Universität zu Köln

Zimmermann, Roman (2004). Musterbildung im Maisembryo: Klonierung NAM/CUC-Orthologer aus Zea mays L. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Zusammenfassung Im Vergleich zu Arabidopsis ist der Kenntnisstand über die Musterbildung im Maisembryo rudimentär und beruht hauptsächlich auf histologischen Studien. Essentiell für die postembryonale Entwicklung ist die Anlage der beiden apikalen Meristeme im Embryo. Im Gegensatz zu Arabidopsis wird in Zea mays das sprossapikale Meristem (SAM) nicht an apiko-zentraler, sondern an lateraler Position auf der adaxialen, dem Skutellum gegenüber-liegenden Seite des Embryos angelegt. In dikotylen Spezies konnten Mitglieder der konservierten NAC Genfamilie wie NO APICAL MERISTEM aus Petunia (PhNAM) oder die CUP-SHAPED COTYLEDON Gene aus Arabidopsis (AtCUC1-3) als essentiell für die Initiation des SAM und Organseparation identifiziert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Etablierung putativer PhNAM/AtCUC-Orthologer als molekulare Marker für die Visualisierung von Musterbildungsprozessen, die der SAM-Initiation in Mais zugrunde liegen, angestrebt. Basierend auf Sequenzhomologien wurden 6 NAC Gene isoliert und phylogenetisch klassifiziert. Darüber hinaus wurden korrespondierende Kartierungspositionen im Maisgenom bestimmt. ZmCUC3 und die potentiellen Paraloge ZmNAM1/2 zeigen höchste Homologie zu AtCUC3 bzw. PhNAM, welche in Monokotylen wie Dikotylen diskrete, evolutiv konservierte Genfunktionen darstellen. Dabei werden ZmNAM1/2 wie AtCUC1/2 vermutlich über miRNAs reguliert. Die hohe Sequenzverwandtschaft deutet in Kombination mit den auffälligen Gemeinsamkeiten in den Expressionsmustern darauf hin, dass ZmNAM1/2 und ZmCUC3 wie ihre nächsten dikotylen Verwandten zu SAM Initiation und Organseparation in Zea mays beitragen. ZmNAC4 und die potentiellen Paraloge ZmNAC5/6 werden in phylogenetischen Rekonstruktionen bisher weitestgehend unbekannten Vertretern zugeordnet. ZmNAC4 stellt einen frühen und selektiven Marker für die Spezifizierung von Endosperm-Zellschicksal dar. ZmNAC5/6 sind eng mit der Entstehung der Koleorrhiza bzw. Wurzelhaube assoziiert. Durch die Analyse des ZmSCR-Transkriptionsmusters in räumlicher und zeitlicher Relation zu dem von Kn1 bzw. ZmNAC5/6 ergeben sich weiterhin folgende Erkenntnisse über die Musterbildung im Maisembryo: 1. Zellen des Wurzelmeristems werden räumlich und zeitlich diskret von denen des SAM spezifiziert. 2. Die Kalyptra wird bereits embryonal als Teil der Koleorrhiza angelegt. 3. Die Spross-Wurzelachse wird im Embryo als diskrete Subgruppe von Zellen des basalen Suspensors bzw. Skutellums abgegrenzt - Kn1 kommt dabei eine zentrale Stellung zu. 4. Der Gewebespalt zwischen lateralen Bereichen von Wurzel und Koleorrhiza wird über lokale Zellwandauflösung errichtet.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Pattern formation in the maize embryo: cloning of NAM/CUC-orthologues from Zea mays L. English
Translated abstract:	Abstract Language Abstract All aerial parts of a higher plant originate from the shoot apical meristem (SAM) which is initiated during embryogenesis as part of the basic body plan. In contrast to dicot species, the SAM in Zea mays is not established in a central but in a lateral position of the root-shoot axis in distance to the single cotyledon (scutellum). Genetic and molecular studies in dicots have revealed that members of the NAC gene family of plant-specific transcription factors have crucial functions in the initiation of the SAM: mutations in the NO APICAL MERISTEM gene (PhNAM) from Petunia result in seedlings which lack a SAM and show fusion of cotyledons to a cup-shaped structure. For the orthologous CUP-SHAPED-COTYLEDON genes (AtCUC1-3) from Arabidopsis, initial expression in the globular embryo has been shown to mark the region where the SAM will form between the two cotyledons. At later stages, transcripts become confined to the boundary between the cotyledon margins and the SAM. The CUC genes have been proposed to confer formation of organ boundaries which is assumed to be a prerequisite for the establishment and/or maintenance of the SAM. As an approach to understand how meristem formation is accomplished in an evolutionary distant monocot species, several highly related genes of the maize NAC family were isolated and characterized. All genes exhibit highly cell type-specific expression patterns. Phylogenetic data and cellular expression patterns for ZmCUC3 and the potential paralogues ZmNAM1/2 provide evidence for the conservation of distinct NAM- and CUC3-like functions in monocot and dicot species and give clues to a different mode of SAM establishment. Whereas ZmNAC4 represents an early and selective marker for the specification of endosperm cell fate, transcriptional activity for the potential paralogues ZmNAC5/6 suggests that the maize root cap is initiated early inside the embryo as part of the coleorhiza. Moreover, ZmNAC5/6 expression data combined into a comparative temporal and spatial analysis of Kn1- and ZmSCR expression domains provide detailed insights into the early organisation of the root-shoot axis inside the maize embryo. Results are discussed in comparison to embryogenesis in Arabidopsis. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Zimmermann, Roman roman_zimmermann@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-14087
Date:	2004
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institut für Entwicklungsbiologie
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Maisembryogenese , NAM , CUC3, Musterbildung German maize embryogenesis , pattern formation , NAM , CUC3 English
Date of oral exam:	2 February 2005
Referee:	Name Academic Title Werr, Wolfgang Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1408