Nr wniosku: 169027, nr raportu: 2570. Kierownik (z rap.): mgr inż

Nr wniosku: 169027, nr raportu: 2570. Kierownik (z rap.): mgr inż. Monika Rewers
Kiełkowanie jest ważnym etapem w cyklu życiowym rośliny, ponieważ jest konieczne do wytworzenia siewki i dalszego
rozwoju rośliny. Jednym z najważniejszych procesów komórkowych podczas kiełkowania jest wydłużanie komórek, które
prowadzi do przebicia okrywy nasiennej przez korzeń zarodkowy. Wydłużanie komórek jest związane z
endoreduplikacją, podczas której po syntezie DNA nie zachodzi podział mitotyczny; w efekcie komórki stają się
endopoliploidalne, tzn. zawierają zwielokrotnioną zawartość DNA. Ponieważ wraz ze wzrostem zawartości DNA wzrasta
wielkość jądra oraz komórki z pomiarów intensywności syntezy DNA można wnioskować, w którym regionie zarodka
komórki się wydłużają. Ponieważ korzeń zarodkowy jest pierwszym wyłaniającym się po przebiciu okrywy nasiennej
organem zarodka, do tej pory uważano, że to komórki tego organu wydłużają się w czasie kiełkowania. Opierając się na
tym założeniu, do badań kiełkowania, wybiera się najczęściej korzeń zarodkowy lub też całą oś zarodka. Jednakże
badania kiełkowania nasion Arabidopsis thaliana wykazały, że u tego gatunku długość korzenia zarodkowego nie zmienia
się w czasie kiełkowania, a przebicie okrywy nasiennej następuje w wyniku wydłużania się komórek dolnej części
hipokotyla i strefy przejściowej między korzeniem zarodkowym a hipokotylem. Niniejsza praca podejmuje próbę
rozszerzenia tych badań na ważne gospodarczo gatunki roślin rolniczych i ogrodniczych. Jej celem było wyznaczenie
regionów zarodka najaktywniej syntetyzujących DNA w czasie kiełkowania nasion różnych typów (bielmowych,
bezbielmowych, obielmowych, wytwarzających siewki w sposób epigeiczny i hipogeiczny) 16 gatunków. Analizy
cytometryczne różnych części zarodka (korzenia zarodkowego, strefy przejściowej, hipokotylu, liścieni) podczas
kiełkowania wykazały, że w zależności od sposobu rozwoju siewki, najczęściej intensywność endoreduplikacji jest
najwyższa w strefie przejściowej między korzeniem zarodkowym a hipokotylem (gatunki epigeiczne) albo w hipokotylu
(gatunki hipogeiczne). W liścieniach natomiast poziom endopoliploidalności nie zależy od typu wzrostu siewki, ale od
typu liścieni i jest wyższy u gatunków, których liścienie pełnią funkcje magazynującą, niż u tych, u które służą jako organ
fotosyntetyzujący. Podczas kiełkowania oprócz syntezy DNA obserwuje się również wytwarzanie reaktywnych form
tlenu (ROS), których funkcja w tym procesie nie jest dokładnie wyjaśniona. Sugeruje się, że ROS biorą udział w
transdukcji sygnałów, wydłużaniu się komórek lub/i w ochronie komórek przed atakiem patogenów. Testy
histochemiczne in situ wykazały, że produkcja ROS występuje w tych samych regionach u wszystkich badanych
gatunków i nie jest związana z poziomem endopoliploidalności. W fazie kiełkowania sensu stricto ROS są wytwarzane w
korzeniu zarodkowym, a po przebiciu okrywy nasiennej dodatkowo w strefie przejściowej. Sugeruje to rolę ROS w
ochronie zarodka i młodej siewki przed czynnikami stresowymi środowiska, a nie w kontroli wydłużania się komórek.
Uzyskane wyniki wskazują, że badania kiełkowania, w zależności od typu rozwoju siewki, powinny uwzględniać również
strefę przejściową między korzeniem zarodkowym i hipokotylem oraz/lub hipokotyl, a nie jedynie korzeń zarodkowy.
Odpowiedni dobór materiału do badań jest szczególnie ważny w kosztownych badaniach molekularnych,
wykorzystujących metody genomiki, transkryptomiki, proteomiki i metabolomiki. Uzyskane w projekcie wyniki
przyczynią się do przyspieszenia oraz obniżenia kosztów tych badań, a zarazem ułatwią interpretację ich wyników.
Wiedzę na temat regionów zarodka, które są najbardziej aktywne w czasie kiełkowania można również wykorzystać
podczas monitorowania procesu kondycjonowania nasion, który polega na zainicjowaniu kiełkowania nasion. Zabieg ten,
aby był wydajny, musi zostać przerwany przed przebiciem okrywy nasiennej przez korzeń zarodkowy, kiedy jeszcze
wizualnie nie można wykryć zmian. Wybierając do analizy intensywności syntezy DNA sugerowane w niniejszej pracy
regiony zarodka, można precyzyjniej ustalać warunki kondycjonowania nasion.