Molecular control of the yearly growth cycle in wild strawberry

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8883-4
Title: Molecular control of the yearly growth cycle in wild strawberry
Author: Mouhu, Katriina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Agricultural Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2014-01-10
Belongs to series: Department of Agricultural Sciences Publications - URN:ISSN:1798-744X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8883-4
http://hdl.handle.net/10138/42342
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Strawberries (Fragaria sp.) are found throughout the Northern Hemisphere, growing in a wide variety of climatic conditions. The economically most important species is the garden strawberry (Fragaria x ananassa Duch.). Strawberries are perennial rosette plants with distinct developmental phases regulated by day length during the growing season. During long days (LDs) in spring and summer, strawberries grow actively with axillary buds developing into stolons called runners. During short days (SDs) in autumn, runner formation is replaced by branch crown formation and an inflorescence is initiated in the shoot meristem of a rosette crown. After winter rest, the inflorescence formed in the previous autumn flowers and vegetative growth is again activated by LDs. The wild strawberry (F. vesca L.) has been used as a model plant in strawberry research for several years. The wild strawberry is a seasonally flowering SD plant, but several perpetually flowering strawberry genotypes have been found. These types differ by a single recessive locus, the SEASONAL FLOWERING LOCUS (SFL), but the regulatory gene behind this trait has not been identified. This thesis aimed to identify the genes related to flowering and vegetative development in the wild strawberry. Expressed sequence tag (EST) sequencing of SD F. vesca and a perpetually flowering genotype were combined with data mining in published Fragaria and Rosaceae EST databases using known Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. flowering-related genes as a reference. The results revealed that most genes in the Arabidopsis flowering pathways could be identified among strawberry ESTs, indicating putative conservation in flowering pathway genes between these species. Fragaria vesca TERMINAL FLOWER 1 (FvTFL1), a homologue of the Arabidopsis thaliana TFL1, was confirmed to be the SFL, encoding the flowering repressor in wild strawberry. Fragaria vesca SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (FvSOC1), a homologue of Arabidopsis SOC1, represses flowering via FvTFL1 activation in shoot apices. Both FvSOC1 and FvTFL1 expression are under photoperiodic regulation, controlled at least in part via F. vesca FLOWERING LOCUS T 1 (FvFT1), encoding a putative homologue of the Arabidopsis mobile flowering signal FT, and expressed specifically under LDs. It was concluded that FvTFL1 functions as the flowering repressor and FvTFL1 activation under LDs occurs by FvFT1 via FvSOC1 in wild strawberry. FvSOC1 regulates vegetative growth independently of FvTFL1. FvSOC1 enhanced runner formation from the axillary buds, which involves changes in the levels of gibberellin biosynthesis genes. These results were used to construct a model of the yearly growth cycle in wild strawberry.Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää ahomansikan vuotuiseen kasvurytmiin vaikuttavien geenien toimintaa. Tutkimuksessa osoitettiin, että kahdella geenillä on keskeinen rooli ahomansikan kukinnan ja kasvun säätelyssä. Nämä geenit ovat Fragaria vesca TERMINAL FLOWER 1 ja Fragaria vesca SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1. Puutarhamansikka on taloudellisesti tärkein marjakasvi sekä Suomessa että maailmanlaajuisesti. Mansikat ovat monivuotisia ruusukekasveja, joiden vuosikasvurytmiä säätelee päivänpituus kasvukauden aikana. Pitkänpäivänoloissa keväällä ja kesällä mansikka kasvaa aktiivisesti ja hankasilmuista muodostuu rönsyjä. Lyhyenpäivänoloissa syksyllä mansikan hankasilmuista muodostuu sivuhaaroja ja kukintoaihe muodostuu haaran kärkisilmuun. Mansikan mallikasvina käytetään yleisesti ahomansikkaa, koska puutarhamansikalla geneettinen tutkimus on hankalaa sen suuren genomin takia. Puutarhamansikan lailla ahomansikka on lyhyenpäivänkasvi, mutta myös jatkuvasti kukkivia genotyyppejä on löydetty. Tutkimus vahvisti, että Fragaria vesca TERMINAL FLOWER 1 (FvTFL1) -geeni säätelee kausittaista kukintaa ahomansikalla. Pitkänpäivänoloissa FvTFL1:n ilmeneminen on voimakasta ja estää kukintoaiheen muodostumista kärkisilmussa. Jatkuvasti kukkivilla genotyypeillä FvTFL1-geenin sekvenssi on muuttunut koodaamaan toimimatonta FvTFL1-proteiinia, jolloin kukintoaiheiden muodostuminen ei esty pitkänpäivänoloissa ja kasvi muodostaa kukintoaiheita päivänpituudesta riippumatta. Tutkimuksessa kävi myös ilmi, että Fragaria vesca SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (FvSOC1) aktivoi FvTFL1-geenin ilmenemistä kärkikasvupisteessä. Lisäksi päivänpituus säätelee sekä FvSOC1- että FvTFL1-geenien ilmenemistä. Tällöin pitkänpäivänoloissa voimakas FvSOC1:n ilmeneminen johtaa FvTFL1:n ilmenemisen aktivoitumiseen, jolloin kukinta-aiheiden muodostuminen estyy. Lyhyenpäivänoloissa näiden geenien ilmeneminen vähenee, mikä johtaa kukintoaiheen muodostumiseen kärkikasvupisteessä. Kukinnan säätelyn lisäksi FvSOC1 vaikuttaa ahomansikan kasvuun edistämällä rönsynmuodostusta hankasilmuista säätelemällä kasvihormoni gibberelliinin tuotantoa. Pitkänpäivänoloissa voimakkaasti ilmenevä FvSOC1 edistää aktiivisen gibberelliinin muodostumista, mikä puolestaan edistää rönsynmuodostumista hankasilmusta. Lyhyenpäivänoloissa vähenevä FvSOC1-geenin ilmeneminen vähentää gibberelliinibiosynteesigeenien ilmenemistä, jolloin aktiivisen gibberelliinin määrä laskee ja hankasilmusta muodostuu sivuhaara. Tämä tutkimus auttaa kehittämään puutarhamansikan tutkimusta ja jalostamista, koska ahomansikalla saatuja tutkimustuloksia voidaan soveltaa geneettisesti monimutkaisempaan puutarhamansikkaan. Koska mansikoilla kukinto muodostuu kärkikasvupisteeseen, haarojen määrä kasvissa vaikuttaa seuraavan vuoden kukintojen määrään ja sitä kautta saatavan sadon määrään. FvTFL1:n ja FvSOC1:n toiminnan selvittäminen lisää mahdollisuuksia muokata kukintojen muodostumista sekä tasapainoa rönsyn- ja sivuhaaranmuodostumisen välillä.
Subject: puutarhatiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Mouhu_dissertation.pdf 2.361Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record