@phdthesis{Bartholomaeus2021,
  author    = {Bartholom{\"a}us, Lisa},
  title     = {Impact of growth-related genes on petal size in Arabidopsis thaliana and the formation of two distinct floral morphs in Amsinckia spectabilis},
  doi       = {10.25932/publishup-51986},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519861},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {158},
  year      = {2021},
  abstract  = {Der Lebenszyklus von Pflanzen ist gepr{\"a}gt von sich wiederholenden Wachstums- und Entwicklungsphasen, die auf wiederkehrenden Abl{\"a}ufen, bestehend aus Zellteilung, Zellvergr{\"o}ßerung und Zelldifferenzierung, basieren. Diese Dissertation ist aus zwei Projekten aufgebaut, die sich beide mit unterschiedlichen Blickwinkeln des Zellwachstums besch{\"a}ftigen. Im ersten steht die Charakterisierung einer Arabidopsis thaliana Mutante, die eine generelle Zellvergr{\"o}ßerung aufweist, im Vordergrund. Das zweite fokussiert sich auf zwei nat{\"u}rlich vorkommende Bl{\"u}tenmorphologien in Amsinckia spectabilis (Boraginaceae), die sich, aufgrund von Zelll{\"a}ngenunterschieden, in Griffell{\"a}nge und H{\"o}he der Staubblattposition unterscheiden. Es wurde gezeigt, dass die EMS-Mutante eop1 durch gr{\"o}ßere Zellen 26\% gr{\"o}ßere Bl{\"u}tenbl{\"a}tter aufweist. Außerdem wurden weitere Ph{\"a}notypen beschrieben, wie zum Beispiel, vergr{\"o}ßerte Kotyledonen, (ebenfalls aufgrund von Zellvergr{\"o}ßerung), Fruchtbl{\"a}tter, Kelchbl{\"a}tter, Rosettenbl{\"a}tter und Pollen. Die Gesamtwuchsh{\"o}he der Mutante zeigte sich ebenfalls erh{\"o}ht und zus{\"a}tzliche Trichom{\"a}ste erkl{\"a}rten den haarigen Ph{\"a}notyp. Feinkartierung enth{\"u}llte eine C zu T Transition des letzten Nukleotids des Introns 7 des INCURVATA 11 (ICU11) Gens, einer 2-oxoglutarat/Fe(II)-abh{\"a}ngigen Dioxygenase, als urs{\"a}chlichen SNP, welcher missgespleißte mRNA verursacht. Zwei T-DNA Insertionslinien (icu11-2 \& icu11-4), ebenfalls mit vergr{\"o}ßerten Bl{\"u}tenbl{\"a}ttern, best{\"a}tigten ICU11 als kausales Gen, und erlaubten somit die Analyse von drei verschiedenen icu11 Allelen. Ein Vergleich der verursachten molekularen Ver{\"a}nderung durch die jeweiligen Mutationen ermittelte Unterschiede in den drei Mutanten, wie zum Beispiel {\"U}berexpression von ICU11, als auch die Modifikation von ICU11 mRNA. Zusammen bildete das die Grundlage f{\"u}r die Untersuchung des molekularen Mechanismus, der f{\"u}r den beobachteten Ph{\"a}notyp verantwortlich ist. Verschiedene Ans{\"a}tze ermittelten widerspr{\"u}chliche Ergebnisse hinsichtlich der Proteinfunktion von ICU11 in den drei Mutanten. So zeigte eine Komplementierungsanalyse, dass alle drei Mutationen austauschbar sind, was, zusammen mit der Beobachtung, dass eine ICU11 {\"U}berexpression im Wildtyp zu einem icu11-{\"a}hnlichen Ph{\"a}notyp zeigte, dazu f{\"u}hrte, dass die icu11 Mutanten als gain-of-function Mutationen eingeordnet wurden. Im Widerspruch dazu stand die Entdeckung, dass sich icu11-4 durch ein genomisches ICU11 Transgen retten ließ. So wurde ein Model, basierend auf der Annahme, dass eine ICU11 {\"U}berexpression die Proteinfunktion ebenso hemmt wie ein nichtfunktionales Protein, vorgeschlagen. Außerdem wurde eine erh{\"o}hte Resistenz der icu11-3 (eop1) gegen{\"u}ber Paclobutrazol, einem Gibberellin (GA)-Inhibitor, und die Aktivierung der Expression von AtGA20ox2, einem Haupt-GA-Biosynthese-Gen, festgestellt. Zus{\"a}tzlich wurde eine zytoplasmatische Lokalisation von ICU11 detektiert, sodass ein Einfluss von ICU11 auf die GA- Biosynthese und somit auf das Gesamt-GA-Level angenommen wird, der den beobachteten (GA-{\"u}berdosierten) Ph{\"a}notyp erkl{\"a}ren k{\"o}nnte. Das zweite Projekt strebte die Identifizierung der genetischen Grundlage des S-Locus in Amsinckia spectabilis an, da die Gattung Amsinckia einige untypische Charakteristiken f{\"u}r eine heterostyle Art, wie zum Beispiel das Fehlen einer offensichtlichen Selbstinkompatibilit{\"a}t (SI), sowie die mehrmalige Entwicklung zu Homostyly und 100\% autonomem Selbsten, aufweist. Die Analyse basierte auf drei Amsinckia spectabilis Varianten: einer heterostylen Form, bestehend aus zwei Bl{\"u}tenmorphologien mit gegens{\"a}tzlich positionierten Sexualorganen (S-Morph: hohe Staubblattposition und kurzer Griffel und L-Morph: niedrige Staubblattans{\"a}tze und langer Griffel), und zwei homostylen Formen, einer großbl{\"u}tigen teilweise selbstenden und einer kleinbl{\"u}tigen voll selbstenden. Nat{\"u}rliche Populationen weisen ungef{\"a}hr ein 1:1 S:L Morph-Verh{\"a}ltnis auf, welches sich durch vorherrschend disassortative Paarung beider Morphs erkl{\"a}ren lasst. Dadurch kann das dominante S-Allel ausschließlich heterozygot auftreten (heterozygot (Ss) im S-morph und homozygot rezessiv (ss) im L-morph). Die Suche nach Morph-spezifischen Ph{\"a}notypen offenbarte 56\% l{\"a}ngere L-Morph Griffel und 58\% h{\"o}here S-Morph Staubblattans{\"a}tze. Zus{\"a}tzlich wurden 21\% gr{\"o}ßere S-Morph Pollen, sowie das Fehlen einer offensichtlichen SI gefunden. Dies war die Grundlage f{\"u}r die Annahme, dass der Amsinckia spec. S-Locus mindestens aus G- (Griffel), A- (Staubblatt) und P- (Pollen) Locus besteht. Vergleichende Transkriptom-Analyse beider Morphs offenbarte 22 unterschiedlich exprimierte Marker, die in 2 Contigs der PacBio Genom-Assemblierung eines SS-Individuums lokalisiert werden konnten. Dies erlaubte die genetische Einengung des S-Locus auf einen Bereich von circa 23 Mb. Gegens{\"a}tzlich zu bisher aufgekl{\"a}rten S-Loci in anderen Pflanzenarten konnte kein Hinweis auf eine hemizygote Region gefunden werden, die die supprimierte Rekombination am S-Locus erkl{\"a}ren k{\"o}nnte, sodass eine Inversion als Ursache dieser vermutet wurde.},
  language  = {en}
}