Identification of new cellular and molecular leaf growth regulators in maize (Zea mays) through characterization of mutants with impaired growth

Datum: 14 oktober 2019

Locatie: Campus Groenenborger, S.207 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 14 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Biologie

Promovendus: Katrien Sprangers

Promotor: Gerrit Beemster

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Katrien Sprangers - Faculteit Wetenschappen, Departement Biologie



Abstract

Het begrijpen van plantengroei regulerende processen is een onderwerp waarnaar men al lang onderzoek doet. Doorheen de jaren zijn verschillende modelsystemen gebruikt in groeistudies. Wij gebruiken de groeizone van het maïsblad (Zea mays) om groei te bestuderen. Het maïsblad is groot met een ruimtelijke ontwikkelingsgradiënt van delende en elongerende cellen. Hierdoor kunnen celdeling en celexpansie in hetzelfde blad bestudeerd worden met een hoge ruimtelijke resolutie. Bladgroei is een driedimensionaal proces waarbij drie assen zijn betrokken. De verhouding tussen de groei in deze assen bepaalt de anisotropiegraad en uiteindelijk de bladvorm. Ik toonde aan dat groei in de delingszone sterk anisotroop is, terwijl de graad van anisotropie afneemt in de elongatiezone.
 

Om nieuwe moleculaire regulatoren van bladgroei te ontdekken werd ‘forward genetics’ gebruikt om twee nieuw geïsoleerde dwergmutanten te karakteriseren; dil1-2 en dpl. De causale mutatie van dil1-2 werd gelokaliseerd in het DIL1 gen, een AP2-type transcriptiefactor. Naast verminderde groei, wordt de mutant ook gekarakteriseerd door afwijkende huidmondjes, veroorzaakt door specifieke problemen in de asymmetrische delingen. De groeivermindering kan deels verklaard worden door stress en voedingstekort, aangetoond met een transcriptoomanalyse, waarschijnlijk veroorzaakt door de verminderde fotosynthese als respons op de verstoorde functionering van de huidmondjes. Anderzijds, werden in de transcriptoomdata en een interactoomstudie twee potentiële groeiregulatoren geïdentificeerd waarmee DIL1 direct zou kunnen interageren, gelinkt aan microtubuli organisatie en auxine transport.

De dwarf & pale leaves (dpl) mutant wordt gekarakteriseerd door zijn bleke bladkleur, veroorzaakt door een vermindering in het aantal en de grootte van de chloroplasten die samenhangen met een verminderd chlorofylgehalte. Dit heeft een negatieve impact op de fotosynthese wat finaal de suikerproductie belemmert. Dit werd bevestigd door de sterke afname in oplosbare en onoplosbare suikers. Toediening van sucrose via de tip van het blad, herstelt de groeisnelheid tot bijna de snelheid in wild type planten zonder suikerbehandeling. Dit bewijst dat de limiterende suikerbeschikbaarheid het groeifenotype van dpl volledig kan verklaren. De dpl mutatie kon nog niet gelinkt worden aan een causaal gen, maar werd wel gelokaliseerd in een regio van 11.58 Mb ter hoogte van het 3’ einde van chromosoom 7.
Dus, door het gebruik van dwergmutanten en de groeizone in het maïsblad als mijn modelsysteem hebben we bijgedragen aan een meer uitgebreide kennis van bladgroeiregulatie. Daarbovenop werden ook nieuwe cellulaire en moleculaire regulatoren van stomatale ontwikkeling en chloroplastaantallen geïdentificeerd.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen