Cyto-molecular investigations to analyse the synaptonemal complex of rye standard and B chromosomes during meiosis and to evaluate the potential of a new FISH probe labelling system

Abstract

In dieser Studie wurde die ultrastrukturelle Dynamik des synaptonemalen Komplexes (SC) in Secale cereale mit Standard- und B-Chromosomen untersucht. Vier meiotische Proteine ASY1, ZYP1, HEI10 und NSE4A waren am SC bis zu seinem vollständigen Abbau vorhanden. Immunhistochemie und hochauflösende Mikroskopie zeigten ihre unterschiedliche räumlich-zeitliche Verteilung, die tiefgreifende Veränderungen in der SC-Struktur reflektiert. Die Beteiligung von B-Chromosomen an der Bouquetbildung, sowie das Ausmaß der Langarmdeletion einer B-Chromosomenvariante wurden gezeigt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden alternative Ansätze zur Markierung von Sonden für die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) verglichen. Im Gegensatz zur Nick-Translation ermöglichte die kupferkatalysierte Azid-Alkin-Cycloadditionsreaktion (CuAAC) die Markierung kurzer einzelsträngiger DNA-Sonden. FISH mit solchen Sonden auf Pflanzenchromosomen und -kernen detektierte zuverlässig verschiedene Arten repetitiver Sequenzen.

In this study, the ultrastructural dynamics of the synaptonemal complex (SC) was investigated in rye (Secale cereale L.) plants with standard and accessory (B) chromosomes. Four meiotic proteins ASY1, ZYP1, HEI10 and NSE4A were present at the SC until its complete disassembly during prophase I. Immunohistochemistry and super resolution microscopy revealed their distinct spatiotemporal distribution reflecting profound changes in the SC structure. Participation of B chromosomes in the bouquet formation was shown and the extent of the long arm deletion of a B chromosome variant was characterized. In second part of the thesis, alternative approaches to label probes for fluorescence in situ hybridization (FISH) were compared. In contrast to nick translation, the copper-catalysed azide-alkyne cycloaddition reaction (CuAAC) enabled labelling of short single-stranded DNA probes. FISH with such probes on plant chromosomes and nuclei reliably detected various types of repetitive sequences.