Ardha Apriyanto

• Starch is an essential biopolymer produced by plants. Starch can be made inside source tissue (such as leaves) and sink tissue (such as fruits and tubers). Nevertheless, understanding how starch metabolism is regulated in source and sink tissues is fundamental for improving crop production. Despite recent advances in the understanding of starch and its metabolism, there is still a knowledge gap in the source and sink metabolism. Therefore, this study aimed to summarize the state of the art regarding starch structure and metabolism inside plants. In addition, this study aimed to elucidate the regulation of starch metabolism in the source tissue using the leaves of a model organism, Arabidopsis thaliana, and the sink tissue of oil palm (Elaeis guineensis) fruit as a commercial crop. The research regarding the source tissue will focus on the effect of the blockage of starch degradation on the starch parameter in leaves, especially in those of A. thaliana, which lack both disproportionating enzyme 2 (DPE2) and plastidial glucanStarch is an essential biopolymer produced by plants. Starch can be made inside source tissue (such as leaves) and sink tissue (such as fruits and tubers). Nevertheless, understanding how starch metabolism is regulated in source and sink tissues is fundamental for improving crop production. Despite recent advances in the understanding of starch and its metabolism, there is still a knowledge gap in the source and sink metabolism. Therefore, this study aimed to summarize the state of the art regarding starch structure and metabolism inside plants. In addition, this study aimed to elucidate the regulation of starch metabolism in the source tissue using the leaves of a model organism, Arabidopsis thaliana, and the sink tissue of oil palm (Elaeis guineensis) fruit as a commercial crop. The research regarding the source tissue will focus on the effect of the blockage of starch degradation on the starch parameter in leaves, especially in those of A. thaliana, which lack both disproportionating enzyme 2 (DPE2) and plastidial glucan phosphorylase 1 (PHS1) (dpe2/phs1). The additional elimination of phosphoglucan water dikinase (PWD), starch excess 4 (SEX4), isoamylase 3 (ISA3), and disproportionating enzyme 1 (DPE1) in the dpe2/phs1 mutant background demonstrates the alteration of starch granule number per chloroplast. This study provides insights into the control mechanism of granule number regulation in the chloroplast. The research regarding the sink tissue will emphasize the relationship between starch metabolism and the lipid metabolism pathway in oil palm fruits. This study was conducted to observe the alteration of starch parameters, metabolite abundance, and gene expression during oil palm fruit development with different oil yields. This study shows that starch and sucrose can be used as biomarkers for oil yield in oil palms. In addition, it is revealed that the enzyme isoforms related to starch metabolism influence the oil production in oil palm fruit. Overall, this thesis presents novel information regarding starch metabolism in the source tissue of A.thaliana and the sink tissue of E.guineensis. The results shown in this thesis can be applied to many applications, such as modifying the starch parameter in other plants for specific needs.…
• Stärke ist ein unverzichtbares Biopolymer, das von Pflanzen sowohl in den Quellgeweben (sources, z. B. Blätter) als auch in den Senkengeweben (sinks, z. B. Früchten und Knollen) gebildet wird. Daher ist ein profundes Wissen über die Regulation des Stärkestoffwechsel in den source und sink Organen von grundlegender Bedeutung für die Verbesserung der Pflanzenproduktion. Trotz der jüngsten Fortschritte im Verständnis des Stärkestoffwechsels bleiben weiterhin viele Fragen über den detaillierten source und sink Metabolismus offen. Ziel dieser Studie war es daher, den aktuellen Forschungsstand über die Struktur und den Stoffwechsel von Stärke in Pflanzen aufzuzeigen. Darüber hinaus sollte in dieser Studie die Regulierung des Stärkestoffwechsels in den Blättern (source) des Modellorganismus Arabidopsis thaliana und in den Ölpalmfrüchten (sink) von Elaeis guineensis, einer Nutzpflanze, aufgeklärt werden. Die Analyse des source Gewebes konzentrierte sich dabei auf die Auswirkungen auf Stärkeparamter wie beispielsweise die Granulazahl durchStärke ist ein unverzichtbares Biopolymer, das von Pflanzen sowohl in den Quellgeweben (sources, z. B. Blätter) als auch in den Senkengeweben (sinks, z. B. Früchten und Knollen) gebildet wird. Daher ist ein profundes Wissen über die Regulation des Stärkestoffwechsel in den source und sink Organen von grundlegender Bedeutung für die Verbesserung der Pflanzenproduktion. Trotz der jüngsten Fortschritte im Verständnis des Stärkestoffwechsels bleiben weiterhin viele Fragen über den detaillierten source und sink Metabolismus offen. Ziel dieser Studie war es daher, den aktuellen Forschungsstand über die Struktur und den Stoffwechsel von Stärke in Pflanzen aufzuzeigen. Darüber hinaus sollte in dieser Studie die Regulierung des Stärkestoffwechsels in den Blättern (source) des Modellorganismus Arabidopsis thaliana und in den Ölpalmfrüchten (sink) von Elaeis guineensis, einer Nutzpflanze, aufgeklärt werden. Die Analyse des source Gewebes konzentrierte sich dabei auf die Auswirkungen auf Stärkeparamter wie beispielsweise die Granulazahl durch die Blockierung des Stärkeabbaus in Blättern. Dazu wurde die Arabidopsis Mutante, der das cytosolische Disproportionating Enzym 2 (DPE2) und die plastidiale Glucanphosphorylase 1 (PHS1) fehlen (dpe2/phs1), untersucht. Ebenfalls wurden Dreifachmutanten im Hintergund von dpe2/phs1, denen Starch excess 4 (SEX4), Isoamylase 3, Phosphoglucan-Wasser-Dikinase (PWD) oder das Disproportionating Enzym 1 (DPE1) fehlen, erzeugt. Die Analyse zeigt, dass die Anzahl der Stärkegranula pro Chloroplast nicht festgelegt ist und während des gesamten Wachstums der Pflanze reguliert wird. Diese Daten liefern ein verbessertes Verständnis über die Komplexität der Kontrollmechanismen der Granulazahlregulation in Chloroplasten. Die Untersuchung des sink Gewebes soll die Beziehung zwischen dem Stärkestoffwechsel und dem Lipidstoffwechselweg in Ölpalmenfrüchten verdeutlichen. Diese Studie wurde durchgeführt, um die Veränderung von Stärkeparametern, die Häufigkeit von Metaboliten und die Genexpression während der Entwicklung von Ölpalmenfrüchten mit unterschiedlichen Ölausbeuten zu erforschen. Die Analyse zeigt, dass sowohl Stärke als auch Saccharose als reliable Biomarker für den Ölertrag von Ölpalmen verwendet werden können. Darüber hinaus konnte bewiesen werden, dass die mit dem Stärkestoffwechsel verbundenen Enzymisoformen die Ölproduktion in Ölpalmenfrüchten beeinflussen. Insgesamt liefert diese Arbeit neue Informationen über den Stärkestoffwechsel im source Gewebe von A.thaliana und im sink von E.guineensis. Die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse können für viele Anwendungen genutzt werden, z. B. für die Veränderung der Stärkeparameter in anderen Pflanzen für spezifische Bedürfnisse.…