Universität zu Köln

Paffendorf, Barbara Annemarie Marlene ORCID: 0000-0002-9566-9027 (2024). Multitrait analysis of Arabidopsis thaliana and two Chenopodium species under different stress regimes. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Climate change is a severe global issue that has far-reaching consequences for plant development. The exact mechanisms by which climate change affects the physiological and genetic processes of plants are not fully understood in many areas. To gain more comprehensive insights into this complex topic, the model organism Arabidopsis thaliana was selected for this work. A. thaliana is ideally suited for experimental studies due to its simple genetics and short life cycle. In the conducted experiments, A. thaliana was exposed to different stress conditions, including varying light intensities and elevated temperature. These stress factors are particularly relevant in the context of climate change, as rising temperatures are expected in many regions. A central focus of this study is the MBW (MYB-bHLH-WD40) network, in which TRANSPARENT TESTA GLABRA1 (TTG1) acts as the essential interaction partner in the regulation of plant traits such as trichome development. Understanding how the MBW network responds to external stress and integrates these responses at the gene expression level could provide crucial insights into how sessile organisms cope with climate change challenges. By analyzing the expression of genes within the MBW network and evaluating the phenotypic responses to various stress conditions, valuable information was obtained in this study that could improve the understanding of plant adaptation mechanisms. It was shown that low- and high-light conditions affect the development of trichomes, with high light causing an increase in trichome density, to potentially protect against higher radiation levels. Additionally, it was found that a short period of stress stimulus led to rapid expression changes at the genetic level, but a constant change of the environmental conditions was required for an observable phenotypic change. Similar trends were observed in Chenopodium quinoa and Chenopodium suecicum, where salt stress led to an increased trichome density on the adaxial leaf side. As salt-resistant plants, the Chenopodium species are suitable for the analysis of the effects of salt stress. These insights contribute to a deeper understanding of how plants respond to stress, particularly in the face of climate change challenges.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Multitrait-Analyse von Arabidopsis thaliana und zwei Chenopodium-Arten unter verschiedenen Stressbedingungen German
Translated abstract:	Abstract Language Der Klimawandel ist ein schwerwiegendes globales Problem, das weitreichende Folgen für die Pflanzenentwicklung hat. Die genauen Mechanismen, durch die der Klimawandel die physiologischen und genetischen Prozesse von Pflanzen beeinflusst, sind in vielen Bereichen noch nicht vollständig verstanden. Um umfassendere Einblicke in dieses komplexe Thema zu erhalten, wurde für diese Arbeit der Modellorganismus Arabidopsis thaliana ausgewählt. A. thaliana eignet sich aufgrund seiner einfachen Genetik und seines kurzen Lebenszyklus ideal für experimentelle Studien. In den durchgeführten Experimenten wurde A. thaliana verschiedenen Stressbedingungen ausgesetzt, darunter unterschiedlichen Lichtintensitäten und erhöhter Temperatur. Diese Stressfaktoren sind im Zusammenhang mit dem Klimawandel besonders relevant, da in vielen Regionen mit steigenden Temperaturen zu rechnen ist. Ein zentraler Schwerpunkt dieser Studie ist das MBW (MYB-bHLH-WD40) Netzwerk, in dem TRANSPARENT TESTA GLABRA1 (TTG1) als wesentlicher Interaktionspartner bei der Regulierung von Pflanzenmerkmalen wie der Trichomentwicklung fungiert. Zu verstehen, wie das MBW-Netzwerk auf externe Stressfaktoren reagiert und wie es diese auf Expressionsebene integriert, könnte entscheidende Erkenntnisse darüber liefern, wie sesshafte Organismen mit den Herausforderungen des Klimawandels umgehen. Durch die Analyse der Genexpression innerhalb des MBW-Netzwerks und die Auswertung der phänotypischen Reaktionen auf verschiedene Stressbedingungen, wurden in dieser Studie wertvolle Informationen gewonnen, die das Verständnis der Anpassungsmechanismen von Pflanzen verbessern könnten. Es zeigte sich, dass schwache und starke Licht Bedingungen die Entwicklung von Trichomen beeinflussen, wobei starkes Licht eine Erhöhung der Trichomdichte bewirkte, um möglicherweise Schutz vor zunehmender Strahlung zu bieten. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass ein kurzer Stresszeitraum zu schnellen Expressionsänderungen auf genetischer Ebene führte, für eine beobachtbare phänotypische Änderung jedoch eine konstante Änderung der Umweltbedingungen erforderlich ist. Ähnliche Trends wurden bei Chenopodium quinoa und Chenopodium suecicum beobachtet, bei denen Salzstress zu einer erhöhten Trichomdichte auf der adaxialen Blattseite führte. Als salzresistente Pflanzen eignen sich die Chenopodium-Arten für die Analyse der Auswirkungen von Salzstress. Diese Erkenntnisse tragen zu einem tieferen Verständnis der Stressreaktion von Pflanzen im Hinblick auf die Herausforderungen des Klimawandels bei. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Paffendorf, Barbara Annemarie Marlene barbarapaffendorf@gmail.com orcid.org/0000-0002-9566-9027 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-745869
Date:	2024
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Botanical Institute
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language A. thaliana English stress treatments English qPCR English
Date of oral exam:	4 November 2024
Referee:	Name Academic Title Hülskamp, Martin Prof. Dr. Höcker, Ute Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/74586