Microarray analysis of single isolated cells of the female gametophyte reveals potential regulators of female germline development in Arabidopsis thaliana
This work has used single-cell isolation and transcriptome profiling to further our knowledge about the cells comprising the female gametophyte of Arabidopsis thaliana which have thus far been highly inaccessible. The study produced valuable candidate genes for future work in a variety of exciting areas of research. Some of these are highlighted throughout the text, found to be expressed ...
Zusammenfassung (Englisch)
This work has used single-cell isolation and transcriptome profiling to further our knowledge about the cells comprising the female gametophyte of Arabidopsis thaliana which have thus far been highly inaccessible. The study produced valuable candidate genes for future work in a variety of exciting areas of research. Some of these are highlighted throughout the text, found to be expressed exclusively in one embryo sac cell type and are of particular interest as they are likely to be involved in differentiation and determination of cell identity or in specific signalling pathways playing a major role in gamete interaction during double fertilization. The functional characterization of these genes should be performed, along with the identification of their potential interaction partners through yeast two hybrid screens, co-immunoprecipitation or pulldown assays. The results obtained through the microarray study have been confirmed through several independent methods and offer insight into a number of important processes such as the cell cycle, gene regulation, signalling and hormone dynamics, to name a few. They also provide a database that offers insight into a vast number of different topics through a number of gene lists (some not analyzed in the scope of this thesis) that remain a valuable source of information for years to come. Pumilio proteins, a family of RNA-binding proteins, were proven to be important factors involved in germline development and sex determination in animals. During the course of this work, beginning with the microarray study, several members of the family were shown to be selectively expressed in the female gametophyte, hinting that pathways comparable to those in the animal field might indeed be present in plants. Future work should be able to address this question through a more in-depth study of these genes, including all remaining family members, their expression profiles, and through identification and characterization of their interaction partners. In addition to Group III Pumilios, the most promising new candidate for these studies at this point is AtPUM12, as it is strongly expressed in the embryo sac as the only member of Group II Pumilios. Since the family in Arabidopsis numbers 26 genes, multiple knock-outs would hardly be feasible. Depending on their specific expression profiles and potential functional redundancy it could be possible to silence or knock-down certain members or even entire Groups, which might then result in a phenotype.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Arbeit wurden Einzelzellen isoliert, die bis dahin als unzugänglich galten, und Transkriptomprofiling durchgeführt, um das Wissen über die Zellen des weiblichen Gametophyten von Arabidopsis thaliana zu vertiefen. Die Analysen ergaben interessante Kandidatengene für zukünftige Arbeiten in einer Vielzahl von aufregenden Wissenschaftsgebieten. Einige von diesen im Text hervorgehobenen ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Arbeit wurden Einzelzellen isoliert, die bis dahin als unzugänglich galten, und Transkriptomprofiling durchgeführt, um das Wissen über die Zellen des weiblichen Gametophyten von Arabidopsis thaliana zu vertiefen. Die Analysen ergaben interessante Kandidatengene für zukünftige Arbeiten in einer Vielzahl von aufregenden Wissenschaftsgebieten. Einige von diesen im Text hervorgehobenen Kandidatengenen sind nur in einzelnen Zelltypen des Embryosacks exprimiert und sind dadurch von besonderem Interesse, da sie möglicherweise eine Rolle in der Differenzierung und Festlegung von Zellidentität spielen oder in speziellen Signalwegen bei der Gameteninteraktion während der Doppelten Befruchtung. Die zukünftige funktionelle Charakterisierung dieser Gene sollte zusammen mit der Identifizierung ihrer potentiellen Interaktionspartner durch Yeast-two-hybrid-Screenings, Coimmunopräzipitation oder Pulldownassays durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Microarrayanalysen wurde durch verschiedene unabhängige Methoden bestätigt und bieten Einblick in eine Vielzahl wichtiger Prozesse, wie z.B. den Zellzyklus, Genregulation, Signalwege und Hormondynamiken. Die Ergebnisse liefern ebenfalls eine Datenbank, welche Einsicht in eine große Anzahl verschiedener Themen durch eine Vielzahl an Genlisten (einige wurden nicht analysiert im Rahmen dieser Arbeit) enthält. Diese Datenbank bleibt eine wertvolle Informationsquelle für die nächsten Jahre. Pumilio-Proteine, eine Familie von RNA-Bindeproteinen, erwiesen sich als wichtige Faktoren der Keimbahnentwicklung und Geschlechtsdeterminierung von Tieren. Während des Verlaufes dieser Arbeit, ausgehend von den Microarrayanalysen, konnte gezeigt werden, dass einige Mitglieder dieser Familie selektiv in den weiblichen Gametophyten exprimiert sind. Dies deutete darauf hin, dass vergleichbare Signalwege wie in der Tierwelt auch in Pflanzen vorkommen könnten. In zukünftigen Arbeiten sollte es möglich sein, diese Frage durch genauere Analysen dieser Gene einschließlich aller übrigen Familienmitglieder, ihrer Expressionsprofile und durch die Identifikation und Charakterisierung ihrer Interaktionspartner beantworten zu können. Zusätzlich zur Gruppe III Pumilios ist für diese Studien zu diesem Zeitpunkt AtPUM12 der interessanteste Kandidat als einziger Kandidat der Gruppe II Pumilios auf Grund der starken Expression im Embryosack. Da die Pumiliogenfamilie in Arabidopsis aus 26 Mitgliedern besteht, sind multiple knock-out Mutanten sehr schwer durchführbar. Abhängig von ihren spezifischen Expressionsprofilen und möglicher funktioneller Redundanz könnte es möglich sein, die Expression bestimmter Mitglieder oder sogar ganzer Gruppen herunterzuregulieren oder gar auszuschalten. Dies könnte dann zu einem Phänotyp führen.
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