Listovou senescenci lze oddálit exogenní aplikací fytohormonů cytokininů. Za určitých podmínek však mohou mít cytokininy negativní účinky a mohou naopak proces senescence urychlit. Z tohoto důvodu jsou připravovány látky na bázi cytokininů, které tyto negativní účinky nemají a mají další výhodné vlastnosti. V nedávné době byly připraveny dva aromatické cytokininové arabinosidy (6-benzylamino-9B-D-arabinofuranosylpuriny; BAPA), 3-hydroxy-derivát (3OHBAPA) a 3-methoxyderivát (3MeOBAPA), jejichž účinky a mechanismus účinku jsou jedinečné. Analýza genové exprese, která byla provedena na oddělených listech Arabidopsis thaliana L. ponořených v roztoku 3MeOBAPA po dobu 6 a 48 h, odhalila, že tato látka aktivuje geny zapojené v obraně proti patogenům. 3MeOBAPA aktivuje signální dráhy spojené s MAPK, ethylenem a kyselinou jasmonovou a způsobuje přechodnou akumulaci reaktivních forem kyslíku. Tyto reakce mohou vést ke zvýšení rezistence ošetřených rostlin, jak bylo ověřeno v polních experimentech. Ačkoliv dlouhodobá aktivace mechanismů zapojených v obraně proti patogenům má zpravidla za následek zhoršení fyziologického stavu rostlin, 3OHBAPA a 3MeOBAPA naopak vykazují velmi silné antisenescenční účinky. Tyto účinky se kvantitativně liší u oddělených listů pšenice (Triticum aestivum L. cv. Aranka) a Arabidopsis (Col-0). Zatímco v případě pšenice má vyšší antisenescenční účinek 3OHBAPA, u listů Arabidopsis je účinnější 3MeOBAPA. Tento rozdílný efekt je spojen s různou produkcí ethylenu v ošetřených listech: čím nižší je produkce ethylenu, tím vyšší je antisenescenční aktivita daného derivátu. 3OHBAPA a 3MeOBAPA také účinně ochraňují senescentní listy pšenice a Arabidopsis před oxidativním poškozením vyvolaným působením H2O2 a světla, což může rovněž souviset s nízkou produkcí ethylenu po aplikaci těchto látek.
Anotace v angličtině
It is well known that leaf senescence can be suppressed by exogenous application of phytohormones cytokinins. Nevertheles, under specific conditions, cytokinins can have negative effects and can even accelerate senescence. For this reason there are efforts to prepare compounds (cytokinin derivatives) that lack those effects and have other advantageous properties. Recently, two aromatic cytokinin arabinosides (6-benzylamino-9B-D-arabinofuranosylpurines; BAPAs), 3-hydroxy- (3OHBAPA) and 3-methoxy- (3MeOBAPA) derivative have been synthesized and found to possess unique effects and mechanism of action. Analysis of gene expression that was performed on detached Arabidopsis thaliana L. leaves treated with 3MeOBAPA revealed that 6h and 48h treatments with this compound results in a shift in gene transcription toward defence. 3MeOBAPA causes upregulation of genes involved in plant innate immunity including MAPK signalling pathway together with oxidative burst and JA-ethylene signalling, which results in effective protection of field-grown plants against fungal pathogens. Long-term incubation of leaves in 3OHBAPA and 3MeOBAPA does not impair leaf fitness which is common during prolonged activation of defence response mechanisms, but on the contrary effectively delays senescence of detached leaves. Interestingly, the anti-senescence differs quantitatively in wheat (Triticum aestivum L. cv. Aranka) and Arabidopsis (Col-0). In wheat, 3OHBAPA has higher protective effect than 3MeOBAPA, whereas in Arabidopsis, 3MeOBAPA is the more efficient derivative. We have found that the different anti-senescent activity of 3OHBAPA and 3MeOBAPA is coupled to different ethylene production in the treated leaves: the lower the ethylene production, the higher the anti-senescence activity. 3OHBAPA and 3MeOBAPA also protect efficiently the senescing leaves of wheat and Arabidopsis against oxidative damage induced by both H2O2 and high-light treatment, which could also be connected with the low level of ethylene production.
Listovou senescenci lze oddálit exogenní aplikací fytohormonů cytokininů. Za určitých podmínek však mohou mít cytokininy negativní účinky a mohou naopak proces senescence urychlit. Z tohoto důvodu jsou připravovány látky na bázi cytokininů, které tyto negativní účinky nemají a mají další výhodné vlastnosti. V nedávné době byly připraveny dva aromatické cytokininové arabinosidy (6-benzylamino-9B-D-arabinofuranosylpuriny; BAPA), 3-hydroxy-derivát (3OHBAPA) a 3-methoxyderivát (3MeOBAPA), jejichž účinky a mechanismus účinku jsou jedinečné. Analýza genové exprese, která byla provedena na oddělených listech Arabidopsis thaliana L. ponořených v roztoku 3MeOBAPA po dobu 6 a 48 h, odhalila, že tato látka aktivuje geny zapojené v obraně proti patogenům. 3MeOBAPA aktivuje signální dráhy spojené s MAPK, ethylenem a kyselinou jasmonovou a způsobuje přechodnou akumulaci reaktivních forem kyslíku. Tyto reakce mohou vést ke zvýšení rezistence ošetřených rostlin, jak bylo ověřeno v polních experimentech. Ačkoliv dlouhodobá aktivace mechanismů zapojených v obraně proti patogenům má zpravidla za následek zhoršení fyziologického stavu rostlin, 3OHBAPA a 3MeOBAPA naopak vykazují velmi silné antisenescenční účinky. Tyto účinky se kvantitativně liší u oddělených listů pšenice (Triticum aestivum L. cv. Aranka) a Arabidopsis (Col-0). Zatímco v případě pšenice má vyšší antisenescenční účinek 3OHBAPA, u listů Arabidopsis je účinnější 3MeOBAPA. Tento rozdílný efekt je spojen s různou produkcí ethylenu v ošetřených listech: čím nižší je produkce ethylenu, tím vyšší je antisenescenční aktivita daného derivátu. 3OHBAPA a 3MeOBAPA také účinně ochraňují senescentní listy pšenice a Arabidopsis před oxidativním poškozením vyvolaným působením H2O2 a světla, což může rovněž souviset s nízkou produkcí ethylenu po aplikaci těchto látek.
Anotace v angličtině
It is well known that leaf senescence can be suppressed by exogenous application of phytohormones cytokinins. Nevertheles, under specific conditions, cytokinins can have negative effects and can even accelerate senescence. For this reason there are efforts to prepare compounds (cytokinin derivatives) that lack those effects and have other advantageous properties. Recently, two aromatic cytokinin arabinosides (6-benzylamino-9B-D-arabinofuranosylpurines; BAPAs), 3-hydroxy- (3OHBAPA) and 3-methoxy- (3MeOBAPA) derivative have been synthesized and found to possess unique effects and mechanism of action. Analysis of gene expression that was performed on detached Arabidopsis thaliana L. leaves treated with 3MeOBAPA revealed that 6h and 48h treatments with this compound results in a shift in gene transcription toward defence. 3MeOBAPA causes upregulation of genes involved in plant innate immunity including MAPK signalling pathway together with oxidative burst and JA-ethylene signalling, which results in effective protection of field-grown plants against fungal pathogens. Long-term incubation of leaves in 3OHBAPA and 3MeOBAPA does not impair leaf fitness which is common during prolonged activation of defence response mechanisms, but on the contrary effectively delays senescence of detached leaves. Interestingly, the anti-senescence differs quantitatively in wheat (Triticum aestivum L. cv. Aranka) and Arabidopsis (Col-0). In wheat, 3OHBAPA has higher protective effect than 3MeOBAPA, whereas in Arabidopsis, 3MeOBAPA is the more efficient derivative. We have found that the different anti-senescent activity of 3OHBAPA and 3MeOBAPA is coupled to different ethylene production in the treated leaves: the lower the ethylene production, the higher the anti-senescence activity. 3OHBAPA and 3MeOBAPA also protect efficiently the senescing leaves of wheat and Arabidopsis against oxidative damage induced by both H2O2 and high-light treatment, which could also be connected with the low level of ethylene production.
1. Vypracujte přehled problematiky na téma biologická aktivita látek s antisenescenčním účinkem včetně vlivu těchto látek na strukturu a funkci chloroplastů a fotosyntetického aparátu.
2. Zvládněte, příp. vypracujte metodiku přípravy intaktních chloroplastů z vybraných modelových rostlin (ječmen, pšenice, huseníček) a metodiku stanovení emise etylenu v senescentních rostlinných vzorcích.
3. Připravte a realizujte projekt zaměřený na působení nově připravených močovinových derivátů v rostlinách. Publikujte získané výsledky v impaktovaném časopise.
4. Sepište disertační práci.
Zásady pro vypracování
1. Vypracujte přehled problematiky na téma biologická aktivita látek s antisenescenčním účinkem včetně vlivu těchto látek na strukturu a funkci chloroplastů a fotosyntetického aparátu.
2. Zvládněte, příp. vypracujte metodiku přípravy intaktních chloroplastů z vybraných modelových rostlin (ječmen, pšenice, huseníček) a metodiku stanovení emise etylenu v senescentních rostlinných vzorcích.
3. Připravte a realizujte projekt zaměřený na působení nově připravených močovinových derivátů v rostlinách. Publikujte získané výsledky v impaktovaném časopise.
4. Sepište disertační práci.
Seznam doporučené literatury
1. Schippers JHM et al. (2015) Living to die and dying to live: the survival strategy behind leaf senescence. Plant Physiology 169: 914-930
2. Zwack PJ, Rashotte AM (2013) Cytokinin inhibition of leaf senescence. Plant Signaling & Behavior 8: 7, e24737
3. Doležal K et al. (2006) Preparation and biological activity of 6-benzylaminopurine derivatives in plants and human cancer cells. Bioorganic & Medicinal Chemistry 14: 875-884
4. Hare PD, van Staden J (1994) Inhibitory effect of thidiazuron on the activity of cytokinin oxidase isolated from soybean callus. Plant and Cell Physiology 35: 1121-1125
5. Karavaiko NN et al. (2004) Is a 67-kD cytokinin binding protein from barley and Arabidopsis thaliana leaves involved in the leaf responses to phenylurea derivatives? Russian Journal of Plant Physiology 51: 878-886
6. Kopečný D et al. (2010) Phenyl- and benzylurea cytokinins as competitive inhibitors of cytokinin oxidase/dehydrogenase: a structural study. Biochimie 92: 1052-1062
7. Mik V et al. (2011) N9-substituted N6-[(3-methylbut-2-en-1-yl)amino]purine derivatives and their biological activity in selected cytokinin bioassays. Bioorganic & Medicinal Chemistry 19: 7244-7251
8. Mik V et al. (2011) N9-substituted derivatives of kinetin: effective antisenescent agents. Phytochemistry 72: 821-831
9. další časopisecká literatura podle pokynů vedoucí práce
Seznam doporučené literatury
1. Schippers JHM et al. (2015) Living to die and dying to live: the survival strategy behind leaf senescence. Plant Physiology 169: 914-930
2. Zwack PJ, Rashotte AM (2013) Cytokinin inhibition of leaf senescence. Plant Signaling & Behavior 8: 7, e24737
3. Doležal K et al. (2006) Preparation and biological activity of 6-benzylaminopurine derivatives in plants and human cancer cells. Bioorganic & Medicinal Chemistry 14: 875-884
4. Hare PD, van Staden J (1994) Inhibitory effect of thidiazuron on the activity of cytokinin oxidase isolated from soybean callus. Plant and Cell Physiology 35: 1121-1125
5. Karavaiko NN et al. (2004) Is a 67-kD cytokinin binding protein from barley and Arabidopsis thaliana leaves involved in the leaf responses to phenylurea derivatives? Russian Journal of Plant Physiology 51: 878-886
6. Kopečný D et al. (2010) Phenyl- and benzylurea cytokinins as competitive inhibitors of cytokinin oxidase/dehydrogenase: a structural study. Biochimie 92: 1052-1062
7. Mik V et al. (2011) N9-substituted N6-[(3-methylbut-2-en-1-yl)amino]purine derivatives and their biological activity in selected cytokinin bioassays. Bioorganic & Medicinal Chemistry 19: 7244-7251
8. Mik V et al. (2011) N9-substituted derivatives of kinetin: effective antisenescent agents. Phytochemistry 72: 821-831
9. další časopisecká literatura podle pokynů vedoucí práce