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Seed coat mucilage research in Arabidopsis thaliana = Studien zur Samenschleim-Biosynthese in Arabidopsis thaliana



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Master of Agronomy Bo Yang

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (iv, 106 Blätter) : Illustrationen, Diagramme


Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University


Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
;

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-11-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-099036
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/677809/files/677809.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/677809/files/677809.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Botanik und Institut für Biologie I (Botanik) (161110)
  2. Fachgruppe Biologie (160000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
mucilage (frei) ; Arabidopsis thaliana (frei) ; cell wall (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die Samenschale von Arabidopsis thaliana ist umgeben vom sogenannten Samenschleim, der in den Zellen der Epidermis der Schale synthetisiert wird. Der Samenschleim besteht hauptsächlich aus verschiedenen Kohlenhydrat-Polymeren und stellt ein exellentes System zum Studium der Biosynthese dieser Zellwand-Polymere dar. Es konnten bereits einige Gene, die an der Synthese, der Sekretion und der Modifikation dieser Polymere beteiligt sind, identifiziert werden, dennoch bedarf es weiterer Studien, um das Stoffwechselnetzwerk zur Synthese des Samenschleims voll zu verstehen. Die Studien innerhalb dieser Arbeit sollen dieses Verständnis erweitern und vertiefen. In der in Kapitel 1 beschriebenen Studie wurden 19 Gene, die potentiell an der Samenschleimsynthese beteiligt sind, anhand ihrer Expressionsprofile identifiziert und mittels revers-genetischer Untersuchungen untersucht. Die biochemische Charakterisierung des Samenschleims zeigte, dass das Gene SC9, welches an der Pektinbiosynthese beteiligt ist, auch eine Rolle in der Samenschleimsynthese spielt, da T-DNA Mutanten reduzierte Galakturonsäuregehalte im Samenschleim aufweisen. Mit Hilfe von Rutheniumrot-Färbungen wurde für keine der Mutanten ein Phänotyp festgestellt, mit Ausnahme der Linie sc9-1, welche eine besonders kompakte Samenschleimkapsel aufwies. Dieses Merkmal beruht vermutlich auf einer zweiten unbekannten Mutation. Da keine weiteren Defekte in dieser Studie identifiziert werden konnten, bedarf es vermutlich detaillierterer Analysetechniken um neue Kandidatengene für die Samenschleimsynthese zu finden.Das zweite Kapitel beschreibt die Rolle von AtTRM4, einem Mitglied der TON1 rekrutierenden Proteinfamilie, für die Samenschleimsynthese. AtTRM4 ist mit bereits bekannten und an der Samenschleimsynthese beteiligten Genen co-reguliert. Es konnte gezeigt werden, dass AtTRM4 für die Organisation der Microtubuli in den Zellen der Epidermis der Samenschale notwendig ist. Eine Mutante, in der AtTRM4 ausgeschaltet ist, zeigte einen kompakten Samenschleim-Phänotyp und eine abnormale Struktur in der Anordnung der Cellulosemikrofibrillen. Die Untersuchung von Doppelmutanten zeigte, das AtTRM4 bei der Synthese unabhängig von den bekannten Genen CESA5, SOS5, MUCI10 und CSLA2 wirkt. AtTRM4 sorgt für eine korrekte Orientierung der Cellulosemikrofibrillen und hat damit einen Einfluss auf die Regulation und Struktur des kompletten Samenschleims in Arabidopsis thaliana.

In Arabidopsis thaliana, seed coat mucilage is synthesized and secreted by seed coat epidermal (SCE) cells. Mucilage is composed of various types of carbohydrate polymers and regarded as an excellent model for studying cell wall polysaccharides. Although many genes involved in mucilage synthesis, secretion and modification have been identified, there are still some missing facts to complete the molecular model of mucilage production. The studies described in this thesis are intended to expand the knowledge of seed coat mucilage biosynthesis. The study described in chapter 1 predicted 19 seed coat (SC) genes regarding mucilage production based on specific expression profiles. Using a reverse genetics approach, chemical composition and ruthenium red staining analyses of mucilage of several T-DNA insertion mutants per gene was performed. This work showed that SC9, a gene required for pectin synthesis, is likely involved in mucilage synthesis, as mutants showed a reduction in galacturonic acid content. No staining phenotype was observed for sc9 mutants except for line sc9-1, which showed a compact mucilage capsule in some of the progeny, probably caused by an additional unknown mutation. No other mucilage defects were found in the screen, assuming that more sophisticated analyses in mucilage phenotyping are necessary to identify more novel cell wall related genes involved in mucilage production.The second chapter describes the roles of TONNEAU1 recruiting motif (TRM) protein 4 in Arabidopsis thaliana (AtTRM4) in mucilage architecture establishment which has been identified as co-expressed with known mucilage genes. AtTRM4 seems to be vital for cortical microtubule organization in SCE cells. TRM4 loss-of-function results in shortened cellulosic rays, aberrant cellulose deposition and a compact mucilage capsule. Hence, the normal microtubule organization in SCE cells is needed for sustaining the correct orientation of cellulose microfibrils in mucilage. Double mutant analyses imply that TRM4 controls mucilage compactness independently of CESA5, SOS5, MUCI10 and CSLA2. Together, the results demonstrate that TRM4 is ensuring the correct orientation of cellulose microfibrils deposition and the cellulosic ray elongation in the SCE cells, but also reveal the importance of cellulose deposition in regulating mucilage expansion and mucilage architecture establishment.

OpenAccess:
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(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT019168027

Interne Identnummern
RWTH-2016-09903
Datensatz-ID: 677809

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences (Fac.1) > Department of Biology
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
160000
161110

 Record created 2016-11-21, last modified 2023-04-08