dc.contributor.author
Jensen, Helen
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:16:35Z
dc.date.available
2014-03-28T08:41:55.638Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2306
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6507
dc.description.abstract
Suppressor mutagenesis of CKX1 overexpressing Arabidopsis plants (CKX1ox) led
to the identification of the dominant mutants rock2 CKX1ox, rock3 CKX1ox and
rock4 CKX1ox (Bartrina 2006), which showed a partial reversion of the
cytokinin-deficient phenotype. Using map-based cloning, the rock3 mutant
allele was identified as missense mutation in the AHK3 cytokinin receptor
gene, and the rock4 mutant allele was identified as a missense mutation in the
cytokinin synthesis gene IPT3. It could be shown in a yeast experiment that
the rock2 and rock3 mutations cause the formation of constitutively active
cytokinin receptors. Phenotypic analysis of the rock2, rock3, and rock4
mutants in the CKX1 overexpressing background revealed that the mutations
caused a partial to full reversion of the cytokinin deficiency syndrome in
matters of rosette diameter, shoot height, number of siliques, and root
growth, and caused delayed leaf senescence in a dark-induced senescence assay.
In addition, rock2 CKX1ox and rock CKX1ox plants showed an increased cotyledon
diameter and an earlier onset of flowering. In order to analyze the
consequences of the rock2, rock3, and rock4 mutations in wild-type background,
the 35S:CKX1 transgene was outcrossed. Additionally, transgenic lines
expressing rock2, rock3, and rock4 under control of their own promoters were
generated in wild-type Arabidopsis plants. The expression of rock2 and rock3
in the transgenic lines was verified by RT-PCR. In most cases, transgenic
pAHK2:rock2 and pAHK3:rock3 lines showed more prominent phenotypes compared to
rock2 and rock3 mutant plants, indicating a higher cytokinin status in the
transgenic lines. For pAHK2:rock2 plants it could be shown that the stronger
effects are not due to an extra AHK2 allele in the transgenic lines, but an
increased expression level of the transgene compared to wild-type AHK2
expression levels. The rock2 and rock3 mutations caused an enhancement of
vegetative and reproductive growth of wild-type plants throughout the plant’s
life cycle. Mutants exhibited bigger cotyledons, an increased rosette leaf
size, thicker stems and bigger flowers. Microscopic analysis revealed that the
increased growth is mainly due to the formation of more cells rather than
bigger cells. In addition, the rock3 mutants exhibited the strongest effect in
delaying senescence, while the rock2 allele had a greater effect on the onset
of flowering. Similar to rock2 and rock3, the rock4 mutant also showed
enhanced thickening of stems, a reduced root system, and delayed senescence.
Contrary to the rock2 and rock3 mutations, the rock4 mutation did not cause an
enhanced cotyledon expansion or an increase in leaf and flower size.
Interestingly, rock2, rock3, and rock4 mutant shoots grew and flowered for a
longer period of time. Additionally, rock2 and rock3 plants produced more
flowers per time unit, which led to a strongly increased number of siliques
per plant. This resulted in an increased seed yield per plant, at least in
case of pAHK3:rock3 transgenic plants. The size of siliques, number of seeds
per silique and seed size were not altered in pAHK3:rock3 transgenic plants.
Detailed microscopic analysis of developing embryos revealed that expression
of the rock2 or rock4 alleles resulted in a disturbed embryo development and
seed abortion. Embryo development was retarded and unsynchronized compared to
wild type, and in the case of pAHK2:rock2, embryos were often malformed at
developmental stages later than the heart stage. However, a low percentage of
mutant embryos developed normally and grew into typical looking pAHK2:rock2 or
rock4 plants. Taken together, the rock2, rock3, and rock4 mutations are
interesting tools to research the effects of an enhanced cytokinin status
during plant development and gave new insight into cytokinin regulated
processes. In addition, the characterisation of the gain-of-function cytokinin
mutants rock2, rock3, and rock4 revealed that an enhanced cytokinin status
causes several effects on plant development, which are of potential interest
for agricultural breeding purposes, for example an enhanced organ growth and
delayed senescence.
de
dc.description.abstract
Eine Suppressormutagenese von CKX1-überexprimierenden Arabidopsis Pflanzen
(CKX1ox) führte zur Identifikation der dominanten Mutanten rock2 CKX1ox, rock3
CKX1ox und rock4 CKX1ox (Bartrina 2006), welche eine Reversion des
cytokinindefizienten Phänotyps zeigten. Die Kartierung der Mutationen ergab,
dass es sich bei rock2 und rock3 um Missense-Mutationen in den Cytokinin-
Rezeptorengenen AHK2 und AHK3 handelt, und bei rock4 um eine Missense-Mutation
im Cytokinin-Synthesegen IPT3. Es konnte mit einem Test in Hefe gezeigt
werden, dass die rock2- und rock3-Mutationen zu konstitutiv aktiven Cytokinin-
Rezeptoren führen. Eine phänotypische Analyse der rock2-, rock3- und
rock4-Mutanten in CKX1-überexprimierenden Pflanzen zeigte, dass die Mutationen
bei Rosettendiameter, Sprosshöhe, Anzahl der Schoten und Wurzelwachstum eine
partielle bis komplette Reversion des Cytokinindefizienzsyndroms bewirkten und
die Blattseneszenz in einem Dunkelheit-induzierten Seneszenztest verzögerten.
Außerdem zeigten rock2 CKX1ox und rock3 CKX1ox Pflanzen einen vergrößerten
Kotyledonen-Durchmesser und einen früheren Blühzeitpunkt. Um die Auswirkung
der rock2-, rock3- und rock4-Mutationen im Wildtyphintergrund zu untersuchen,
wurde das 35S:CKX1-Transgen ausgekreuzt. Außerdem wurden transgene Arabidopsis
Pflanzen hergestellt, die die rock2-, rock3- und rock4-Gene unter den
jeweiligen eigenen Promotoren exprimieren. Die Expression der Transgene rock2
und rock3 wurde mit Hilfe von RT-PCRs nachgewiesen. In den meisten Fällen
zeigten die transgenen pAHK2:rock2- und pAHK3:rock3-Pflanzen stärker
veränderte Phänotypen im Vergleich zu rock2 und rock3 Pflanzen, was für einen
höheren Cytokininstatus in den transgenen Linien spricht. Im Fall von
pAHK2:rock2 konnte gezeigt werden, dass die stärkeren Effekte nicht durch ein
weiteres AHK2-Allel, sondern durch eine verstärkte Expression des Transgens,
verglichen mit dem wildtypischen AHK2-Expressionlevel, ausgelöst wurden.
Verglichen mit Wildtyppflanzen bewirken die rock2- und rock3-Mutationen
verstärktes vegetatives und reproduktives Wachstum während des gesamten
pflanzlichen Lebenszyklus. So bildeten die Mutanten größere Kotyledonen,
Rosettenblätter und Blüten und dickere Stängel. Mikroskopische Analysen
zeigten, dass die Vergrößerung der Organe im Vergleich zum Wildtyp durch die
Bildung von mehr Zellen bewirkt wird. Des Weiteren zeigten vor allem
rock3-Mutanten eine verzögerte Seneszenz, während das rock2-Allele eine
stärkere Auswirkung auf den Blühzeitpunkt von Arabidopsis-Pflanzen hatte. Die
rock4-Mutantion bewirkte, ebenso wie die rock2- und rock3-Mutantionen, dickere
Stängel, ein reduziertes Wurzelsystem und verzögerte Seneszenz, aber kein
gesteigertes Kotyledonen-Wachstum oder eine Vergrößerung von Rosettenblättern
oder Blüten. Interessanterweise zeigten rock2-, rock3- und rock4-Pflanzen eine
spätere Termination der Blüte verglichen mit dem Wildtyp. Außerdem
produzierten rock2- und rock3-Pflanzen mehr Blüten pro Zeiteinheit, was zu
einer stark erhöhten Schotenanzahl und somit zu einem gesteigerten Samenertrag
führte. Zumindest war dies bei transgenen pAHK3:rock3-Pflanzen der Fall, da in
diesen Pflanzen die Größe der Schoten, die Anzahl der Samen pro Schote und die
Samengröße im Vergleich zum Wildtyp nicht verändert war. Mikroskopische
Untersuchungen von sich entwickelnden Embryonen machten deutlich, dass die
Expression der rock2- und rock4-Allele zu einer gestörtem Embryo-Entwicklung
und einem Abort der Samen führen kann. Die embryonale Entwicklung war
verlangsamt und asynchron verglichen mit dem Wildtyp, und im Fall von
pAHK2:rock2 waren die Embryos nach Erreichen des Herz-Stadiums außerdem oft
missgebildet. Allerdings entwickelte sich ein geringer Prozentsatz der
mutanten Embryos normal und adulte Pflanzen zeigten später die für pAHK2:rock2
und rock4 typischen Ausprägungen. Zusammengefasst konnte gezeigt werden, dass
rock2-, rock3- und rock4-Allele interessante Werkzeuge zur Erforschung von
Effekten in der pflanzlichen Entwicklung, ausgelöst durch einen erhöhten
Cytokininstatus, darstellen, und neues Licht in Cytokinin-regulierte Prozesse
bringen können. Außerdem offenbarte die Charakterisierung der gain-of-function
Cytokinin-Mutanten rock2, rock3 und rock4, dass ein erhöhter Cytokininstatus
verschiedene Effekte in der pflanzlichen Entwicklung bewirkt, wie zum Beispiel
größere Organe und eine verspätete Seneszenz, die von potentiellem Interesse
für die Pflanzenzüchtung sind.
de
dc.format.extent
VII, 135 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Molecular characterisation of dominant repressors of the cytokinin deficiency
syndrome
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Thomas Schmülling
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Tomáš Werner
dc.date.accepted
2014-02-05
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000096360-9
dc.title.translated
Molekulare Charakterisierung dominanter Repressoren des
Cytokinindefizienzsyndroms
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000096360
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000014961
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access