Genetische und physiologische Charakterisierung

Research Collection
Doctoral Thesis
Genetische und physiologische Charakterisierung von
Arabidopsis thaliana-Mutanten mit ABA-insensitivem
Primärwurzelwachstum
Author(s):
Ehrler, Thomas
Publication Date:
1997
Permanent Link:
https://doi.org/10.3929/ethz-a-001856504
Rights / License:
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Diss. ETH Nr. 12269
Genetische und
von
physiologische Charakterisierung
Arabidopsis f/)a//ana-Mutanten
mit ABA-insensitivem Primärwurzelwachstum
Abhandlung
zur
Erlangung des Titels
Doktor der Naturwissenschaften
der
Eidgenössischen Technischen Hochschule
Zürich
vorgelegt
von
Thomas Ehrler
Diplom-Agrarbiologe,
Universität Hohenheim,
geboren
am
Deutschland,
3. Mai 1959
in Deutschland
Angenommen
auf
Antrag
von:
Prof. Dr. Nikolaus Amrhein, Referent
Prof. Dr. Klaus
Apel,
Korreferent
Prof. Dr. Erwin Grill, Korreferent
Zürich, 1997
Zusammenfassung / Summary
Zusammenfassung
Das Pflanzenhormon Abscisinsäure
entwicklung,
wie z.B. in der
(ABA) spielt
Aufrechterhaltung
Spaltöffnungsbewegungen
lation der
in der
der Pflanzen¬
Samendormanz, in der Regu¬
der
und in der
Regulation
Hemmung
des Pflanzenwachs¬
tums eine entscheidende Rolle.
Die
Analyse
Mutanten, die in einer ABA-induzierten physiologischen Reaktion
von
gestört sind, bilden ein wertvolles Hilfsmittel für die Identifizierung
nenten eines ABA-induzierten
mutierten
Signaltransduktionsweges. Gene,
Phänotyp definiert sind,
können
die
Kompo¬
von
nur
durch den
ihrer chromosomalen Position
aufgrund
kloniert werden.
Keimlinge
von
mutagenisiertem
Konzentration
Wildtyps
konnten
Samenmaterial
von
Aufgrund
Mutanten
INSENSITIVE1)
Locus
wurden in
Gegenwart
einer ABA-
Primärwurzelwachstums
(Koornneef
et
ABI1{ABSCISIC ACID
dem
die neben
al., 1984), acht
ABA) repräsentieren,
und
gca4),
neue
GCA-Loc\
{&ROWTH
und die in zwei
die eine dem
gegenüber der exogenen Applikation
oder
physiologischen
einen
(Ethylmethansulfonsäure)-
ihres ABA-insensitiven
(gcal, gca2
Carboxylsäure (ACC)
zeigen
EMS
Gruppen
können.
Drei der Mutanten
vermittelten
hervorgingen,
isoliert werden,
CONTROL EXCERTED BY
eingeteilt werden
aus
10 u.M inkubiert, die normalerweise das Wurzelwachstum des
hemmt.
Sensitivität
die
Arabidopsis thaliana,
pleiotropen
von
Wildtyp
ähnliche
1-Aminocyclopropan-1
-
Ethephon zeigen, sind ausschliesslich in ABAReaktionen
gestört. Die Mutanten gcal und gca2
Phänotyp
und
sind
in
der
Entwicklung
der
Samendormanz, der Regulation der Spaltöffnungen und dem ABA-sensitiven
Primärwurzelwachstum
sind
mögliche
möglicherweise
gestört.
Die
Komponenten
an
der
von
eines
GCA1 und GCA2 codierten
ABA-induzierten
Signalperzeption
Signaltransduktion beteiligt
oder
an
Genprodukte
Signalweges,
einem frühen
Schritt der
sind. Der mutierte GCA4-Locus beeinflusst
Primärwurzelwachstum und codiert
möglicherweise
ein
Genprodukt,
späteren Schritt des ABA-induzierten Signaltransduktionsweges wirkt.
die
nur
das
das in einem
Zusammenfassung / Summary
Die zweite
Gruppe
besteht
aus
den Mutanten
gca3, gca5, gcaß, gca7
und
die neben dem ABA-insensitiven Primärwurzelwachstum auch in der
gischen
Antwort auf die exogene
Alle diese Mutanten
haarentwicklung
zeigen
Applikation
ACC oder
und in der durch ACC und
sind.
in der Wurzel¬
verursachten
Ethephon
physiolo¬
Ethephon gestört
Wurzelgeotropismus,
Defekte im
Primärwurzelwachstums. Zusätzlich sind
von
gca8,
Hemmung
des
gca3, gca5 und gca8 im ACC-induzierten
triple response-Phänotyp gestört.
Alle
werden in einem einfachen Mendelschen
gca-Loci
die Basis für die
positionelle Klonierung,
Erbgang
vererbt und bilden
mit deren Hilfe die Gene isoliert werden
können, die für den mutierten Phänotyp verantwortlich sind.
Position des rezessiven
Die
genetische
von
Chromosom V und
er
liegt
0.6 cM
al., 1989) und 0.2 cM distal
ubq6121 (Chang
g3715
und
et
proximal
von
befindet sich
gca&Locus
vom
am
oberen Ende
molekularen Marker
den Markern
g3715 (Nam
et
g2632 (Nam
al., 1989) und
al., 1988). Mit Hilfe der flankierenden molekularen Marker
ubq6121
wurden künstliche
Hefechromosomen
{Yeast
Artificial
Chromosomes, YACs) isoliert, die die interessiernde Region abdecken, in der sich
der
gcaß-Locus
befindet.
YAC-spezifischen Endproben
Markern und
mit weiteren molekularen
Nachfolgende Analysen
erlaubten die
Lokalisierung
auf den YAC-Klonen EG19A10 und EG22D8 Grill und Somerville,
ca.130
Gens
kbp
umfassen. Die
erfordern
genetischen
Transfer
den mutierten
Die
das
Subklonieren
von
Phänotyp
genetische
nachfolgenden Schritte
zu
zu
Identifizierung
entsprechenden YACs,
Wildtyp-DNA-Fragmenten
gcaß
die beide
des GCAß-
sowie
den
in das mutierte
Genom,
kann auf den
Arabidopsis-
um
komplementieren.
Position der anderen
Chromosomen bestimmt werden,
Produkte
der
zur
1991),
von
um
die
gca-Loci
entsprechenden
Gene und ihre codierten
identifizieren, die für den mutierten Phänotyp verantwortlich sind.
Zusammenfassung / Summary
Summary
The
plant hormone
such
development
ABA-induced
Signal
transduction
Seedlings
of
mutagenized
seed material
{&ROWTH
GCA
new
were
root
is the
primary
Three of the mutants
exogenous
gca2
derived from EMS-
showing
dormancy, regulation of
growth of
wild type
induced
an
plants.
can
et
Mutants
root
in the
groth
Signal
and
ABA)
al., 1984)
sulfonate)
are
are
possibly
loci besides ABU
wild type
physiological
products
representing eight
were
acid
identified
by
responses. The
impaired
are
and
in
gcal and
seed
developing
primary
possible components
involved in the
Ethephon
root
of
growth.
ABA-
an
Signal perception
transduction. The mutated GCA4 locus affects
possibly
encodes
a
their
towards
sensitivity
(ACC)
stomatal aperture and ABA-sensitive
and
be
be subdivided into two groups.
pleiotropic phenotype
signaling pathway
early step
primary
and
growth
The GCA 1 and GCA2 encoded
can
incubated in the presence of 10 u.M exogenous
in ABA-mediated
a
phenotype
methane
(ethyl
applied 1-aminocyclopropane-1-carboxylic
mutants
of
of mutants altered in
their mutant
{gcal, gca2, gca4) showing
exclusively impaired
are
of stomatal
identify components
analysis
CONTROL EXCERTED BY
root
plant
position.
{ABSCISIC ACID INSENSITIVE1) (Koornneef
ABA-insensitive
of
regulation
dormancy, regulation
solely defined by
Arabidopsis thaliana,
normally inhibiting
ABA
pathway
their chromosomal
on
crucial role in the
A valuable tool to
plant growth.
ABA-induced responses. Genes
cloned based
a
maintenance of seed
as
movement and inhibition of
a
(ABA) plays
abscisic acid
gene
product
which may act in
a
or
in
only
later
step of the ABA induced signal transduction pathway.
The second group consists of the mutants
are
showing
altered responses towards exogenous
besides the ABA-insensitive
root hair
primary
root
geotropism,
and
Ethephon. Aditionally gcaß, gcaß
response
phenotype.
growth.
and
gcaß
are
which
applied ACC and Ethephon
All these mutants
development and primary
root
triple
gca3, gcaß, gcaß, gca7 and gcaß
root
growth
impaired
are
defective in
inhibition
by ACC
in the ACC-induced
Zusammenfassung / Summary
All the gca loci
are
isolate the genes
recessive
proximal
gcaß
responsible
locus
was
molecular markers
as
et
g2632 (Nam
et
The
al., 1989) and 0.2 cM distal
al., 1989) and ubq6121 (Chang
gcaß
1991), covering
require
the
the
on
region
et
al., 1988). The
the identification of
of interest
harbouring
yeast
the
gcaß
the YAC clones EG19A10 and EG22D8
ca.
130
kbp
each. The
subsequent Steps
subcloning of the corresponding YACs
fragments
into the mutant genome to
to
well
as
complement
phenotype.
The other different gca loci will be
prerequisite
mutant
phenotype by positional cloning.
with further molecular markers and YAC-derived
the transfer of wild type DNA
the mutant
and form the basis to
top of chromosome V and lies 0.6 cM
to the
(YACs) covering
the GCAß gene
manner
g3715 and ubq6121 allowed
allowed to localize
and Somerville,
identify
mapped
Subsequent analyses
endprobes
(Grill
simple Mendelian
for the mutant
g3715 (Nam
artificial chromosomes
locus.
a
from the molecular marker
from the markers
flanking
inherited in
to
identify
phenotype.
mapped
on
the
Arabidopsis
the genes and their encoded
chromosomes
as a
products responsible for
the