Modulation of Cytokinin Distribution Between Roots and Shoots

Abstract

Cytokinins are adenine derivatives and a group of plant hormones that regulate many physiological processes, including cell division, root and shoot growth, and senescence delay. Cytokinins transported via xylem have a specific role; they act as messengers of nitrate availability in soil. Precise regulation of cytokinin distribution between roots and shoots thus allows effective communication among various parts of the plant body. In my thesis, I address two mechanisms contributing to this regulation. First, I present findings about the kinetics of cytokinin transport across the biomembranes. I characterize EQUILIBRATIVE NUCLEOSIDE TRANSPORTER 3 (ENT3) as a membrane-bound carrier recognizing cytokinin nucleobases and ribosides. Using computational methods, I estimate which ENT3 residues interact with cytokinins and discuss the conservation of these residues within the ENT family. I further show that the ent3 mutation alters shoot phenotype and the expression of the cytokinin-induced transcription factor WUSCHEL. These findings indicate that ENT3 contributes to the regulation of cytokinin distribution in plants via the uptake of root-borne cytokinins from the xylem in shoots. Second, I show that CYTOKININ DEHYDROGENASE (CKX), a cytokinin-degrading enzyme, is active in the xylem sap and thus...

Cytokininy jsou deriváty adeninu a skupinou rostlinných hormonů, které regulují široké spektrum fyziologických procesů včetně buněčného dělení, růstu kořenů i nadzemní části a oddálení senescence. Cytokininy transportované skrze xylém mají specifickou roli; nesou informaci o dostupnosti dusičnanů v půdě. Přesná regulace rozdělení cytokininů mezi kořeny a nadzemní část tudíž umožňuje účinnou komunikaci napříč různými částmi rostlinného těla. Ve své práci se věnuji dvěma mechanismům přispívajícím k této regulaci. Za prvé představuji zjištění o kinetice cytokininového transportu přes biomembrány. Popisuji EKVILIBRATIVNÍ NUKLEOSIDOVÝ TRANSPORTÉR 3 (ENT3) jako membránový přenašeč cytokininových nukleobází a ribosidů. Pomocí výpočetních metod odhaduji, které zbytky ENT3 interagují s cytokininy, a diskutuji jejich konzervaci v rámci ENT rodiny. Dále ukazuji, že mutace ent3 mění fenotyp nadzemní části a expresi transkripčního faktoru WUSCHEL, která je indukována cytokiny. Tato zjištění ukazují, že ENT3 přispívá k regulaci rozdělení cytokininů v rostlinách tím, že v nadzemní části přijímá z xylému cytokininy původem z kořene. Za druhé ukazuji, že CYTOKININ DEHYDROGENÁZA (CKX), enzym degradující cytokininy, je aktivní v xylémovém exudátu, a tedy že negativně reguluje cytokininy putující z kořene do nadzemní...