Universität zu Köln

Isolation und Analyse der Mutation thick tassel dwarf1 aus Zea mays

Bommert, Peter (2003) Isolation und Analyse der Mutation thick tassel dwarf1 aus Zea mays. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Die Fähigkeit die Balance zwischen der Teilungsrate der Stammzellen in der zentralen Zone und der Zelldifferenzierung in der peripheren Zone zu kontrollieren, ist eine charakteristische Eigenschaft pflanzlicher Meristeme, die durch den CLAVATA-Signaltransduktionsweg kontrolliert wird. Ziel dieser Arbeit war es, CLV1-ähnliche Gene aus Zea mays mit Hilfe eines auf Sequenzhomologie basierenden PCR Ansatzes zu isolieren und zu charakterisieren. Durch eine zu Beginn dieser durchgeführte vergleichende Sequenzanalyse CLV1-ähnlicher Gene aus Arabidopsis und Reis, konnten konservierte Bereiche innerhalb der Kinasedomänen identifiziert werden, die das Design von degenerierten Primern erlaubten. Durch Verwendung der degenerierten Primer sind zu Beginn dieser Arbeit fünf unterschiedliche cDNAs mit signifikanten Sequenzhomologien zu CLV1 aus isoliert worden. Eine genauere phylogenetische Analyse zeigte, dass die Kinasesequenz Kin5 den höchsten Verwandtschaftsgrad zu CLV1 darstellte. Darüber hinaus zeigte die phylogenetische Rekonstruktion, die Existenz zweier Unterfamilien CLV1-ähnlicher Gene. Die molekulare Charakterisierung der vollständigen Kin5 DNA Sequenz zeigte, dass Kin5 für eine CLV1-ähnliche LRR-Rezeptorkinase kodiert, die aus 21 vollständigen extrazellulär gelegenen LRR-Motiven, die ihrerseits von paarigen Cysteinresten flankiert werden, sowie einer intrazellulären Kinasedomäne mit abgeleiteter Serin/Threonin Spezifität aufgebaut ist. Kin5 spezifische Northern- und Real time RT-PCR Analysen zeigten, dass Kin5 Transkripte in unterschiedlichen Mengen in allen Gewebetypen nachgewiesen werden können. Durch Analyse der zellulären Kin5 Expression anhand durchgeführter in situ Hybridisierungen konnte Kin5 spezifische Expression in spikelet pair-, spikelet- und Blütenmeristemen detektiert werden. Neben der meristemspezifischen Expression konnte Kin5 Expression auch in den lateral angelegten Blütenprimordien nachgewiesen werden. Die Bestimmung der chromosomalen Lokalisation von Kin5 mit Hilfe rekombinanter Inzuchtlinien ergab, dass Kin5 in unmittelbarer Umgebung zu der Mutation td1 kartiert. Die anschließende molekulare Analyse unterschiedlicher td1 Allele zeigte, dass sie alle einen Defekt innerhalb des in dieser Arbeit isolierten Kin5 Gens darstellen und somit beide Loci als identisch zu betrachten sind. Die phänotypische Charakterisierung td1-mutanter weiblicher Blütenstände zeigte eine starke Vergrößerung des Infloreszenzmeristems sowie moderate Vergrößerungen der spikelet pair-, spikelet- und Blütenmeristeme. Darüber hinaus konnte in td1-mutanten Blüten die Bildung zusätzlicher Blütenorgane beobachtet werden. Die hohe Sequenzverwandtschaft zwischen td1 und CLV1 sowie die vergleichbaren Phänotypen unterstützen die Annahme, dass td1 das zu CLV1 orthologe Gen in Zea mays repräsentiert.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Development of the aerial parts of higher plants depends on the activity of meristems, the formative regions that continuously initiate new organs at their flanks. Morphologically and functionally, meristems can be subdivided into distinct domains, i.e. a central zone maintaining the stem cells and a peripheral zone where organs are formed. In Arabidopsis, analysis of fasciated mutants has identified some of the genes involved in maintaining the balance between stem cells and cells destined for subsequent developmental steps. Mutations in the genes involved in the CLAVATA signaling pathway lead to increased cell numbers in meristems. The current working model postulates that the CLAVATA3 ligand is secreted from stem cells and binds to a receptor complex containing CLAVATA1, CLAVATA2, and other signal transducers. Activation of the receptor results in the restriction of transcription of WUSCHEL, a positive regulator of stem cell identity. This thesis reports on the isolation and characterization of a LRR-receptor kinase with high degree of homology to the Arabidopsis CLAVATA1 protein, by using a homology-based PCR approach. Mapping of the gene isolated, places it in the close vicinity of the thick tassel dwarf (td1) locus. Investigation of the td1-R and td1-nickerson alleles reveals that they are identical and that they display a deletion within the 5�-signal sequence probably, resulting in false protein targeting. Sequence analysis of several Mutator-tagged td1 populations reveals the existence of various Mutator element insertions within the td1 locus. Phenotypically, td1 mutants affect various aspects of development in both the female and male inflorescence, displaying severely fasciated female inflorescence meristems as well as the formation of additional floral organs. The data as a whole indicate that td1 is the maize orthologue of the Arabidopsis CLAVATA1 (CLV1) gene. This assumption is further supported by a phylogenetic analysis, which demonstrates that td1 and CLV1 are highly related. Analysis of the expression pattern reveals that td1 is expressed within spikelet-, spikelet pair and floral meristems of female and male inflorescences. The td1 phenotype and expression pattern are discussed with respect to the evolution of maize.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Bommert, Peterpeter.bommert@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-11608
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Mais, Meristem, FasziationGerman
    thick tassel dwarf1, meristem, maizeEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Entwicklungsbiologie
    Language: German
    Date: 2003
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 05 February 2004
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 07 Jun 2004 11:17:53
    Referee
    NameAcademic Title
    Werr, WolfgangProf.Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1160

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