitu vůči cytokininům. Dále ukazujeme, že mutace atabcg14 a atpup14 mají vliv na metabolismus cytokininů v rostlinách Arabidopsis thaliana. [Anglicky] Klíčová slova: cytokinin, Arabidopsis thaliana, tabákové buněčné linie BY-2, membránový přenos, purinová permeasa, přenašeč ABC (z anglického "ATP-binding cassette"), radioaktivní značení

Cytokinins are a large group of phytohormones. Since their discovery in the 1950s, they have shown to play a pivotal role in plant physiology. Most studies so far focused on cytokinin action mechanisms and their metabolic regulation. Identification of AtABCG14 and AtPUP14 as cytokinin-specific membrane carriers brought researchers' attention to cytokinin membrane transport, too. In this thesis, we performed experiments with radio-labelled cytokinin tracers. We show that trans-zeatin and isopentenyladenine, two major biologically active cytokinins, are readily transported across the plasma membrane in tobacco BY-2 cell suspension. Making use of mathematical modelling, we show that BY-2 cells possess a membrane transport system with an affinity toward cytokinins. Next, we show that atabcg14 and atpup14 mutations affect cytokinin metabolism in Arabidopsis thaliana plants. Keywords: cytokinin, Arabidopsis thaliana, tobacco BY-2 cell lines, membrane transport, purine permease, ATP-binding cassette, radio-labelling