Untersuchung der natürlichen Variation der Metalltoleranz von Arabidopsis thaliana Ökotypen und Identifikation von Genen verantwortlich für Toleranzunterschiede

Titelangaben

Fischer, Sina:
Untersuchung der natürlichen Variation der Metalltoleranz von Arabidopsis thaliana Ökotypen und Identifikation von Genen verantwortlich für Toleranzunterschiede.
Bayreuth , 2014 . - 247, 20 S.
( Dissertation, 2015 , Universität Bayreuth, Fakultätsübergreifende Einrichtung)

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Abstract

Zusammenfassung Die Bewegung von Schwermetallen in pflanzlichen Systemen, die Aufnahme, Verteilung, Verwendung als Co-Faktor oder Strukturgeber in Enzymen, kurz die Metallhomöostase ist noch lange nicht ausreichend untersucht. Neue Komponenten können durch die Analyse der Schwermetalltoleranz identifiziert werden, da Proteine und Gene welche eine Funktion in der Toleranz erfüllen, häufig auch eine Rolle für die basale Aufnahme, Verteilung oder Lagerung von Schwermetallen haben. In dieser Arbeit sollte die Untersuchung der natürlichen Variation in der Schwermetalltoleranz der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) genutzt werden um solche Komponenten zu identifizieren. Es wurden zink- und cadmiumtolerantere Ökotypen mit weniger toleranten verglichen und Gene identifiziert, die an der Ausprägung dieser Toleranz beteiligt sein könnten. Dabei konnten für At1G23040 vermehrt Hinweise detektiert werden, die es in der höheren Zn-Toleranz von dem Ökotyp Cvi-0 implizieren. Daneben wurde auch der erst kürzlich entdecket Ökotyp Mwg-3 auf eine mögliche lokale Adaptation hin untersucht. Bei einer adaptiven Veränderung eines Ökotyps werden Mutationen aufgrund eines Selektionsvorteils im Genom fixiert, da sie zu einer höheren Fitness im natürlichen Habitat des Ökotyps führen. Für Mwg-3 wurde eine lokale Adaptation an den sauren, stark manganverfügbaren Boden seines natürlichen Habitates untersucht. Um die höhere Mn-Toleranz von Mwg-3 molekular aufklären zu können, wurde der Ökotyp sequenziert. Durch die Implementierung von Protokollen für die Identifikation von SNPs, die in Zusammenhang mit der Mn-Toleranz stehen, werden in Kürze auch Kandidatengene für die erhöhte Mn-Toleranz in Mwg-3 identifiziert werden können. Mit dem Ziel auch die Effekte von Blei auf das Wachstum und auf physiologische Prozesse in Pflanzen in Zukunft besser untersuchen zu können, wurde ein neues Wachstumsmedium entwickelt. Dadurch konnten bisherige experimentelle Schwierigkeiten bei der Behandlung von Pflanzen mit Blei, umgangen werden und erstmals die Relevanz von Phytochelatinen als Bleichelatoren und für die Bleitoleranz in Pflanzen, gezeigt werden.

Abstract in weiterer Sprache

Summary The movements of heavy metals in plant systems, their uptake, distribution, usage in active centers of enzymes or as structural components, in short the heavy metal homeostasis, is far from being completely understood. New components can be identified by the analysis of heavy metal tolerance since genes and proteins involved in the metal tolerance are often also part of the basal metal uptake, redistribution or storage systems. In this work, such components were to be found by exploiting the natural variation of heavy metal tolerance within the species thale cress (Arabidopsis thaliana). Zinc and Cadmium tolerant ecotypes were compared to less tolerant ones and candidate genes were identified, that could have an impact on the Zn and Cd tolerance. Evidence was collected which shows that the gene At1G23040 might be responsible for the higher Zn tolerance in the ecotype Cvi-0. A third ecotype, the newly discovered Mwg-3, was assessed for a potential adaptation to its natural habitat which features an acidic, highly manganese available soil. An adaptational change is a mutation which becomes fixed in the genotype of a population because it leads to a higher fitness of the individual in the habitat it is occurring in. To investigate the higher manganese tolerance of Mwg-3 molecularly the genome of the ecotype was sequenced. By implementing protocols to identify SNPs linked to the Mn tolerance genomic regions containing candidate genes will soon be identified. With the goal in mind to also study effects of lead on plant growth and physiological processes, a new medium was developed to enable lead treatment of plants. Thus experimental challenges which had prevented reliable investigations into lead-stress on plants could be circumvented. Employing the new medium, the involvement of phytochelatins in the chelation and detoxification of lead ions could be shown for the first time.