Dissertation

Untersuchungen zur regulation der kartoffelknollendormanz

Senning, Melanie

2011

Overview

Da Kartoffelknollen vor allem frisch verarbeitet bzw. verzehrt werden besteht das ganze Jahr über ein hoher Bedarf an frischem Erntegut. Aufgrund der klimatischen Bedingungen können Kartoffelknollen jedoch nicht das ganze Jahr über angebaut werden, so dass eine Langzeitlagerung der Knollen erforderlich ist. Nachdem das Auskeimen von Kartoffelknollen mit einer Remobilisierung von Speicherstoffen und Wasserverlust einhergeht, ist dies ein Hauptfaktor für eine Verringerung der Erntequalität. Daher ist es von großem Interesse die molekulare Regulation der Dormanz von Kartoffelknollen besser zu verstehen. Durch die Identifizierung von Kandidatengenen für potentielle Regulatoren der Knollendormanz bzw. Knollenmeristem-spezifischer Promotoren könnte es möglich werden, die Länge der Keimruhe von Kartoffelknollen gezielt zu beeinflussen.Wie zuvor bekannt kann die Keimruhe von Kartoffelknollen durch Zugabe von Gibberellin (GA) gebrochen werden. Daher sollte die Rolle dieses Phytohormons bei der Knollenkeimung näher untersucht werden. Mithilfe transgener Pflanzen mit erhöhtem bzw. verringertem endogenen GA-Gehalt konnte gezeigt werden, dass die Erhöhung des endogenen GA-Gehalts unter anderem zu einer leicht verfrühten Keimung und stark verlängerten Keimen führt. Pflanzen mit verringertem GA-Gehalt wiesen dagegen eine verlängerte Dormanzphase und stark verkürzte Keime auf. GA ist demnach sowohl an der Brechung der Keimruhe als auch am Elongationswachstum des Knollenkeimes beteiligt.Da über die molekularen Mechanismen der Knollenkeimung noch wenig bekannt ist, sollten Mikroarrayexperimente zu einem besseren Verständnis der Keimung von Kartoffelknollen beitragen. Zudem sollten Kandidatengene für potentielle Regulatoren der Knollendormanz ausgewählt und mithilfe transgener Pflanzen näher charakterisiert werden. Die Analyse globaler transkriptioneller Unterschiede in dormanten und keimenden Knollenaugen führte unter anderem zur Identifizierung von GARP (\"GA-regulated protein“) als potentiellem Regulator der Knollenkeimung. Knollen transgener Pflanzen mit erhöhter bzw. verringerter GARP-Genexpression zeigten jedoch kein verändertes Keimverhalten, was zu dem Schluss führte, dass GARP keinen Hauptregulator der Knollenkeimung darstellt. Zusätzlich führte die Transkriptomanalyse dormanter und keimender Knollenaugen zur Identifizierung der dUTPase als molekularem Marker für die Reaktivierung des Knollenmeristems.Die Analyse transkriptioneller Veränderungen während eines \"sprout release assay“-Experiments konnte zu einem besseren Verständnis der molekularen Veränderungen während der Knollenkeimung beitragen. Es zeigte sich, dass die Zellwandbiosynthese bzw. modifikation zu den sehr frühen Prozessen der Knollenkeimung zählt. Wie erwartet war auch der Wiedereintritt in den Zellzyklus entsprechend der Mikroarraydaten ein sehr früher Prozess der Initiation der Knollenkeimung. Eine frühe Induktion von Zellzyklusregulatoren des G1/ S-Phasenübergangs wurde mittels \"Real-Time“ PCR-Analysen verifiziert.Durch den Vergleich von Mikroarraydaten aus GA3- bzw. BA-induzierter Knollenkeimung und dormanten bzw. keimenden Knollenaugen konnten früh, generell bzw. spät während der Keimung regulierte Gene identifiziert werden. Aus diesen Ergebnissen wurde ein Modell über die molekularen Veränderungen während der Knollenkeimung abgeleitet. Zusätzlich wurde das KNOX-Gen StKn2 als möglicher Regulator der Knollenkeimung identifiziert und mithilfe transgener Pflanzen weiter charakterisiert. StKn2 ist sehr wahrscheinlich an der Reaktivierung des Knollenmeristems bei der Initiation der Keimung beteiligt.Durch vergleichende Analyse von Genexpressionsprofilen induzierter Stolone und aktiver Knollenmeristeme konnte die Hypothese bestätigt werden, dass die Knolleninduktion und die Knollenkeimung auf transkriptioneller Ebene eher antagonistisch reguliert werden. Mittels vergleichender Analysen von Transkriptionsprofilen aktiver Knollenmeristeme mit Mikroarraydaten aus verschiedenen Meristem-haltigen Kartoffelgeweben sollten gemeinsam und vor allem auch spezifisch exprimierte Gene identifiziert werden. Zuletzt wurden durch einen Vergleich von Mikroarraydaten von verschiedenen Zeitpunkten der Knollenkeimung und einer Reihe verschiedenster Kartoffelgewebe eine sehr wahrscheinlich spezifisch bei der Knollenkeimung exprimierte putative Pektinesterase (pPE) identifiziert.

• Publisher: ProQuest Dissertations & Theses
• Subject: Molecular biology / Plant sciences
• ISBN: 9798597073514