The Mads World of Floral Regulators in Gerbera Hybrida

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6688-3
Title: The Mads World of Floral Regulators in Gerbera Hybrida
Author: Ruokolainen, Satu
Other contributor: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Kasvitieteen tohtoriohjelma
Doktorandprogrammet i botanik
Doctoral Program in Plant Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-10-22
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6688-3
http://hdl.handle.net/10138/319673
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The flowering process of plants is of great importance - both for the sexual reproduction of plants and human nutrition. Floral diversity has fascinated scientists for centuries, but the first important steps towards explaining the molecular puzzle of flowering were taken only thirty years ago when plant MADS box genes were discovered, and the classical ABC model was proposed. The focus of research has shifted from studying single genes to working on whole networks of genes and proteins - genomics and proteomics. The genomics of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), the well-known model plant, is advanced, but phenomena present in Arabidopsis might be lacking in other species, and vice versa. The model plant, Gerbera (Gerbera hybrida), belongs to the large Asteraceae (sunflower) family. While Gerbera flowering process shares several features with Arabidopsis and other model plants, it also shows great specialization. Gerbera bears a complex inflorescence containing hundreds of flowers of three different types, which differ in morphology and sex. The major aim of this thesis was to characterize Gerbera floral developmental genes, with special interest in genes related to A and E functions. The ABC model and the extended ABCDE model are applicable to Gerbera. It has been previously shown that the Gerbera B and C function genes behave as the model predicts. The E function genes affect the development of the whole flower in Arabidopsis, being redundantly active in all four floral whorls. However, the Gerbera E function genes, GRCD1 and GRCD2, are non-redundant and specialized in their tasks. Based on GRCD4 and GRCD5 expression patterns and PPI data presented in this thesis we proposed them to provide general E function in Gerbera. However, later this hypothesis was shown not to be completely accurate by RNAi transgenic lines that showed GRC4 and GCRD5 to be involved in Gerbera petal development. The ABCDE model proposes that A function genes determine the developmental fate of sepals and petals. This function, however, is the most problematic of the model since a true A function seems only to be present in Arabidopsis. Majority of homologous genes from the other model plants execute only partial functions of AP1. Gerbera contains several genes related to AP1 and its homologues CAL and FUL, but none of them supply the A function in the sense of the ABC model. All Gerbera AP1- and FUL-like genes GSQUAs display wide expression patterns, some of them present in all floral organs. Different GSQUA genes were transformed into Gerbera, but only GSQUA2 overexpression lines produced a recurrent phenotype that was an early flowering, dwarf Gerbera. The function of GSQUA2 was shown to be linked to floral transition. Phylogenetic analysis showed Gh-SOC1 to be distantly paralogous to Arabidopsis SOC1. In contrast to Arabidopsis SOC1, Gh-SOC1 was expressed only in the floral parts of Gerbera and it did not promote flowering but altered inflorescence identity towards vegetative characteristics. Temporal expression pattern late in floral development and floral abundancy suggested Gh-SOC1 to have a role in the late stages of Gerbera floral organ development. The results presented in this thesis add to our understanding of inflorescence and floral development of Gerbera. The ABCDE model is applicable to Gerbera for B and C function, A function does not seem exist in Gerbera and E function is differentiated from Arabidopsis general E function. Despite close sequence similarity to Arabidopsis SOC1, Gh-SOC1 function in Gerbera is related to floral development.Kasvien kukkiminen vaikuttaa sekä kasvien lisääntymiseen että ihmiskunnan ravinnonsaantiin. Kukkien monimuotoisuus on kiinnostanut tutkijoita satojen vuosien ajan, mutta ensimmäiset askeleet kukankehitykseen vaikuttavien geenien toiminnan selvittämiseksi otettiin n. 30 vuotta sitten kun MADS box-geenit löydettiin ja kukankehityksen ABC-malli esiteltiin. Kukankehityksen säätely tunnetaan hyvin mallikasvi Arabidopsiksella, mutta tietoa ei voi suoraan soveltaa muihin kasveihin. Gerbera kuuluu laajaan mykerökukkaisten kasvien heimoon. Sen kukat muistuttavat Arabidopsiksen ja muiden mallikasvien kukkia, mutta niillä on myös omia erikoispiirteitään. Gerberan monimutkainen, satoja kukkia sisältävä kukinto koostuu kolmesta eri kukkatyypistä, jotka eroavat rakenteeltaan ja toiminnaltaan. Tämän väitöskirjan tavoite on kuvata Gerberan kukinnon kehittymiseen vaikuttavia, laajennetun ABCDE-mallin A- ja E-funktion geenejä. ABCDE-malli selittää myös Gerberan kukinnon kehitystä. Aiemmin on osoitettu Gerberan B- ja C-funktioiden toimivan mallin mukaisesti. E-funktioon liittyvät geenit vaikuttavat koko kukan kehitykseen Arabidopsiksessa ja pystyvät osittain korvaamaan toisiaan. Gerberan E-geenit, GRCD1 ja GRCD2 ovat kuitenkin erikoistuneet toimimaan vain yhdessä kukkakiehkurassa. Tässä työssä Gerberan E-geenien (GRCD4 ja GRCD5) pääteltiin vastaavan Arabidopsiksen yleistä E-funktiota. Myöhempi tutkimus osoitti GRCD4- ja GRCD5 geenien liittyvän Gerberan teriön kehitykseen. ABCDE-mallin mukaan A-funktion geenit määräävät kukan verhiön ja teriön kehityksen. A-funktio on kuitenkin mallin kiistellyin osa ja se näyttää pätevän vain Arabidopsikseen. Muiden mallikasvien A-funktiota koodaavat geenit toteuttavat vain osan Arabidopsiksen AP1-geenin toiminnoista. Gerberassa on useita AP1-geenin sukuisia geenejä (GSQUA), mutta mikään niistä ei toimi kuten AP1. Kaikki GSQUA-geenit ilmentyvät laajasti kukassa, osa kaikissa kukan osissa. GSQUA2-geenin ilmentäminen Gerberassa sai aikaan varhain kukkivan pienikokoisen kasvin. GSQUA2-geenin toiminnan osoitettiin vaikuttavan gerberan siirtymiseen kasvullisesta kehitysvaiheesta kukintaan. Gh-SOC1 ja Arabidopsiksen SOC1 ovat paralogisia geenejä. Toisin kuin SOC1, joka aikaistaa kukintaa Arabidopsiksessa, Gh-SOC1 ilmentyy vain Gerberan kukkaosissa eikä aikaista kukkimisaikaa vaan muuttaa kukintoa kasvulliseen suuntaan. Gh-SOC1:n ilmentyminen viittaa sen rooliin kukan osien kehityksen myöhäisessa vaiheessa. Tämän väitöskirjan tulokset antavat lisätietoa Gerberan kukinnon ja yksittäisten kukkien kehityksestä. ABC-mallia voidaan soveltaa Gerberaan B- ja C-funktion osalta, A-funktiota Gerberassa ei ole ja E-funktio poikkeaa Arabidopsiksen E-funktiosta. GhSOC1 liittyy kukan kehitykseen, toisin kuin Arabidopsiksen SOC1.
Subject: kasvimolekyylibiologia
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
ruokolainen_satu_dissertation_2020.pdf 2.113Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record