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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-53905
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/5390/


Lienhart, Otmar

Untersuchungen zu einem Somatic-Embryogenesis-Receptor-like-Kinase-Homolog in Physcomitrella patens (Hedw.) B.S.G.

Investigation of a somatic embryogenesis receptor-like kinase homologe in Physcomitrella patens (Hedw.) B.S.G.

Dokument1.pdf (2.939 KB) (md5sum: 82232380d7a66d4bc99f2782466adf82)

Kurzfassung in Deutsch

In Samenpflanzen nehmen Somatic-Embryogenesis-Receptor-like-Kinase (SERK)-Gene vielfältige Funktionen ein. Sie vermitteln die Kompetenz, dass somatische Zellen die Embryonalentwicklung durchlaufen können, nehmen eine Rolle in der Perzeption von Brassinosteroiden ein, haben eine Funktion in der Regulation des pflanzlichen Zelltodes und sind an der Pathogenantwort beteiligt. Verschiedene SERK-Gene zeigen in planta eine prominente Expression in den reproduktiven Geweben der Samenpflanzen. In Arabidopsis stellen AtSERK1 und AtSERK2 einen sporophytischen Kontrollpunkt in der Bildung des männlichen Gametophyten dar.
In dieser Arbeit wurde ein SERK-Homolog des Bryophyten Physcomitrella patens PpSERK1 funktionell untersucht. Das PpSERK1-Gen ist Mitglied einer kleinen Genfamilie, der zwei weitere putative Gene angehören. Durch eine phylogenetische Analyse konnte dem abgeleiteten PpSERK1-Protein eine basale Stellung innerhalb der Landpflanzen zugewiesen werden. Zusätzlich konnte in semiquantitativen RT-PCR-Analysen die Expression von PpSERK1 in den gametophytischen Geweben Protonema und Gametophor bestätigt werden. In den generierten Knockout-Linien serk1-1, -3 und -7 konnten keine morphologischen Veränderungen in den einzelnen Geweben festgestellt werden. Die phänotypischen Abweichungen der Knockout-Linien zeigten sich in den Übergängen von Chloronema zu Caulonema sowie in der Entwicklung von Gametophoren. Die Veränderungen beruhten auf einer lichtintensitätsabhängigen Beschleunigung der Caulonemabildung und einer lichtintensitätsabhängigen Verzögerung der Gametophorenentwicklung. Ausschließlich unter Starklichtbedingungen waren die Veränderungen zu beobachten, in Schwachlicht verlief die Entwicklung dem Wildtyp entsprechend. PpSERK1 nimmt daher eine Rolle in der Vermittlung von Lichtintensitätssignalen bei Entwicklungsprozessen ein. Die durchgeführten Analysen ergaben keine eindeutigen Hinweise auf Wechselwirkungen mit den Phytohormonsignalwegen von Brassinosteroiden und Auxin. Erstmals wurde in einem genetischen SERK-Knockout-Hintergrund eine Microarray-Expressionsanalyse durchgeführt. Die im genetischen serk1-Hintergrund differentiell exprimierten 20 Gene weisen einen regulierenden Einfluss von PpSERK1 auf Gene auf, die mit unterschiedlichen Signalwegen assoziiert sind. So konnten einerseits Zielgene wie PpSIG5 und PpPHOTA2 identifiziert werden, die an der Vermittlung von Lichtsignalen beteiligt sind bzw. an der Lichtperzeption. Andererseits wird bei 50 % der differentiell exprimierten Gene ein Einfluss des Phytohormons Abscisinsäure auf ihre Expression beobachtet.


Kurzfassung in Englisch

In seed plants the Somatic Embryogenesis Receptor-like Kinase (SERK) genes take over manifold functions. They mediate the competence of somatic cells to undergo somatic embryonic development, play a part in the perception of brassinosteroids, function in the regulation of the plant cell death, and participate in the pathogen response. Several SERK genes show in planta a strong expression level in the reproductive tissues of seed plants. In Arabidopsis AtSERK1 and AtSERK2 constitute a sporophytic checkpoint in the development of the male gametophyte.
In this work a SERK homolog of the bryophyte Physcomitrella patens PpSERK1 was functionally investigated. The PpSERK1 gene is a member of a small gene family consisting of three putative genes. By means of phylogenetic analysis a basal position within the land plants was assigned to the derived PpSERK1 protein. Furthermore, the expression of PpSERK1 in the gametophytic tissues gametophor and protonema could be confirmed by semi-quantitative RT-PCR analysis. No morphological changes could be noticed in the separate tissues of the generated knockout lines serk1-1, serk1-3, and serk1-7. The phenotypic deviations of the knockout lines appear at the transitions from chloronema to caulonema and during gametophor development. The changes are due to a light-intensity-dependent acceleration of caulonema formation and to a light-intensity-dependent delay of gametophor development. Only under high-light conditions the deviations were observed, in low-light the development went accordingly to the wild type. Therefore PpSERK1 takes up a role in the mediation of light-intensity signals during developmental processes. The done analyses did not give clear evidence for interactions with the phytohormone signalling pathways of brassinosteroids and auxin. For the first time a microarray expression analysis in a genetic SERK knockout background was carried out. The 20 differential expressed genes in the serk1 background show a regulatory influence of PpSERK1 on genes which are associated with different signalling pathways. On the one hand target genes like PpSig5 and PpPhotA2 were identified which participate in the mediation of light signals and in light perception, respectively. On the other hand a influence of the phytohormone abscisic acid was observed on the expression of 50 % of the differential expressed genes.


SWD-Schlagwörter: Physcomitrella patens , Licht , Microarray , Knockout <Molekulargenetik>
Freie Schlagwörter (deutsch): Somatic-Embryogenesis-Receptor-like-Kinase , Caulonema , Gametophor
Freie Schlagwörter (englisch): Somatic Embryogenesis Receptor-like Kinase , Caulonema , Gametophore
Institut: Institut für Biologie 2
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Reski, Ralf (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.04.2008
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 10.07.2008
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