Universität zu Köln

Obeng-Hinneh, Evelyn (2018). Mechanisms regulating inflorescence development and flowering traits in Arabis alpina, an alpine perennial. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Flowering and inflorescence development are important plant processes that determine reproductive success, thus survival of many plant species. These processes are controlled by both endogenous and environmental cues. Arabis alpina, an alpine perennial and a close relative of the annual species Arabidopsis thaliana, initiates flower buds during prolonged cold exposure. Flower emergence then occurs a season later during permissive growth conditions. The Pajares accession of A. alpina was used in this study to investigate cold duration effects. Extended vernalization accelerated flower emergence, increased the percentage of flowering inflorescence branches and suppressed floral reversion within the inflorescence. The A. alpina gene, PERPETUAL FLOWERING 1 (PEP1) is a floral repressor that contributes to perennial traits and the orthologue of the A. thaliana gene, FLOWERING LOCUS C (FLC). The pep1 mutant does not require vernalization to flower and exhibits compromised perennial traits. Second site enhancer mutants of pep1-1, enhancers of perpetual flowering 1 (eop), were isolated to identify additional regulators of flowering. Five selected mutants are characterized here for their early flowering and inflorescence phenotypes. One mutant, eop101, developed a determinate inflorescence with a terminal flower as it carried lesion in the A. alpina TERMINAL FLOWER 1. Genome wide transcriptome analysis on this mutant revealed the up regulation of some flower meristem and organ identity genes and transcription factors associated with regulation of circadian rhythms and flowering. The causal gene of the other eops has been identified as a member of an AAA+ ATPase family whose involvement in flowering and inflorescence development has so far not been reported. Characterization of eop in a PEP1 background using introgression lines (ILs), revealed EOP to be involved in flowering and inflorescence development in response to vernalization duration. ILs exhibited early saturation of vernalization requirement to accelerate flowering, reduced floral reversion and increased percentage of flowering branches. Furthermore, transcriptome analysis suggests the involvement of EOP in stress response, reproductive development and transport of lipids and oligopeptides.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Blüte- und Blütenstandentwicklung sind wichtige Prozesse in der Pflanze, die Reproduktivität, und damit das Überleben vieler Pflanzenarten bestimmen. Diese Prozesse werden sowohl durch endogene Reize als auch durch Umwelteinflüsse kontrolliert. In Arabis alpina, einer mehrjährigen Pflanze und nahen Verwandten der einjährigen Pflanze Arabidopsis thaliana, wird das Knospen von Blüten durch langzeitige Kälteeinwirkung ausgelöst. Die Blüte findet dann eine Saison später unter günstigen Umweltbedingungen statt. In der vorliegenden Arbeit wurde der A. alpina Ökotyp Pajares verwendet, um die Effekte anhaltender Kälte zu untersuchen. Verlängerte Vernalisationszeiten beschleunigten die Blüte, erhöhten die Prozentzahl an blühenden Nebenblüten, und unterdrückten die Blütenreversion innerhalb des Blütenstands. Das A. alpina Gen PERPETUAL FLOWERING 1 (PEP1) ist ein Ortholog des A. thaliana Gens FLOWERING LOCUS C (FLC), und stellt einen Inhibitor in der Blüte dar, der zur Ausprägung von Eigenschaften mehrjäriger Pflanzen beiträgt. Die pep1 Mutante benötigt keine Vernalisation, um die Blüte einzuleiten, und zeigt kompromittierte Mehrjährigen-Eigenschaften. Second site enhancer Mutanten von pep1-1, enhancers of perpetual flowering 1 (eop), wurden isoliert, um weitere Blüh-Regulatoren zu identifizieren. Fünf ausgewählte Mutanten wurden in dieser Arbeit aufgrund ihres verfrühten Blühzeitpunktes und ihrer Blütephänotypen charakterisiert. Eine Mutante, eop101, entwickelte einen geschlossenen Blütenstand mit einer endständigen Blüte als Resultat einer Deletion im A. alpina Gen TERMINAL FLOWER 1. Eine Genomweite Transkriptionsanalyse mit dieser Mutante zeigte die erhöhte Expression einiger Blütemeristem- und Organidentitätsgene, und von Transkriptionsfaktoren, die mit der Regulierung des zirkadianen Rhythmus und der Blüte assoziiert sind. Das den anderen eops Mutanten zugrunde liegende Gen wurde hier als ein der AAA+ ATPase-Familie zugehöriges Gen identifiziert. Eine Beteiligung dieser Genfamilie bei der Blüte- und Blütenstandentwicklung wurde bisher noch nirgends beschrieben. Die Charakterisierung von eop im PEP1-Hintergrund mithilfe von introgression lines (ILs) zeigte, dass EOP abhängig von der Vernalisationsdauer an der Blüte- und Blütenstandentwicklung beteiligt ist. Die ILs zeigten eine verfrühte Saturierung der Vernalisationsvoraussetzungen, um die Blüte zu beschleunigen, eine verringerte Blütereversion, und eine erhöhte Prozentzahl von Blütezweigen. Weiterhin weist die Transkriptionsanalyse auf eine Beteiliung von EOP an der Stressantwort, der Reproduktionsentwicklung, und am Lipid- und Oligopeptidtransport hin. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Obeng-Hinneh, Evelyn hinneva@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-92818
Date:	15 March 2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Plant Breeding Research
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Flowering time UNSPECIFIED Inflorescence UNSPECIFIED Perennial UNSPECIFIED Vernalization UNSPECIFIED
Date of oral exam:	14 May 2018
Referee:	Name Academic Title Albani, Maria Prof. Dr. Hoecker, Ute Prof. Dr. Schneeberger, Korbinian Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9281