Bachelor thesis/Bakalářská práce

Interaction of 2,4-D and Ethylene in ​​the Growth of Tobacco BY-2 Suspension /
Interakce 2,4-D a etylénu v růstu tabákové BY-2 suspenze

B.Sc Katerina Muselikova

Author contacts:

xcmuselikova@fch.vutbr.cz

arecaceae@seznam.cz

+420 776 663 560 (Czech republic)

Abstract: Studying plant cell materials provides a vast range of theoretical as well as practical information. Cells of BY-2 suspension culture are employed as a model system to investigate the function of fytohormones in plant cells and to study stress, cell differentiation, apoptosis, secondary metabolism processes, enzyme induction and gene expression in plants. The literature reports that the main advantage of BY-2 cells lies in a fast growth of the cell suspension. 2,4-D is a synthetic compound that is – in higher concentrations – used as a herbicide. It fundamentally modifies the amount of native growth regulators and substantially influences the plant metabolism. The physiological effect of a lower 2,4-D concentration is used to induce a dedifferentiation in vitro. Production of cell suspensions results from the dedifferentiation processes. This property is also employed to maintain the BY-2 cell suspension. Ethylene is known as a signal molecule mediating the reaction of a plant to stress conditions. A synergic effect of auxines on the ethylene production was reported in the literature. Auxines stimulate the production of ethylene in cell tissues. Higher concentration of ethylene subsequently inhibits the production of auxines. Ethylene is therefore commonly presented as a compound with antagonistic effects on all types of fytohormones. Tobacco BY-2 suspension was used to study the relationships between 2,4-D, ACC and ethylene. The monitoring of BY-2 generation time for four distinct concentrations of 2,4-D revealed differences in the production of ACC and ethylen depending on the amount of 2,4-D in the cultivation medium. It also became apparent during the generation time that cells produced other substances, probably pectines, which are known to protect cells against stressor activity. It can be concluded based on the morphology of cells in experiment that even low 1 µM concentrations of 2,4-D can act as a stressor. Pectin properties – their natural ability to produce gels were supported by the composition of medium. Cells without „pectin shield” were dead at the end of the generating time.
Key words: pectin, pectin hypothesis, pectin shield, BY-2 cell suspension, auxin, 2,4-dichlorfenoxyacetic acid, 2,4-D, 1-aminocyklopropan-1-karboxylic acid, ACC, ethylene, cytokinin, viability, programmed cell death, PCD, AL-PCD, apoptosis, pectines, plant mutagenicity, phytohormones

Abstrakt: Studium rostlinných buněčných materiálů je bohatým zdrojem informací jak na teoretické, tak praktické úrovni. Buněčné suspenze tabákové linie BY-2 jsou studijním modelem využívaným pro exaktní studium vlivu fytohormonů na rostlinné buňky, při studiu stresů, buněčného dělení, apoptózy, procesů sekundárního metabolizmu, indukci enzymů a projevů genové exprese. Jako výhoda je ve zdrojích uváděn její rychlý růst. 2,4-D je syntetická látka, která se ve vyšších koncentracích využívá jako herbicid, který radikálně mění obsah nativních růstových regulátorů a pronikavě zasahuje i do metabolizmu rostliny. Fyziologické účinky nižších koncentrací 2,4-D jsou využívány v indukci dediferenciace in vitro. Výsledkem dediferenciačních procesů je tvorba buněčných suspenzí. Této vlastnosti je využíváno i při udržování buněčné suspenze BY-2. Etylén je známá signální molekula zprostředkující reakci rostliny na stresové podmínky. Byl zjištěn synergický účinek auxinů na tvorbu etylénu. Auxiny stimulují v pletivech produkci etylénu a ten ve zvýšené koncentraci inhibuje jejich další tvorbu. Proto bývá etylén běžně chápán jako antagonisticky působící látka na všechny typy fytohormonů. Tabáková BY-2 suspenze byla využita právě pro sledování vzájemných vztahů mezi 2,4-D, ACC a etylénem. Sledování týdenní generační doby BY-2 při různých koncentracích ukázaly na rozdíly v produkci ACC a etylénu v závislosti na množství 2,4-D v kultivačním médiu. Během generační doby se navíc ukázalo, že buňky produkují další látky, s největší pravděpodobností pektiny, které běžně brání buňku před působením stresorů. Na základě morfologie tak lze konstatovat, že i nízké 1 µM koncentrace 2,4-D lze označit jako stresor. Složení kultivačního média podporovalo přirozené želírovací vlastnosti pektinů, čímž lze vysvětlit i stabilizování vzniklých buněčných řetízků. Buňky, které během generační doby nevytvořily „pektinový štít“, byly na konci generační doby mrtvé.
Klíčová slova: pektin, pektinová hypotéza, pektinový štít, BY-2 buněčná suspenze, auxin, 2,4-dichlorfenoxyoctová kyselina, 2,4-D, 1-aminocyklopropan-1-karboxylová kyselina, ACC, etylén, cytokinin, viabilita, programovaná buněčná smrt, PCD, AL-PCD, apoptóza, rostlinná mutagenita,fytohormony