Analysis of the B chromosomes undergoing root-specific elimination during the embryogenesis of Aegilops speltoides : [kumulative Dissertation]

Abstract

B-Chromosomen haben keinen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung und die Fitness des Trägers. Deshalb werden sie auch als „nicht-funktional“ angesehen. In den meisten Fällen ist die Anzahl der B-Chromosomen pro Organismus stabil. In Aegilops speltoides ist die Anzahl der B-Chromosomen in allen überirdischen Organen konstant, während in den Wurzeln keine B-Chromosomen vorkommen. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Aufklärung der Sequenzzusammensetzung der B-Chromosomen von Ae. speltoides mit besonderem Fokus auf repetitive Sequenzen. Zwei B-spezifische und zwei auf den B-Chromosomen stark angereicherte Repeats konnten nebe einem hohen Anteil an mitochondrialer und Chloroplasten-DNA in den B-Chromosomen von Ae. speltoides identifiziert werden. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der wurzelspezifischen Eliminierung der B-Chromosomen in Ae. speltoides. Der Eliminierungsprozess unterliegt einer strengen Kontrolle und ist genetisch programmiert. Non-disjunction der B-Chromosomen Schwesterchromatiden resultiert unabhängig von der Zentromeraktivität in Mikrokerne. Diese Mikrokerne werden anschließend komplett eliminiert. Die vorliegende Arbeit ist der erste Beleg für eine programmierte Chromosomeneliminierung in Pflanzen.

Supernumerary B chromosomes (Bs) do not affect significantly the development and fitness of an organism and are therefore considered as non-functional and without any essential genes. In most cases, the number of Bs is stable within individual organisms, but numerical instability of Bs may exist in a number of plant and animal species. In B chromosome-carrying Aegilops speltoides plants, Bs are constant in the aerial organs and totally absent in primary and adventitious roots. The study, firstly, addresses the sequence composition of the Ae. speltoides B chromosome with the focus on repetitive sequences. Two B-specific and two B-enriched repeats, as well as a high amount of mitochondrial and chloroplast DNA insertions were identified in Ae. speltoides Bs. The second part of the study addresses how the root-specific elimination of B chromosomes occurs in Ae. speltoides. The elimination process is strictly controlled and genetically programmed. Non-disjunction of B chromatid results in micronuclei undergoing elimination independently of centromere activity. The present work is the first report about programmed chromosome elimination in a plant species.