Authors:	Krost, Clemens
Title:	Transkriptom des Meristemgewebes des Kolumnarapfels
Online publication date:	20-Apr-2012
Year of first publication:	2012
Language:	german
Abstract:	Kolumnare Apfelbäume (Malus x domestica) stellen aufgrund ihres auffälligen Phänotyps eine ökonomisch interessante Wuchsform dar. Diese extreme Form des Kurztriebwuchses zeichnet sich durch einen insgesamt sehr schlanken, säulenförmigen Habitus aus, welcher eine dichte Pflanzung und damit einhergehend Ertragssteigerungen im Vergleich zu normalwüchsigen Bäumen ermöglicht. Verursacht wird der Phänotyp durch die Anwesenheit eines einzelnen, dominanten Allels des Columnar (Co)-Gens. Bis auf die approximative Lokalisation des Gens auf Chromosom 10 ist über mögliche Identität und Funktion bislang nichts bekannt.rnIn der vorliegenden Arbeit wurde ein erster Versuch unternommen, mit Hilfe von Next Generation Sequencing (NGS) Technologien und RNA-Seq Einblicke in das Transkriptom des Sprossapikalmeristems (SAM) kolumnarer Apfelbäume zu gewinnen. So konnte gezeigt werden, dass unabhängig vom Zeitpunkt der Entnahme des Materials mehrere hundert Gene differentiell reguliert werden. Diese lassen sich funktional in mehrere überrepräsentierte Kategorien gruppieren, von denen sich einige wiederum mit dem kolumnaren Phänotyp assoziieren lassen. Durch den Einsatz weiterer Expressionsstudien ( Microarrays, qRT-PCR) konnten frühere Ergebnisse bezüglich des Hormonhaushalts auf Genebene bestätigt und neue Erkenntnisse gewonnen werden, die eine mögliche Erklärung für den Phänotyp darstellen. Weiterhin ergab der Vergleich aller durchgeführten Expressionsstudien eine Anreicherung signifikant differentiell regulierter Gene auf Chromosom 10, was auf einen „selective sweep“ hindeutet. Eine potentielle epigenetische Regulation dieser Gene durch das Genprodukt von Co könnte daher möglich sein. Mehr als die Hälfte dieser Gene lassen sich darüber hinaus aufgrund ihrer Funktion direkt mit dem kolumnaren Phänotyp assoziieren.rnDiese Ergebnisse zeigen, dass die Anwesenheit des Co-Allels massive Veränderungen in der Genregulation des SAMs mit sich bringt, wobei einige dieser differentiell regulierten Gene mit großer Wahrscheinlichkeit an der Etablierung des kolumnaren Phänotyps beteiligt sind. Auch wenn die Funktion des Co-Genproduktes nicht abschließend geklärt werden konnte, sind doch anhand der Resultate schlüssige Hypothesen diesbezüglich möglich.rn Columnar apple trees (Malus x domestica) provide great economic advantages due to their conspicuous growth habit. The columnar phenotype represents an extreme form of spur type growth and is characterized by nearly absent branching which makes it suitable for high-density plantings. Therefore, yields per hectare can be seriously increased using columnar instead of normal type apple trees. The phenotype is the result of the presence of a single dominant allele of the gene Columnar (Co) which is located on chromosome 10. Until recently, the nature and the molecular function of Co could not be identified.rnIn the present study, a first approach to gain insights into the transcriptome of columnar shoot apical meristem (SAM) was performed using Next Generation Sequencing (NGS) and RNA-Seq. It was shown that hundreds of genes were differentially regulated between columnar and non-columnar trees, independent of sample collection dates. These genes were found to be grouped in several overrepresented categories when applied to gene ontology (GO) analysis. Some of these functional categories can be associated with columnar phenotype. By integrating NGS, microarray and qRT-PCR studies, earlier findings on the hormonal state of columnar apple trees were affirmed on a molecular level. Furthermore, new insights regarding biosynthesis and transport of phytohormones were used for a probable explanation how the phenotype might arise. Additionally, an enrichment of differentially regulated genes on chromosome 10 was detected which is probably due to a “selective sweep”. An epigenetic effect on gene regulation, affected by the gene product of Co, is therefore possible. More than 50 % of these genes can be directly associated with the columnar phenotype due to their function. rnThese results elucidate that the presence of the Co-allele seriously affects the gene regulation in columnar SAM and that some of these differentially regulated genes are likely involved in the establishment of the columnar phenotype. Although the nature of the Co gene was not unraveled, convincing hypotheses on the bases of the results are possible in respect to this.rn
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1334
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-30788
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	135 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen