Universität zu Köln

Wang, Juanjuan ORCID: 0000-0002-1142-6643 (2024). Comparing the regulation and function of FLOWERING LOCUS T homologues in Brassica napus. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Brassica napus, a crop that greatly contributes to global agricultural economies, originated approximately 7,500 years ago through interspecific hybridization between Brassica rapa and Brassica oleracea, resulting in a complex genome with A and C sub-genomes. Flowering time is a crucial phenological trait that directly affects the yield potential and economic sustainability of B. napus. In Arabidopsis thaliana, the FLOWERING LOCUS T (FT) gene plays a pivotal role in flowering regulation. It encodes florigen, a mobile signal that is synthesized in leaves and moves to the apical meristem to trigger the transition from vegetative to reproductive growth. Despite the well-characterized functions and regulatory mechanisms of FT in A. thaliana, knowledge about the FT homologues in B. napus, a species belonging to the same family as A. thaliana, is relatively limited. To address this, we identified and characterized eight FT homologues in B. napus. Among these genes, four BnFT genes show synteny among A. thaliana, Schrenkiella parvula and B. napus, two out of the three NEW SISTER OF FT AND TSF (NFT) genes that possess synteny only among the B. napus and S. parvula were predicted to be pseudogenes, and a C-GENOME SISTER OF FT AND TSF (CFT) gene is unique to B. napus and the C-genome parent, B. oleracea, but absent from S. parvula and A. thaliana. In inter-species complementation experiments, six functional FT homologues all exhibited weaker complementation ability compared to FT, but when expressed directly in the shoot apical meristem, four BnFTs exhibited a similar and strong florigen function as FT, whereas BnNFT.A7 and BnCFT.C4 still showed reduced florigen activity. Furthermore, four BnFT genes contain conserved sequence Block A, Block C and Block E in their flanking sequences, which are known to be involved in the transcriptional regulation of FT. The four BnFT genes are expressed predominantly in long-day conditions, showing an upward parabola of diurnal expression with the lowest expression at ZT8. By contrast, BnNFT.A7 and BnCFT.C4 showed an irregular diurnal expression pattern, with lower levels of expression without a photoperiodic bias. Additionally, the expression level of the four BnFT genes was inversely proportional to the distance between Block A and Block E. A comparative analysis of the diurnal expression patterns of the FT gene regulatory network in B. napus and A. thaliana revealed not only similarities, but also some differences in expression patterns. In summary, the findings of this thesis provide insights into the evolution of FT homologues from A. thaliana, S. parvula and B. napu; confirmed the conserved florigen functions of BnFT homologues; as well as revealed a similarities and differences in the flowering regulation network between A. thaliana and B. napus.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Comparing the regulation and function of FLOWERING LOCUS T homologues in Brassica napus English
Translated abstract:	Abstract Language Brassica napus, eine Kulturpflanze, die einen großen Beitrag zur globalen Agrarwirtschaft leistet, entstand vor etwa 7.500 Jahren durch interspezifische Hybridisierung zwischen Brassica rapa und Brassica oleracea, was zu einem komplexen Genom mit A- und C-Subgenomen führte. Die Blütezeit ist ein entscheidendes phänologisches Merkmal, das sich direkt auf das Ertragspotenzial und die wirtschaftliche Nachhaltigkeit von B. napus auswirkt. In Arabidopsis thaliana spielt das Gen FLOWERING LOCUS T (FT) eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Blüte. Es kodiert für Florigen, ein mobiles Signal, das in den Blättern synthetisiert wird und zum apikalen Meristem wandert, um den Übergang vom vegetativen zum reproduktiven Wachstum auszulösen. Trotz der gut charakterisierten Funktionen und Regulationsmechanismen von FT in A. thaliana ist das Wissen über das FT-Gen in B. napus, einer Art, die wie A. thaliana zu den Brassicaceen gehört, relativ begrenzt. Um dies zu untersuchen, haben wir acht FT-Homologe in B. napus identifiziert und charakterisiert. Unter diesen Genen zeigen vier BnFT-Gene Syntenie zwischen A. thaliana, Schrenkiella parvula und B. napus, zwei der drei NEW SISTER OF FT AND TSF (NFT)-Gene, die Syntenie nur zwischen B. napus und S. parvula aufweisen, wurden als Pseudogene vorhergesagt, und ein C-GENOME-SISTER OF FT AND TSF (CFT) ist nur bei B. napus und dem C-Genom-Elternteil B. oleracea vorhanden. In heterologen Komplementierungsexperimenten wiesen sechs funktionale FT-Homologe im Vergleich zu FT eine schwächere Komplementierungsfähigkeit in A. thaliana ft Mutanten auf. Wenn sie jedoch direkt im Sprossapikalmeristem exprimiert wurden, zeigten vier BnFTs eine ähnliche und starke florigene Funktion wie FT, während BnNFT.A7 und BnCFT.C4 immer noch eine reduzierte florigene Aktivität aufwiesen. Außerdem enthalten vier BnFT-Gene in ihren flankierenden Sequenzen die konservierten Sequenzen Block A, Block C und Block E, von denen bekannt ist, dass sie an der Transkriptionsregulierung von FT beteiligt sind. Die vier BnFT-Gene werden vorwiegend unter Langtagsbedingungen exprimiert und zeigen eine aufsteigende Parabel der täglichen Expression mit der niedrigsten Expression bei ZT8. Im Gegensatz dazu zeigten BnNFT.A7 und BnCFT.C4 ein unregelmäßiges tageszeitliches Expressionsmuster mit niedrigeren Expressionswerten ohne photoperiodische Tendenz. Darüber hinaus war das Expressionsniveau der vier BnFT-Gene umgekehrt proportional zum Abstand zwischen Block A und Block E. Eine vergleichende Analyse der tageszeitlichen Expressionsmuster des FT-Genregulationsnetzwerks in B. napus und A. thaliana ergab nicht nur Ähnlichkeiten, sondern auch einige Unterschiede in den Expressionsmustern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieser Arbeit Einblicke in die Evolution der FT-Homologe von A. thaliana, S. parvula und B. napu gewähren, die konservierten florigenen Funktionen der BnFT-Homologe bestätigen sowie Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Netzwerk der Blütenregulation zwischen A. thaliana und B. napus aufzeigen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Wang, Juanjuan jwang2@mpipz.mpg.de orcid.org/0000-0002-1142-6643 UNSPECIFIED
Contributors:	Contribution Name Email Author Wang, Juanjuan jwang2@mpipz.mpg.de Research team head Turck, Franziska turck@mpipz.mpg.de
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-723160
Date:	14 March 2024
Place of Publication:	Cologne
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 LOCUS T UNSPECIFIED Brassica napus UNSPECIFIED flowering time UNSPECIFIED transcriptional regulation network UNSPECIFIED CONSTANS UNSPECIFIED
Date of oral exam:	27 February 2024
Referee:	Name Academic Title Turck, Franziska Doctor
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/72316