Contribution of cytokinin biosynthesis genes in determining wheat grain yield | Udział genów biosyntezy cytokinin w determinacji wysokości plonu pszenicy

English. Cytokinins are a class of phytohormones associated with key plant growth and developmental processes, including those with a significant influence on plant yield and yield components. Cytokinin biosynthesis is catalysed by isopentenyltransferase, an enzyme encoded by the IPT gene family members. There are two types of IPT genes: ATP/ADP-IPT and tRNA-IPT. Depending on the IPT gene, the encoded enzyme initiates a separate cytokinin biosynthesis pathway, ultimately determining the type of cytokinins produced and, consequently, their function. Both, trans- and cis-zeatin are of particular importance in the first stages of cereal grain development, which are crucial in determining grain yield. These two cytokinins are produced as a result of separate biosynthesis pathways, and their participation in grain development depends on the species / genotypes. This review presents the importance of cytokinins and the IPT gene family members in determining the yield potential of plants. We summarize the current status of knowledge on the wheat IPT genes and their spatio-temporal expression pattern. Taking into account these information and the known biological activity of cytokinins in individual organs at various stages of the development of wheat plants and other cereal species, we point to IPT genes with a potentially significant role in determining wheat yield.

Polish. Cytokininy to klasa fitohormonów powiązanych z kluczowymi procesami wzrostu i rozwoju roślin, w tym mającymi istotny wpływ na wysokość i cechy składowe plonu roślin. Biosynteza cytokinin jest kontrolowana przez rodzinę genów IPT kodujących transferazę izopentenylową, która reguluje pierwszy, limitujący etap syntezy cytokinin. Wyróżnia się dwa rodzaje genów IPT: ATP/ADP-IPT i tRNA-IPT. W zależności od rodzaju IPT, kodowany enzym inicjuje odrębną ścieżkę syntezy, w efekcie decydując o typie otrzymanych cytokinin, a w konsekwencji również o ich funkcji. W badaniach dostrzeżono szczególne znaczenie trans- i cis-zeatyny w pierwszych stadiach rozwoju ziaren zbóż, kluczowych pod względem determinacji wysokości plonu. Te dwie formy cytokinin powstają w wyniku odrębnych ścieżek biosyntezy, a ich udział w rozwoju ziaren jest zależny od gatunku / genotypu. W niniejszej pracy przedstawiono znaczenie cytokinin i rodziny genów IPT w budowaniu potencjału plonotwórczego roślin. Podsumowano również dostępną wiedzę dotyczącą poszczególnych genów IPT pszenicy oraz wzoru ich czasowo- i miejscowo-specyficznej ekspresji. W oparciu o te informacje oraz poznaną dotąd aktywność biologiczną cytokinin w poszczególnych organach roślin pszenicy i innych gatunków zbóż na różnych etapach rozwoju, wskazano na geny IPT o potencjalnie istotnym udziale w determinacji wysokości plonu pszenicy.