Novel insights on female gametophyte development in the apomictic model species Boechera spp. and Hypericum spp.

Abstract

Die asexuelle Reproduktion, oder auch Apomixis stellt eine Schlüsseltechnologie dar, um positive heterotische Eigenschaften in Nutzpflanzen zu fixieren. Das Verständnis des apomiktischen Prozesses ist von hoher Bedeutung um diese Methode künftig in Züchtungsprogrammen einsetzten zu können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Mechanismus der Apomixis in den beiden Modellorganismen Boechera spp. und Hypericum spp.. Die reproduktiven Eigenschaften, einschließlich der Dynamik der Ploidie in den Samen und die Entwicklung des weiblichen Gametophyten wurden untersucht und zwischen sexuellen und apomiktischen Pflanzenlinien verglichen. Als Ergebnis dieser Analyse liegt, zusammen mit einer detaillierten Transkriptomanalyse, ein visueller Atlas über die Ovulenentwicklung vor. Desweiteren konnte das Modell der Genregulation zur diplosporischen Apomixis in Hypericum entwickelt werden.

A sexual reproduction by seed known as apomixis could be the key strategy for fixing heterotic vigor rapidly in crops. Understanding the apomictic process is therefore of high importance for its application in breeding programs in the near future. This research focused on the understanding of apomixis in the two model organisms: Boechera spp.and Hypericum spp. Reproductive traits, including ploidy dynamics in the seed and female gametophyte development, were evaluated and compared between sexual and apomictic lines. The results of this research, together with the multi-stage transcriptomic analysis of ovules, led in both organisms, to the design of an ovule-development visual atlas and to the elaboration of a gene regulation model for the diplosporic apomixis in Hypericum.