Egzogenna melatonina jako czynnik modyfikujący metabolizm kiełkujących nasion kukurydzy (Zea mays L.)

Abstract

Rozprawa doktorska dotyczy biostymulujących właściwości melatoniny (MEL, N-acetylo-5-metoksytryptamina) aplikowanej do nasion kukurydzy podczas hydrokondycjonowania. Do badań fizjologicznych, biochemicznych, cytologicznych i molekularnych, użyto nasion nietraktowanych – kontrolnych (NT), hydrokondycjonowanych wodą (H) i wodnymi roztworami MEL o stężeniach 50 i 500 μM (odpowiednio HMel50 i HMel500). Wykazano, że aplikowanie egzogennej MEL do nasion poprawiało ich kiełkowanie w temperaturach suboptymalnych i stymulowało wzrost osi zarodkowych w warunkach stresu chłodu (5 oC) i po jego ustąpieniu – podczas regeneracji. Udokumentowano sezonowe wahania stężeń endogennej MEL – zaobserwowano istotny wzrost tej indoloaminy w miesiącach zimowych. Zasugerowano, że endogenna MEL w nasionach może odgrywać kluczową rolę w sezonowych, niezależnie od warunków środowiskowych, rytmach. Poziom tej indoloaminy wzrósł znacznie i proporcjonalnie do zastosowanego stężenia, w nasionach kukurydzy HMel50 i HMel500, co świadczy o skuteczności dobranego primingu. Właściwości przeciwutleniające MEL potwierdził niski poziom uszkodzeń oksydacyjnych białek oraz mniejsza ilość produktów peroksydacji lipidów w osiach zarodkowych nasion HMel50 i HMel500 eksponowanych na działanie niskiej temperatury (5 oC) podczas kiełkowania. Było to skorelowane ze stymulującym wpływem MEL na podstawowe enzymy antyoksydacyjne: SOD, peroksydazy APX i GSH-PX oraz na GST – enzym detoksykujący. Badania nad proteomem pozwoliły zidentyfikować białka związane z hydroprimingiem i po raz pierwszy takie, które ulegały ekspresji tylko w obecności MEL. Udokumentowano, że MEL stymuluje również strategie obronne przed stresem na poziomie cytofizjologicznym, indukując endoreplikację w komórkach bazalnej strefy osi zarodkowych. MEL aplikowana do nasion kukurydzy poprawia ich jakość, działa biostymulująco i optymalizuje proces kiełkowania zwłaszcza w warunkach stresu chłodu.