Flowering in Arabidopsis thaliana GLR mutants

Angiosperms are the most widespread and most important plant group on Earth. They owe their evolutionary success to a specific method of reproduction, which includes flowering. The flowering process depends on many different factors and the pathways of physiological responses involved have been divided into four main groups. These are photoperiod dependent paths, vernalization, gibberellins, and an autonomous path. The plant's final flowering time is due to the integration of signals from these pathways. Calcium ions are an important signal transmitter in most plant life processes. There is evidence of their importance in flowering as well. One of the most important groups of calcium messengers in plants are GLR channels, which are analogs of the animal iGluR channels present in the nervous system of animals. The potential role of GLR channels in the flowering process has not yet been explored. This work proposes a possible involvement of GLR in the flowering process.My research aimed to identify the GLR Arabidopsis thaliana involved in flowering, and to see if these channels work in a photoperiod-dependent flowering manner. For this purpose, sixteen knock-out mutants of AthGLR were phenotyped with respect to flowering time in the long-day and short-day photoperiod. The appearance of visible flower buds and the opening of the first flower in the plant were assumed to be the key moments for the transition of the plant to flowering. The flowering time of plants from the day of sowing and the mean numbers of leaves in the rosette of mutants were compared to the wild type at the time of flowering. The values from the long-day photoperiod were then compared with those from the short-day photoperiod. The obtained results indicate that none of the examined GLRs significantly influenced the photoperiod-dependent flowering path. However, several mutants differ in flowering times from wild-type, indicating their potential involvement in other pathways.GLR, through its diversified and important functions in plants, has a great potential for applications in the agrobiotechnology, e.g. AthGLR3_2 mutant with improved nitrogen metabolism was patented. Selecting the GLR channel responsible for flowering would create new possibilities for modifying this process, which could significantly increase agricultural production during the growing season.

Okrytonasienne są najbardziej rozpowszechnioną oraz najbardziej znaczącą dla człowieka grupą roślina na Ziemi. Swój sukces ewolucyjny zawdzięczają specyficznemu sposobowi rozmnażania, którego elementem jest kwitnienie. Proces kwitnienia uzależniony jest od wielu różnych czynników, zaangażowane w nie ścieżki reakcji fizjologicznych zostały podzielone na cztery główne grupy. Są to ścieżki zależne od fotoperiodu, wernalizacji, giberelin oraz ścieżka autonomiczna. Ostateczny czas kwitnienia rośliny wynika z integracji sygnałów pochodzących z tych ścieżek. Ważnym przekaźnikiem sygnałowym w większości procesów życiowych roślin są jony wapnia. Istnieją dowody na ich znaczenie również w procesach kwitnienia. Jedną z najważniejszych grup przekaźników wapnia w roślinach są kanały GLR, które są analogami zwierzęcych kanałów iGluR obecnych w systemie nerwowym zwierząt. Potencjalna rola kanałów GLR w procesie kwitnienia nie została jeszcze zbadana. W tej pracy zaproponowano możliwy udział GLR w procesie kwitnienia.Badania miały na celu wyłonienie GLR Arabidopsis thaliana biorących udział w kwitnieniu, a także sprawdzenie, czy kanały te działają na ścieżce kwitnienia zależnej od fotoperiodu. W tym celu przeprowadzono fenotypowanie szesnastu mutantów AthGLR typu knock-out pod względem czasu kwitnienia w fotoperiodzie dnia długiego oraz krótkiego. Za momenty kluczowe dla przejścia rośliny do kwitnienia przyjęto pojawienie się widocznych pąków kwiatowych oraz otwarcie pierwszego kwiatu w roślinie. Porównywano czas kwitnienia roślin od dnia siewu oraz średnie liczby liści w rozecie mutantów względem dzikiego typu w momencie kwitnienia. Następnie porównano wartości z fotoperiodu dnia długiego z wartościami z fotoperiodu dnia krótkiego. Uzyskane wyniki wskazują, że żaden z badanych GLR nie wpływa znacząco na ścieżkę kwitnienia zależną od fotoperiodu. Jednakże kilka mutantów różni się czasem kwitnienia od typu dzikiego, co wskazuje na ich potencjalny udział w pozostałych ścieżkach. GLR poprzez swoje zróżnicowane i ważne funkcje w roślinach posiadają ogromny potencjał zastosowań w przemyśle biotechnologicznym np. opatentowano mutanta GLR3_2, który posiada ulepszony metabolizm azotu. Wyłonienie kanału GLR odpowiadającego za kwitnienie stworzyłoby nowe możliwości modyfikacji tego procesu, co mogłoby znacząco zwiększyć produkcję rolną w sezonie wegetacyjnym.