Exploration of strategies to alter the meiotic recombination landscape in barley (Hordeum vulgare)

Abstract

In this thesis, strategies to alter the meiotic recombination landscape in barley have been explored and developed. Mutant alleles of the anti-CO factors RECQ4 and FIGL1 were isolated and cytologically characterized. recq4-1 and -2 caused increased chiasma rates and potentially a change in CO distribution. Hence, recq4 could be valuable for barley breeders. Surprisingly, figl1 showed loss of the obligate CO and decreased chiasma numbers. RECQ4 and FIGL1 are also required for both meiotic and mitotic DNA repair. To characterize in-depth the first ZMM member in barley, HEI10 spatiotemporal dynamics were studied cytologically and two mutant alleles of HEI10 were characterized. HEI10 followed the spatiotemporal asymmetric localization pattern of ASY1 (axes) and ZYP1 (SC). HEI10 showed a dual localization pattern relative to ZYP1. HEI10-dependent class I CO account for ~90% of total CO numbers. Finally, hei10 showed haploinsufficiency and hence HEI10 could be a good candidate for breeders.

In dieser Arbeit wurden Strategien zur Veränderung der meiotischen Rekombinationslandschaft in der Gerste erforscht und entwickelt. Es wurden Mutantenallele der Anti-CO-Faktoren RECQ4 und FIGL1 isoliert und zytologisch charakterisiert. recq4-1 und -2 führten zu einer erhöhten Anzahl an Chiasmata und einer möglichen Veränderung der CO-Verteilung. Somit könnte recq4 für Gerstenzüchter wertvoll sein. Überraschenderweise zeigte figl1 den Verlust des obligaten CO und eine verringerte Anzahl an Chiasmata. RECQ4 und FIGL1 sind weiterhin sowohl für die meiotische als auch für die mitotische DNA-Reparatur erforderlich. Um das erste ZMM-Mitglied in Gerste eingehend zu charakterisieren, wurden die räumlich zeitliche Dynamik von HEI10 zytologisch untersucht sowie Mutantenallele von HEI10 charakterisiert. HEI10 folgte dem räumlich zeitlichen asymmetrischen Lokalisierungsmuster von ASY1 (Chromosomachse) und ZYP1 (SC). HEI10 zeigte ein duales Lokalisierungsmuster relativ zu ZYP1. HEI10-abhängige Klasse I CO machen ~90% der Gesamt CO aus. hei10 zeigte Haploinsuffizienz, womit HEI10 ein guter Kandidat für Züchter sein könnte.