Genetic mapping of flowering time genes and functional characterisation of an FVE homologue from sugar beet

Der Zeitpunkt der Blühinduktion ist von überragender Bedeutung für den Vermehrungserfolg von Pflanzen und daher kontrolliert von endogenen und exogenen Signalen, die Blühen unter optimalen Bedingungen sicherstellen (Jung et al. 2007). In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana wurden viele der wichtigen Blühgene identifiziert und funktionell charakterisiert, darüber hinaus zeigen Genom- und EST-Sequenzierungsprojekte das Vorhandensein und die evolutionäre Konservierung dieser Gene in verschiedenen Taxa (Albert et al. 2005; Hecht et al. 2005). In der Art Beta vulgaris, die nur sehr entfernt mit Arabidopsis verwandt ist, sind die entsprechenden Gene weitgehend unbekannt (Müller et al. 2006). Zuckerrübe (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) ist eine zweijährige Art, die im ersten Jahr eine Blattrosette und eine Speicherwurzel bildet und im zweiten Jahr nach anhaltender Kälteeinwirkung (Vernalization) schosst (Hohmann et al. 2005). Für die Kultivierung ist Schossen und Blühen unerwünscht, da es den Ertrag dramatisch reduziert und Probleme bei der Ernte bereitet. Frühes Schossen und Blühen jedoch ist wichtig, um Züchtung und Saatguterzeugung zu beschleunigen. Es wird angenommen, dass Schossen im ersten Jahr hauptsächlich durch das Schossgen B kontrolliert wird (Abegg 1936), das mittels RFLP- und hochauflösender AFLP-Kartierung auf Chromosom II kartiert wurde (Boudry et al. 1994; El-Mezawy et al. 2002). Die Ziele der Arbeit sind das Wissen über Blühzeitkontrolle auf Zuckerrübe zu übertragen und zu erweitern. Blüh- und Schossgene der Zuckerrübe werden mittels Kandidatengen- und Kosegregationsanalyse identifiziert. Eine überarbeitete physikalische Karte um den B-Lokus wurde erstellt, indem einige BACs analysiert und rückkartiert wurden mit der Hilfe von fünf neu entwickelten Markern von den entgegengesetzten Enden der einzelnen BAC-Contigs. Die neue physikalische Karte enthält zwei große BAC-Contigs die den B-Lokus auf beiden Seiten flankieren. Die genetischen Abstände dieser Contigs zu B wurden auf 0,3 cM geschätzt. Die neue physikalische Karte war die Voraussetzung für die Identifizierung eines Markers, der vollständig mit dem Schosslokus B segregiert und die kartengestützte Klonierung von B. EMS-Mutagenese eines einjährigen Genotyps und die anschließende phänotypische Mutantenauswahl identifizierte mehrere Mutanten, die Vernalization brauchen um zu schossen und sich daher wie zweijährige Rüben verhalten (Hohmann et al. 2005). Es gibt mindestens zwei Hypothesen um den Mutantenphänotyp zu erklären: 1.) das Schossgen ist mutiert, und 2.) ein zweites Gen ist mutiert, das epistatisch zu B agiert und schossen im ersten Jahr auch in Anwesenheit von B verhindert. Um die Hypothesen zu überprüfen wurden F2-Populationen erzeugt, die für den Mutantenphänotyp und molekulare Marker am B-Lokus spalten. In drei Populationen spalten Marker und Phänotyp unabhängig voneinander. Diese ist ein Hinweis, dass in diesen Populationen Einjährigkeit von einem zweiten Lokus beeinflusst wird, der nicht mit B gekoppelt ist. Eine Population wurde ausgewählt um den zweiten Lokus genetisch zu kartieren und eine Karte mittels AFLP-Markern erstellt. Der neue Schosslokus wurde auf Chromosome IX kartiert und B2 genannt. Eine Spaltungsanalyse mit B2 flankierenden Markern in einer der verbleibenden Populationen lässt vermuten, dass B2 für das Schossverhalten in einer weiteren Population verantwortlich ist. Dies ist ein weiterer Beweis für das Vorhandensein von B2 im Rübengenom und seine Rolle in der Schossregulation. Darüber hinaus wurde ein Lokus identifiziert, der Schossen unabhängig von B kontrolliert und B3 genannt. In einem ergänzenden Ansatz wurde BvFVE1, ein Ortholog eines Blühgenes des autonomen Weges der Blühregulation anhand von Homologien identifiziert. In A. thaliana sind die Gene des autonomen Weges an der Repression des zentralen Repressors FLC beteiligt und demzufolge induzieren sie das Blühen. Die Exon-Intron und Domain-Struktur ist konserviert zwischen den Orthologen. BvFVE1 wurde weiter funktionell charakterisiert anhand von Expressionsprofilen in Zuckerrübe und Komplementationsanalyse in der Arabidopsis Mutante. BvFVE1 war nicht in der Lage die Mutante zu komplementieren. Diese Analyse und das Vorhandensein eines potentiellen Paralogs in Rübe deuten evolutionäre Divergenz zwischen den FVE Homologen an. Zusätzlich wurde gezeigt, dass BvFVE1 im Gegensatz zu FVE in Arabidopsis circadian reguliert ist. Diese Studie erweitert unser Wissen über Schoss- und Blühkontrolle in B. vulgaris. Die Identifizierung and Charakterisierung von BvFVE1 zeigt evolutionäre Diversifikation in der Blühzeitkontrolle zwischen den beiden entfernt verwandten Arten A. thaliana und B. vulgaris und die Kosegregationsanalyse war erfolgreich in der Identifikation neuer Schossloki in B. vulgaris. Weitere Arbeiten werden zeigen ob die zugrunde liegenden Gene funktionell äquivalente Homologe in Arabidopsis haben oder ob sie eine Funktion spezifisch für Beta entwickelte haben. Desweiteren wurde die existierende physikalische Karte des B-Lokus grundlegend überarbeitet und dies war die Vorraussetzung für die anschließende erfolgreiche kartengestützte Klonierung des Schossgens (Müller et al. Manuskript in Vorbereitung).