| License: Publishing license for publications including print on demand (13MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-257918
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.25791
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 13 September 2012 |
| Referee: | Prof. Dr. Thomas Dresselhaus |
| Date of exam: | 27 July 2012 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenphysiologie (Prof. Dr. Klaus Grasser) |
| Keywords: | Pflanzen, Mais, Arabidopsis, doppelte Befruchtung, Kreuzungsbarrieren, Signalpeptide, Kalziumsignale, Gametophyt, Pollen, Entwicklung, Embryo/ plants, maize, Arabidopsis, double fertilization, crossing barriers, signalling peptide, calcium signalling, gametophyte, pollen, development, embryo |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 580 Botanical sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 25791 |
Abstract (English)
Sexual reproduction of angiosperms is a multistage process involving two sporophytic generations (parents and embryo) and one gamteophytic generation (male and female gametophyte). The central hallmark of this process is double fertilization. In order to achieve the unification of male and female gametes, sperm cells have to be delivered to the female gametophyte. The structure which delivers the ...
Abstract (English)
Sexual reproduction of angiosperms is a multistage process involving two sporophytic generations (parents and embryo) and one gamteophytic generation (male and female gametophyte). The central hallmark of this process is double fertilization. In order to achieve the unification of male and female gametes, sperm cells have to be delivered to the female gametophyte. The structure which delivers the sperm cells is the pollen tube. Pollen tube development is also summarised as progamic development of the male gametophyte. In Chapter 2 it is shown that progamic pollen tube development in maize is mainly governed by the sporophyte. Five phases of progamic pollen tube development were defined in homology to Arabidopsis. The influence of the female gametophyte appears to be restricted to the micropylar region, similar to the area controlled by EGG APPARATUS 1 (EA1) dependent micropylar pollen tube guidance. Intra-specific hybridisation barriers related to GAMTOPHYTE FACTOR 1 and inter-specific barriers between maize and Tripsacum dactyloides point at a specific interaction between pollen tubes and transmitting tracts. From that it is concluded, that targeting of the transmitting tracts by the pollen tubes is an actively regulated process and not exclusively governed by the tissue architecture as formerly assumed.
Not only cell-cell communication, also intracellular signalling is an important aspect of fertilization. Calcium is a major signalling compound which has already been shown to be involved in double fertilization of plants. Pollen tube growth has been shown to depend on calcium in vitro and in vivo. In Chapter 3 the construction of marker lines, comprising tools for studying calcium signaling during double fertilization is discussed. A plasma membrane marker for gametophytic cells was supposed to highlight gametophyte cell boundaries during fertilization. The recombinant calcium probe CerTN-L15 was expressed in vegetative tissues and gametophytic cell types (egg cell, synergids and pollen).
A different type of signaling molecules are peptides. A class of peptides which is only partially characterized is the EA1-box family, named after ZmEA1 from maize. As shown in Chapter 4, EA1-LIKE 1 (EAL1) is expressed in egg cells and after fertilisation until the transition stage. eal1-RNAi-ovules exhibit developmental defects including degenerated embryo sacs, supernumerary polar nuclei and central cell like structures as well as autonomous endosperm development. The LATERAL ORGAN BOUNDARY transcription factor gene INDETERMINED GAMETOPHYTE 1 was shown to be down-regulated in eal1-RNAi ovules. EAL1 expression itself was found to be independent of auxin. The peptide appears to accumulate at the chalazal pole of the egg cell. In Chapter 5 the additional role of EAL1 during early embryogenesis is discussed. The expression domain partially overlaps with expression of PINFORMED 1a (PIN1a) and ABERRANT PHYLOTAXY 1 (ABPHYL1) but not with DR5. In BMS cells, an additional potential target, a pentatricopeptide repeat protein, was identified. In eal1-RNAi-lines early development of endosperm and embryo seem to be delayed. Finally, a yeast-2-hybrid screen delivered a homologe of yeast SEC18 as putative interaction partner of EAL1.
Translation of the abstract (German)
Die sexuelle Fortpflanzung der Angiospermen ist ein mehrstufiger Prozess, an dem zwei sporophytische (Eltern und Embryo) und one gametophytische Generation (männlicher und weiblicher Gametophyt) beteiligt sind. Das zentrale Schlüsselereignis in diesem Prozess stellt die doppelte Befruchtung dar. Um die Vereinigung von männlichen und weiblichen Gameten zu erreichen, müssen die Spermazellen zum ...
Translation of the abstract (German)
Die sexuelle Fortpflanzung der Angiospermen ist ein mehrstufiger Prozess, an dem zwei sporophytische (Eltern und Embryo) und one gametophytische Generation (männlicher und weiblicher Gametophyt) beteiligt sind. Das zentrale Schlüsselereignis in diesem Prozess stellt die doppelte Befruchtung dar. Um die Vereinigung von männlichen und weiblichen Gameten zu erreichen, müssen die Spermazellen zum weiblichen Gametophyten gebracht werden. Die Struktur, die die Spermazellen transportiert ist der Pollenschlauch. Die Pollenschlauchentwicklung wird auch als progamische Entwicklung des männlichen Gametophyten zusammengefaßt. In Kapitel 2 wird gezeigt, dass die progamische Pollenschlauchentwicklung bei Mais hauptsächlich unter Kontrolle des Sporophyten steht. Fünf Phasen der progamischen Pollenschlauchentwicklung werden in Homologie zu Arabidopsis definiert. Der Einfluß des weiblichen Gametophyten scheint auf die mikropylare Region beschränkt zu sein, welche jenem Bereich ähnlelt, der unter dem Kontrolle der EGG APPARATUS 1 (EA1) abhängigen Pollenschlauchanlockung steht. Innerartliche Kreuzungsbarrieren in Abhängigkeit von GAMTOPHYTE FACTOR 1 und zwichenartliche Barrieren zwischen Mais und Tripsacum dactyloides weisen auf spezifische Interaktionen zwichen Pollenschlauch und transmitting tracts hin. Daraus läßt sich ableiten, dass das auffinden der transmitting tracts durch den pollen ein aktiv regulierter Prozess ist und nicht, wie früher angenommen, durch die Architektur der beteiligen Gewebe bestimmt wird.
Nicht nur die Zell-Zell-Kommunikation, auch intrazelluläre Signale stellen einen wichtigen Aspekt der Befruchtung dar. Kalzium ist eine bedeutende Signalsubstanz, von der bereits gezeigt wurde, dass sie an der doppleten Befruchtung bei Pflanzen beteiligt ist. Es ist bekannt, dass Kalzium für das Pollenschlauchtwachstum in vitro und in vivo notwendig ist. In Kapitel 3 wird die Erstellung von Markerlinien diskutiert, die Werkzeuge für das Studium von Kalziumsignalen während der doppelten Befruchtung darstellen. Ein Plasmamembranmarker für gametophytische Zellen soll die Grenzen der gametophytischen Zellen während der Befruchtung hervorheben. Die rekombinante Kalziumsonde CerTN-L15 wurde in vegetativen Geweben und gametophyischen Zelltypen (Eizelle, Synergiden und Pollen) exprimiert.
Eine andere Art von Siganlmolekülen sind Peptide. Eine Peptidklasse die nur teilweise charakterisisert ist sind die nach ZmEA1 aus Mais benannten Peptide der EA1-box-Familie. Wie in Kapitel 4 gezeigt wird, ist EA1-LIKE 1 (EAL1) in der Eizelle und nach Befruchtung bis zum Transitionsstamdium exprimiert. eal1-RNAi-Samenanlagen zeigen Entwichlungsdefekte einschließlich degenerierter Embryosäcke, überzähliger Polkerne und zentralzellartige Structuren sowie autonome Endospermentwicklung. Für das LATERAL ORGAN BOUNDARY -Transkriptionsfaktorgen INDETERMINED GAMETOPHYTE 1 konnte gezeigt werden, dass es in eal1-RNAi Samenanlagen herunterregliert ist. Sie Expression von EAL1 ist nicht auxinabhängig. Das Peptid scheint am chalazalen Pol der Eizelle zu Akkumulieren. In Kapitel 5 wird die Rolle von EAL1 in der frühen Embryoentwicklung diskutiert. Die Expressionsdomäne überlappt teilweise mit der von PINFORMED 1a (PIN1a) und ABERRANT PHYLOTAXY 1 (ABPHYL1), nicht aber mit DR5. Aus BMS-zellen konnte ein zusätzliches Zielgen, ein pentatricopeptide repeat Protein identifiziert werden. In eal1-RNAi-Linien scheint die frühe Endosperm und Embryoentwicklung verzögert zu sein. Letzlich konnte durch ein Hefe-2-Hybrid Experiment ein mutmaßlicher Interaktionspartner, ein Maishomolog des Hefegenes SEC18, idenfiziert werden.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 04:08
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