Universität zu Köln

Weber, Gaby (2018). Growth Anisotropy and Cortical Microtubules in Explosive Pod Shatter. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF Dissertation _Gaby Weber.pdf - Published Version Download (5MB) | Preview

Abstract

The goal of my project is to investigate how the fruit pod of Cardamine hirsuta explodes to disperse its seeds. Recently, it was shown that the fruit pods coil due to the rapid release of tension generated by differential shortening of fruit valve tissues. It was further shown that shortening of the exocarp tissue is an active process and does not arise from passive shrinkage. Finite-element modelling (FEM) predicted that this process is dependent on the 3D geometry and anisotropy of exocarp cells. Cell growth anisotropy is determined by the net alignment of cortical microtubules (CMT), which guide the direction of cellulose synthesis in the cell wall. However, the specific function of CMT alignment in explosive pod shatter is not clear. Thus, the aim of my project is to characterize the alignment of CMT arrays during fruit development and their function in explosive pod shatter. I used confocal laser scanning microscopy to visualise a fluorescently labelled tubulin α6 protein in order to analyse CMT alignment. To perturb CMT alignment, I used the herbicide oryzalin to depolymerize CMT. In a genetic approach, I silenced gene expression of the microtubule severing protein Katanin (KTN1) using an inducible artificial mircoRNA (amiRKTN1). My results showed that daily oryzalin treatment of maturing fruit pods abolished CMT organisation in the exocarp cells of C. hirsuta, which abolished explosive pod shatter. However, KTN1 gene silencing was not sufficient to impact exocarp CMT alignment or affect explosive pod shatter. In summary, my perturbations with oryzalin showed that aligned CMT arrays are required for turgor-driven contraction of the exocarp cell layer and explosive pod shatter in C. hirsuta.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Ziel meines Projektes ist zu untersuchen wie die Frucht der Cardamine hirsuta zerspringt um die Samen zu verteilen. Kürzlich wurde gezeigt, dass sich die Schoten durch das plötzliche Freiwerden von Spannung, welche durch Verkürzung von Fruchtventilgeweben erzeugt wird, aufwickeln. Die Verkürzung des Exokarpusgewebes ist ein aktiver Prozess und entsteht nicht durch passives Schrumpfen.Mittels eines Finite-Element-Models (FEM) wurde vorhergesagt, dass dieser Prozess von der 3D Geometrie und der Anisotropie der Exocarpzellen abhängt. Die Zellwachstumsanisotropie ist durch die Ausrichtung der kortikalen Mikrotubuli (CMT) bestimmt, welche die Richtung der Zellulosesynthese in der Zellwand leiten. Die spezifische Funktion der Mikrotubuliausrichtung in dem Zerplatzen der C. hirsuta Schoten ist jedoch unklar. Ziel meines Projektes ist es daher, die Ausrichtung der CMT während der Fruchtentwicklung und deren Funktion in den zerspringenden Schoten zu charakterisieren. Ich nutze konfokale Laserscanmikroskopie genutzt um mittels der Visualisierung von einem fluoreszenzmarkierten Tubulin-α6-Protein die CMT-Ausrichtung zu analysieren. Um die CMT-Ausrichtung zu stören, verwendete ich das CMT depolymerisierende Herbizid Oryzalin.In einem genetischen Ansatz deaktivierte ich das Mikrotubuli-schneidende Protein Katanin (KTN1) während der Fruchtentwicklung in C. hirsuta mit einer induzierbaren künstlichen MikroRNA (amiRKTN1). Meine Ergebnisse zeigen, dass eine tägliche Behandlung von reifenden Schoten mit Oryzalin die CMT-Organisation in den Exokarpzellen der C. hirsuta aufhebt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Schoten die Fähigkeit zu zerspringen verlieren. Die Herabregulation von KTN1 ist jedoch nicht ausreichend, um die Ausrichtung der CMT oder das Zerspringen der Schoten zu beeinflussen. Zusammengefasst zeigten meine Perturbationen mit Oryzalin, dass ausgerichtete CMT-Anordnungen für die Turgor-gesteuerte Kontraktion der Exocarp-Zellschicht und für die zerpringende Schoten in C. hirsuta benötigt werden. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Weber, Gaby UNSPECIFIED UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-90730
Date:	27 September 2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Plant Breeding Research
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Cardamine hirsuta, explosive pod shatter, cortical microtubules, growth anisotropy UNSPECIFIED
Date of oral exam:	19 November 2018
Referee:	Name Academic Title Tsiantis, Miltos Prof. Dr. rer. nat. Hülskamp, Martin Prof. Dr. rer. nat.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9073