Cytokinin signaling in hybrid aspen cambial development and growth

Näytä tavanomaiset kuvailutiedot

dc.contributor Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences en
dc.contributor.author Immanen, Juha fi
dc.date.accessioned 2018-05-18T06:30:13Z
dc.date.available 2018-06-08 fi
dc.date.available 2018-05-18T06:30:13Z
dc.date.issued 2018-06-18 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-51-4291-7 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/235216
dc.description.abstract Life on Earth is carbon based and is largely enabled by plants. As autotrophic (self-sufficient) life-forms, they fix atmospheric carbon dioxide to sugar through photosynthesis, and atmospheric oxygen is a by-product of this process. Heterotrophic life-forms such as humans are fully dependent on energy and oxygen provided by plants and cyanobacteria. Plants are thus very important for the human economy. Agriculture and forestry are large business sectors, with a global annual worth of over 3 trillion US dollars. Vascular tissues develop from the vascular cambium and serve two main functions: they give physical structure and support and distribute the water, nutrients and other substances needed for growth. Phloem transports the nutrients, and xylem is mainly responsible for conducting water and providing structural support for the plant. Trees are crucially important organisms for various ecosystems: about 31% of global terrain, over 4 billion hectares, is covered by forests. Trees contribute to carbon fixation, oxygen production, the global water cycle and soil erosion prevention. Woody biomass represents a valuable renewable source of energy and raw material for pulping and for the construction industry. Trees provide an excellent system for studying secondary vascular development in high resolution due to their massive size, which results from a wide cambial meristem. Understanding the hormonal regulation of radial growth that underlies wood development is of great importance for improving the use of tree products as a renewable resource. Detailed knowledge of these regulatory mechanisms could provide powerful tools to help tree breeders boost lignocellulosic biomass production. In the future, improved forestry and agriculture could produce the required energy, food, feed and raw biological materials using much less land, enabling the preservation of large areas of natural forest. Cytokinins are important growth regulators, but there are many other important plant hormones and growth regulators. In the work included in this thesis, we provided the first comprehensive description of the gene families for cytokinin signaling and homeostasis in black cotton wood (Populus trichocarpa). We also analyzed the hormone distribution and genome-wide expression profiles across the Populus cambial zone at an unprecedentedly high resolution. We observed increased cambial auxin concentration and auxin-responsive gene expression in cytokinin over-producing transgenic hybrid aspen (Populus) trees. Our results indicate that a graded distribution of cytokinin signaling specifies meristematic activity by influencing the amplitude of the cambial auxin gradient. It seems that cytokinins and auxin together regulate cambial developmental fate and growth rate. The two major phytohormones clearly interact in a manner which calls for continuing research. Here, we show that cytokinin and auxin display different yet partially overlapping distribution profiles across the cambium. In contrast to auxin, which is most concentrated in the actively dividing cambial cells, the greatest concentration of cytokinins is in the developing phloem. By manipulating the cytokinin concentration in the cambial zone, we could increase and decrease cambial cell division activity. Stimulation of cambial growth dramatically increased the production of lignocellulosic trunk biomass in Populus trees under greenhouse conditions. en
dc.description.abstract Hiilenkierto ja kasvit ovat mahdollistaneet nykymuotoisen elämän maapallolla. Kasvit ovat autotrofisia (omavaraisia) elämänmuotoja, jotka pystyvät yhteyttämisen avulla muodostamaan ilmakehän hiilidioksidista sokeria ja happea. Heterotrofiset (toisenvaraiset) elämänmuodot, kuten ihmiset, ovat täysin riippuvaisia kasvien ja syanobakteerien tuottamasta energiasta ja hapesta. Kasvit ovat myös erittäin tärkeitä ihmiskunnan taloudelle. Maa- ja metsätalous ovat suurta maailmanlaajuista liiketoimintaa, jonka arvo on yli 3 biljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Kasvin johtosolukot kehittyvät jällestä. Johtosolukot antavat kasville sen fyysisen muodon ja tukirakenteen sekä huolehtivat kasvuun tarvittavan veden, ravinteiden ja muiden aineiden kuljetuksesta erilaisten solukoiden välillä. Nila kuljettaa lehdistä ravinteet, kuten sokerit ja aminohapot erilaisiin solukoihin, kuten esimerkiksi juuriin. Puuaines (ksyleemi) kuljettaa vettä juurista muihin solukoihin, kuten lehtiin ja antaa kasville tukirangan. Puut ovat erityisen tärkeitä eliöitä erilaisissa ekosysteemeissä. Noin 31% maapinta-alasta eli yli 4 miljardia hehtaaria on erilaisten metsien peitossa. Metsillä on merkitystä hiilen sitomisessa, hapen muodostuksessa, maailman laajuisessa veden kierrossa ja maaperän eroosion ehkäisyssä. Puubiomassa on arvokas ja uudistuva luonnonvara niin energiaksi kuin raaka-aineeksi erilaisiin tarkoituksiin. Puut ovat oiva kohde jällen yksityiskohtaiseen tutkimukseen suuren kokonsa vuoksi. Puun kehityksen ja kasvun hormonaalisen säätelyn tunteminen olisi hyvin tärkeää, jotta voitaisiin tehostaa metsien kasvua. Tehostettu metsä- ja maatalous pystyisi tulevaisuudessa tuottamaan tarvittavan määrän energiaa, ravintoa ja raaka-aineita paljon pienemmällä käytettävällä maapinta-alalla, jotta luonnontilaiset metsät voisivat olla rauhassa. Sytokiniinit ovat tärkeitä kasvun säätelijöitä, joskaan eivät ainoita. Olemme ensimmäisinä tutkijoina raportoineet sytokiniini-viestintäreitin ja kyseisen hormonin homeostasiaan vaikuttavat geenit haavan sukuisessa puussa (Populus trichocarpa). Analysoimme sytokiniini-kasvihormonin jakaumaa ja koko genomin laajuista geenien ilmentymistä aikaisempia tutkimuksia tarkemmalla erottelukyvyllä koko jälsivyöhykkeen läpi. Mielenkiintoisena, jonkinlaisena yllätyksenä havaitsimme, että lisäämällä geeniperäisesti sytokiniinien määrää myös jällen auksiinin määrä lisääntyy huomattavasti. Tulimme siihen johtopäätökseen, että ainakin sytokiniinit ja auksiini yhdessä vaikuttavat jällen kehitykseen ja puun paksuuskasvun nopeuteen ja eri hormonien yhteisvaikutuksien jatkotutkimus olisi erityisen tärkeää. Pystyimme myös osoittamaan, että sytokiniinilla ja auksiinilla on hieman toisistaan poikkeavat toiminnalliset vyöhykkeet. Sytokiniinit (ja sytokiniiniviestintä) ovat runsainta nilan puolella jälttä, kun taas auksiinivyöhyke on ksyleemin (puun) puolella jälttä (molemmat hormonit ovat voimakaasti läsnä jällessä). Olemme myös pystyneet muuttamaan (lisäämään ja vähentämään) jällen aktiivisuutta (muuttamalla sytokiniin määrää jällessä) ja siten vaikuttaneet tutkittavien puiden kasvuun. Lisäämällä geeniperäisesti jälsivyöhykkeen sytokiniinien määrää, havaitsimme huomattavaa puun paksuuskasvun lisääntymistä kasvihuoneolosuhteissa. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-951-51-4290-0 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject fi
dc.title Cytokinin signaling in hybrid aspen cambial development and growth en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Helariutta, Yrjö fi
dc.ths Nieminen, Kaisa fi
dc.opn Tuominen, Hannele fi
dc.type.dcmitype Text fi

Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
cytokini.pdf 2.020MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä tavanomaiset kuvailutiedot