ZmMADS1 is a positive flowering time regulator in Zea mays L.

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-299412
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.29941

Alter, Philipp

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Date of publication of this fulltext: 08 May 2015 10:22

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	8 May 2015
Referee:	Prof. Dr. Thomas Dresselhaus
Date of exam:	5 May 2014
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenphysiologie (Prof. Dr. Klaus Grasser)
Keywords:	flowering time, maize, ZmMADS1, SOC1
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences 500 Science > 580 Botanical sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	29941

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Abstract (English)

Abstract (English)

Flowering time is an important agronomical trait of relevance for harvest date, crop rotation schemes, biomass yield, and terminal drought avoidance. The regulation of flowering time and associated transition from vegetative to inflorescence meristems in the most important crop maize seems to be dominated by small additive QTLs with few genetic and/or environmental interactions. Mutants do not promise as much insight into the pathways regulating flowering time compared with Arabidopsis thaliana and rice, since only three late flowering mutants are known to date: indeterminate1 (id1), delayed flowering1 (dlf1) and leafy. ID1 encodes a zinc-finger transcription factor absent in Arabidopsis and DLF1 a bZIP transcription factor homologous to the Arabidopsis floral integrator FLOWERING LOCUS D (FD). LEAFY has not yet been cloned to date.
In order to gain new insights into the processes regulating flowering time in day-neutral maize the transcriptome of leaves was analyzed before, during and after the switch from vegetative to reproductive development of the shoot apical meristem (SAM). In the beginning of this work, two pairs of genetically related maize inbred lines were identified differing significantly in flowering time. By obtaining and analyzing transcriptome data from these four lines two genes were identified as putative components of the flowering time regulating machinery in maize, ZmMADS1 and ZmM26. Both candidate genes encode MADS-box transcription factors. Homology analyses revealed that ZmMADS1 is one of at least three SOC1-like genes in maize and ZmM26 was identified as one of four maize SVP-like genes.
ZmMADS1 was expressed in a diurnal pattern over the day. This effect was stronger during short days compared with long days. A day time or day length specific expression of ZmM26 could not be detected. The findings suggest that ZmMADS1 might be involved in the photoperiodic flowering time regulation of maize. A complementation assay in Arabidopsis soc1 mutants showed that ZmMADS1 is able to rescue the late flowering phenotype. Functional characterization of ZmMADS1 and ZmM26 in transgenic maize plants indicated that ZmM26 does not have an effect on flowering time under long day conditions, while ZmMADS1 seems to be involved in the positive regulation of flowering time in a dosage dependent manner.

Translation of the abstract (German)

Der Blühzeitpunkt ist ein wichtiges agronomisches Merkmal und von großer Relevanz für Erntezeit, Fruchtfolge, Biomasseproduktion und die Vermeidung von terminalem Trockenstress. In Mais scheint die Regulation des Blühzeitpunktes und der damit verknüpfte Übergang vom vegetativen Meristem zum Infloreszenzmeristem von kleinen, additiven QTL dominiert zu sein, die nur wenige genetische und/oder umweltbedingte Interaktionen aufweisen. Mutantenstudien versprechen bei Mais keine großen Erkenntnisse über blühzeitregulatorische Signalwege wie in Arabidopsis thaliana oder Reis, da bisher nur drei spät blühende Maismutanten bekannt sind: indeterminate1 (id1), delayed flowering1 (dlf1) und leafy. ID1 kodiert einen in Arabidopsis nicht vorkommenden Zinkfingertranskriptionsfaktor und DLF1 einen bZIP Transkriptionsfaktor der homolog zu FLOWERING LOCUS D (FD) ist, einem Blühsignalintegrator aus Arabidopsis. LEAFY wurde bis jetzt noch nicht kloniert.
Um neue Einblicke in den Prozess der Blühzeitregulation von tag-neutralem Mais zu erhalten, wurden Blatttranskriptomanalysen vor, während und nach dem Übergang vom vegetativen zum reproduktiven Entwicklungsstadium des Sprossapikalmeristems (SAM) durchgeführt. Zu Beginn der Arbeit wurden zwei Paare genetisch nah verwandter Mais-Inzuchtlinen identifiziert, die sich signifikant im Blühzeitpunkt unterschieden. Durch die Analyse der Transkriptomdaten dieser vier Linien wurden mit ZmMADS1 und ZmM26 zwei Gene identifiziert, die möglicherweise Bestandteile des blühzeitregulatorischen Mechanismus in Mais sind. Beide Gene kodieren MADS-Box Transkriptionsfaktoren. Homologieanalysen ergaben, dass ZmMADS1 eines von mindestens drei SOC1-ähnlichen Genen ist, während ZmM26 als eines von möglicherweise vier SVP-ähnlichen Genen identifiziert wurde.
Die Expression von ZmMADS1 folgte einer Tagesrhythmik, die unter Kurztagbedingungen stärker ausgeprägt war als unter Langtagbedingungen. Ein ähnliches Ergebnis war für ZmM26 nicht zu beobachten. Dies deutet darauf hin, dass ZmMADS1 im Gegensatz ZU ZmM26 in der fotoperiodischen Blühzeitregulation beteiligt ist. Komplementationsstudien in Arabidopsis soc1 Mutanten zeigten, dass ZmMADS1 den spät blühenden Phänotyp komplementieren konnte. Die funktionelle Charakterisierung von ZmMADS1 und ZmM26 in transgenen Maispflanzen ergaben, dass ZmM26 anscheinend keine Rolle in der Regulation des Blühzeitpunktes unter Langtagbedingungen spielt, während ZmMADS1 dosisabhängig eine Rolle in der positiven Blühzeitregulation bei Mais spielt.

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