Universität zu Köln

Chiu, Wei-Hsin (2006). The TORNADO2 gene of Arabidopsis thaliana affectscellular decisions in the shoot apical meristem. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The aerial part of higher plants is derived from the SAM. In Arabidopsis thaliana, STM is the gene required to initiate and maintain the meristem. To understand how STM is regulated during developmental processes, an EMS-mutagenesis screen was carried out to isolate the gene(s) that affects STM expression. A line containing a quarter of plants with expanded GUS activity in shoot tips was isolated, and based on the genetic mapping, the mutant locus was confirmed to be allelic to tornado2 (trn2). Previous studies (Cnops, et al., 2000; Olmos et al., 2003) showed that TRN2 gene encodes a tetraspanin-like protein and its mutation causes dwarf plants, twisted lateral organs and inflorescence shoots, and abnormal development of roots. However, its functions in the SAM have not been described. In this study, it was showed that trn2 mutants have an enlarged SAM within excess STM transcripts. TRN2 is expressed not only in all types of meristems, which overlaps with STM expression patterns, but also in lateral organ primordia and in incipient vascular tissues. This expression pattern of TRN2 is compatible with the higher accumulation of STM transcripts in mutants and the pleiotropic phenotype of trn2 plants. Besides, WUS expression is not affected whereas the amount of CLV3 transcript is decreased in mutants. Genetic interactions showed that trn2 partially rescued stm phenotype and acts epistatically to wus and clv3, though there was no additive phenotype found in trn2 and wus or clv3 double mutants during the vegetative phase, trn2 mutation restored the carpels development in wus-1 background and made flowers to become trn2-like but still have supernumerary carpels in the clv3-2 background. Since the central zone (CZ) is not increased relative to the enlarged SAM, the increase of the periphery zone (PZ) could account for the enlargement of the SAM. Taken together, these results suggest that TRN2 functions in limiting the meristem activity, and loss of function of TRN2 protein causes more cells undifferentiated and increases the meristematic activity.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Oberirdische Pflanzenteile entstammen dem Sproßapikalmeristem (SAM). In Arabidopsis thaliana ist STM das Gen, das benötigt wird, um das Meristem zu initiieren und aufrechtzuerhalten. Um zu verstehen, wie STM während des Entwicklungsprozesses reguliert wird, wurde ein EMS-Mutagenese-Screen durchgeführt, um auf diese Weise Gene zu isolieren, die die STM-Expression beeinflussen. Dabei wurde eine Linie gefunden, in der ein Viertel der Pflanzen verstärkte GUS-Aktivität in den Sprossspitzen zeigten. Mit Hilfe von Gen-mapping konnte gezeigt werden, dass die Mutation allelisch zu tornado2 (trn2) ist. Vorangehende Studien (Cnops, et al., 2000; Olmos et al., 2003) haben gezeigt, dass TRN2 für ein Tetraspanin-ähnliches Protein kodiert. Mutationen rufen verkümmerter Pflanzen mit verdrehten lateralen Organen und Infloreszenzsprossen sowie abnormale Wurzelentwicklung hervor. Allerdings wurde bisher die Funktion im SAM nicht beschrieben. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass trn2 Mutanten ein vergrößertes SAM mit einem Überschuss an STM ausbilden. TRN2 wird nicht nur in allen Arten von Meristemen überlappend zum STM-Expressionsmuster angeschaltet, sondern zusätzlich in den Primordien der lateralen Organe und in sich entwickelndem vaskulärem Gewebe. Dieses Expressionsmuster von TRN2 ist kompatibel zu der stärkeren Anhäufung des STMTranskripts in Mutanten und dem pleiotropen Phänotyp der trn2-Pflanzen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die WUS-Expression nicht beeinflusst wird, während die Menge des CLV3 Transkripts reduziert ist. Genetische Interaktionen zeigen, dass trn2 teilweise den stm Phänotyp retten kann und epistatisch zu wus und clv3 wirkt. Obwohl kein zusätzlicher Phänotyp während der vegetativen Phase in trn2 wus oder trn2 clv3 Doppelmutanten gefunden wurde, konnte trn2 die Entwicklung der Fruchtblätter im wus-1 Hintergrund wiederherstellen und führte zu Blüten ähnlich denen in trn2-Singlemutanten, im clv3-2 Hintergrund blieb allerdings die Anzahl der Karpellen erhöht. Da die zentrale Zone (CZ) relativ zum vergrößerten SAM nicht zunimmt, ist anzunehmen, dass die Ausdehnung des SAM mit der Vergrößerung der peripheren Zone (PZ) zusammenhängt. Zusammenfassend lässt sich aus diesen Ergebnissen schließen, dass TRN2 bei der Begrenzung der Meristemidentität mitwirkt und ein Verlust des TRN2 Proteins zur Folge hat, dass die Anzahl der undifferenzierten Zellen erhöht wird und somit die Region meristematischer Aktivität vergrößert wird. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Chiu, Wei-Hsin chiu.weihsin@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-18464
Date:	2006
Language:	English
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 meristem, tornado2, arabidopsis English
Date of oral exam:	4 July 2006
Referee:	Name Academic Title Werr, Wolfgang Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1846