title: Phenotyping for drought stress tolerance with a focus on leaf anatomy and physiology
Creators: name: Koller, Lukas Michael
Publisher: name: :none
Year: 2021

description: Trockenstress in Pflanzen ist besonders im Hinblick auf den Klimawandel zu einem ernstzunehmenden Problem in der globalen Agrarproduktion geworden. Daher wird es immer wichtiger, Reaktionen und Adaptionen von Pflanzen darauf zu verstehen und genetische und morphologische Merkmale zu identifizieren, die unter diesen Bedingungen vorteilhaft sind. Pflanzenphänotypisierung untersucht die Interaktion zwischen dem Geno- und Phänotyp von Pflanzen sowie ihrer Umwelt und ist daher die Methode unserer Wahl. Das Ziel dieser Arbeit war es, das Potenzial für Trockenstresstoleranz verschiedener Pflanzengenotypen auf anatomischer und physiologischer Ebene zu untersuchen und zu bewerten. Dafür wurden bestimmte Genotypen (epf1 epf2, gpa1-1, lcd1-1, rol1-2, SALK008, SALK069, tmm-1, UPB15-ov, Wisc) der gut erforschten Modellpflanze Arabidopsis thaliana hinsichtlich ihrem genetischem Potential für Trockenstresstoleranz ausgewählt und in einer kontrollierten Umgebung zusammen mit dem Wildtyp Col-8 kultiviert. Die stomatäre Dichte wurde berechnet, um anatomische Unterschiede der Blattoberfläche erkennen zu können und um Rückschlüsse auf die Physiologie der Pflanzen machen zu können. Die Pflanzen wurden für einen Zeitraum von 1 – 15 Tagen Trockenstress ausgesetzt, Proben der Blätter mit dem Fluoreszenzfarbstoff Calcofluor-White gefärbt, und unter einem konfokalen Laser- Scanning Mikroskop begutachtet. ImageJ wurde verwendet, um die Größe der Palisadenparenchymzellen zu messen und somit den anatomischen Vergleich zwischen Zelllinien während Normalbedingungen und Trockenstress zu erhalten. Wichtige photosynthetische Parameter, die den Gesundheitszustand der Pflanze widerspiegeln, wurden mit MultispeQ, einem fluoreszenzbasierten Messgerät, in Normalbedingungen und unter Trockenstress gemessen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Palisadenparenchymzellen von den meisten Genotypen in starker Trockenheit schrumpften, während Genotyp UBP15-ov und Wisc keine Veränderung der Zellgrößen aufwiesen. Die Messungen der photosynthetischen Parameter deuten ebenfalls auf ein Potenzial für Trockenstresstoleranz in UBP15-ov als auch in rol1-2 hin. Eine hohe stomatäre Dichte war in unserem Experiment nur in Normalbedingungen vorteilhaft, jedoch nicht bei Trockenstress.
description: Especially in the light of climate change, drought stress in plants has become a major threat in agricultural production. Thus, the understanding of plant responses and adaptations to this abiotic stress and the identification of genetic and morphological traits that are advantageous in these conditions are of great importance. This can be best done by the examination of the genotype-phenotype interaction, generally known as plant phenotyping. The aim of the work was to evaluate the potential of drought stress tolerance of distinct plant genotypes on an anatomical and physiological level. Several genotypes (epf1 epf2, gpa1-1, lcd1-1, rol1-2, SALK008, SALK069, tmm-1, UPB15-ov, Wisc) of well-studied plant model Arabidopsis thaliana were chosen regards their genetic potential for drought stress tolerance and grown in a controlled environment together with the wild-type Col-8. Stomatal density was calculated for the evaluation of anatomical differences of samples. Plants were exposed to drought stress for a time-course of 1 – 15 days, labelled with calcofluor white and observed under a confocal laser-scanning microscope together with samples from well-watered plants. Palisade mesophyll cell size was measured with ImageJ to obtain an anatomical comparison during drought between cell-lines. Hand-held fluorimeter MultispeQ was used for the evaluation of photosynthetic parameters (ΦII, ΦNPQ, ΦNO, relative chloroplast content) during an experimental time-course of 1 – 7 days of desiccation. Mesophyll cell shrinkage was observable after severe drought in most cell-lines except UBP15-ov and Wisc. Measurements of photosynthetic parameters also indicate a potential for drought stress tolerance in UBP15-ov and in genotype rol1-2. A high stomatal density was found to be advantageous in well-watered conditions but not during drought stress.