Analysis of allelic gene effects in Arabidopsis thaliana biomass heterosis and metabolism

Abstract

In dieser Arbeit wurde untersucht, ob allelische Varianten von Kandidatengenen für Variabilität in Biomasse-Heterosis und Fumaratgehalt verantwortlich sind. Die Untersuchungen wurden an zwei Arabidopsis-Akzessionen, Col-0 und C24, durchgeführt. Um das/die ursächliche(n) Gen(e) und die allelische Variante für die Variabilität des frühen vegetativen Wachstums zu identifizieren, wurde jedes Allel in einem transgenen Ansatz untersucht. Nur transgene Pflanzen, die ein einzelnes At4g00310-Transgen enthielten, zeigten eine Verringerung der Blattfläche durch verkürzte Blattstiele und Rosettenblätter, ohne Unterscheidung der At4g00310-Allele. Mit Cosmiden transformierte Linien, die das At4g00310-Transgen enthielten, zeigten jedoch keine Veränderung der Blattfläche. Wir untersuchten die ursächliche Variation zwischen FUM2Col und FUM2C24, die den Fumaratgehalt beeinflusst. FUM2Col in fum2 verwandelte mehr Malat zu Fumarat als FUM2C24 in fum2. Der Fumaratgehalt zwischen den beiden Allelen in fum2 war jedoch nicht unterschiedlich, was bedeutet, dass die FUM2-Allelvariante nicht der entscheidende genetische Faktor für die Variation des Fumaratgehalts ist. Vielmehr könnte die Variation des Fumaratgehalts durch ein Gleichgewicht anderer Metabolite, Enzyme und ihrer Interaktionen erklärt werden. Wir schließen daraus, dass die untersuchten Merkmale das Ergebnis eines gemeinsamen Wirkens von allelischen Varianten und genetischem Hintergrund sind.

This study investigated if allelic variants of candidate genes are responsible for variability in biomass heterosis and fumarate content using two Arabidopsis accessions, Col-0 and C24. In order to identify the causative gene(s) among the 14 genes, from At4g00238 to At4g00335, and the potential allelic variant for the variability on early vegetative growth, every allele was investigated in a transgenic approach. Only transgenic plants harboring a single At4g00310 transgene showed a decrease in leaf area by shortened petioles and rosette leaves without distinction of At4g00310 alleles. However, cosmid transgenic lines harboring a At4g00310 transgene did not display any change in leaf area. The causal variation between FUM2Col and FUM2C24 influencing fumarate content was investigated. Malate was more converted to fumarate by FUM2Col than by FUM2C24 in fum2. However, fumarate levels do not differ between FUM2 alleles in fum2, which implies that FUM2 allele variant is not the major genetic factor for fumarase content variation. Rather, fumarate content variation could be explained by on a balance of other metabolites, enzymes and their interactions. We concluded that the target traits are collective outcomes of allelic variants and genetic background.