Heterosis in the freezing tolerance of Arabidopsis thaliana (L.)Heynh
Creators: name: Korn, Marina
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
Year: 2010
Subjects: subject: Arabidopsis thaliana
subject: Heterosis
subject: Frosttoleranz
subject: Metabolitprofiling
subject: heterosis
subject: freezing tolerance
subject: metabolite profiling
subject: 630 Landwirtschaft, Veterinärmedizin
subject: 39 Landwirtschaft, Garten
subject: ZC 23700
subject: WG 2790

description: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Heterosis in der Frosttoleranz von Arabidopsis-Kreuzungen. Die genetische Basis von Heterosis, der Verbesserung heterozygoter F1-Hybriden gegenüber den homozygoten Eltern, ist unbekannt. Vermutet werden Dominanz, Überdominanz oder Epistasie. Die zur Kreuzung verwendeten Parentalakzessionen entstammen unterschiedlichen Klimaten und differieren stark in ihrer Frosttoleranz (Lethaltemperatur, LT50). Von 24 reziproken Kreuzungen mit C24 und Col-0 wurden LT50, Prolin- und Zuckergehalt bestimmt. Die Untersuchungen an nicht akklimatisierten und kälteakklimatisierten Pflanzen zeigen häufiger Heterosis in C24- als in Col-Hybriden mit klarem Anstieg nach dem Akklimatisieren. Es besteht eine klare Abhängigkeit der Frosttoleranz zum Zucker-, Prolin- und Flavonoidgehalt, sowie zwischen der Stärke der Heterosis in Frosttoleranz und Metabolitgehalten. GCMS-Messungen bestätigen diese Ergebnisse. Es wurden 40 Metabolite detektiert, von denen viele signifikant mit der Frosttoleranz korrelieren und/oder deren Heterosis mit der Heterosis der LT50 korreliert. Sechs dieser Stoffe sind wichtige Komponenten des Citratzyklus, was auf eine Rolle von Teilen des Zyklus in der Heterosis der Frosttoleranz und eine Veränderung seiner Flussraten hindeutet.
description: We investigated heterosis in freezing tolerance of 24 reciprocal Arabidopsis-crosses with C24 and Col-0. The underlying genetic mechanisms of Heterosis, the enhancement of F1-hybrids in comparison to their homozygous parents, are unknown. Different mechanisms such as dominance, overdominance or epistasis are suggested. Parental freezing tolerance (LT50) was shown to correlate with the original habitat temperature. Besides the LT50, proline and sugar contents (glc, fru, suc, raf) have been measured on non-acclimated and cold-acclimated plants. Metabolite profiling and flavonoid measurements revealed significant stronger heterosis in C24- than in Col-crosses. Heterosis increases after cold acclimation. Freezing tolerance clearly correlate with the contents of sugars, proline and several flavonols, as well as the strength of heterosis in freezing tolerance with the metabolite content. GCMS-measurement confirmed these results. Fourty metabolites, of which many significantly correlate with LT50 and/or with heterosis in metabolite content and in LT50, were found. Six of these are important compounds in the TCA-cycle. Changes in flux rates of the TCA-cycle could be connected to Heterosis for the first time. Negative correlation between Heterosis in freezing tolerance and metabolite accumulation, points to a role of parts of the cycle in crosses and to a change of flux rates.