Chromatin modifications during pollen development and pollen embryogenesis in barley

Abstract

Voraussetzung für die Pollen Embryogenese ist die Änderung der Zellidentität. Dieses ist grundsätzlich mit einer epigenetischen Reprogrammierung verknüft. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels histologische Färbemethoden und Immunmarkierung ein erster umfassender Überblick der epigenetischen Veränderungen während der Pollen Gametogenese und der Pollen Embryogenese in Gerste gegeben. Während der Pollenentwicklung bleiben die designierten generativen und vegetativen Zellen sich längere Zeit ähnlich bevor sie sich differenzieren. Andererseits ist nach dem Start der Embryogenese die epigenetische Umwandlung innerhalb von 24 Stunden abgeschlossen. Beide Ergebnisse wiesen darauf hin, dass Histon Acetylierung, die eine wichtige Rolle in der Genexpression spielt, ebenfalls ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung des Pollens in Gerste ist. Daher wurde der Histon Deacetylase Inhibitor Trichostatin A eingesetzt, um die Zellidentität vom Gerste Pollen zu beeinflussen. Seine Zugabe führte nicht nur zu einer verbesserten Induktionseffizienz, sondern beschleunigte und synchronisierte sogar die Embryogenese.

Pollen embryogenesis requires the resetting of cell identity which is inherently linked to epigenetic reprogramming. Using a combination of histological staining and immune labeling, the present thesis offers the first comprehensive overview of epigenetic changes occurring during pollen gametogenesis and pollen embryogenesis in barley. In normal pollen development designated generative and vegetative cells retain a similar identity for some time before ultimately differentiating. On the other hand, upon induction of embryogenesis the concurrent epigenetic transformation is completed within 24 h. The combined results indicated that histone acetylation, which plays an important role in gene expression, may be a key factor in determining cell fate in barley pollen. This lead to the introduction of the histone deacetylase inhibitor Trichostatin A as a convenient tool to manipulate barley pollen cell identity. Application on gametophytic pollen not only enhanced the induction efficiency but also significantly accelerated and synchronized embryogenesis.