Samenvatting

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Samenvatting"

Josephus Koster
4 jaren geleden
Aantal bezoeken:

3 Voor toepassingen in plantenkweek is het van groot belang om de genetische diversiteit in een populatie alsmede de ontwikkeling van homozygote lijnen goed te kunnen beoordelen. Het verkrijgen van homozygote lijnen wordt traditioneel tot stand gebracht door het uitvoeren van terugkruisingen, die echter veel tijd en werkkracht vereisen. In het midden van de zestiger jaren kwam er een nieuwe techniek beschikbaar: de productie van dubbelhaploïde planten afstammend van onvolwassen polenkorrels, de zogenaamde microsporen. Aangezet door bepaalde ongunstige omgevingsfactoren, kortweg aangeduid als stress aangeduidt, kunnen microsporen hun normale ontwikkelingspatroon verlaten en in plaats daarvan zich ontwikkelen tot embryo s. Dit proces wordt androgenese genoemd (leterlijk: mannelijke schepping). Als gevolg van het spontane proces van verdubbeling van de chromosomen, dat plaats vindt gedurende de vroege stadia van embryo-ontwikkeling, kunnen de individuele microsporen zich in korte tijd ontwikkelen tot dubbel-haploïde planten, die zelf weer in staat zijn zich voort te planten. Tegenwoordig is het verkrijgen van dubbelhaploïde planten als gevolg van androgenese een belangrijke techniek voor zowel het verkrijgen van hybride zaden alsmede voor het beoordelen van genetische diversiteit van een gewas. Stress wordt meestal beschouwd als de belangrijkste aanleiding voor het aanzeten van de androgene ontwikkeling van microsporen. Afhankelijk van de plantensoort en zelfs de plantenvariëteit zijn verschilende omgevingsfactoren benodigd om het proces dat leidt tot androgenese, eficiënt aan te zeten. Het is echter voor sommige belangrijke landbouwgewassen onmogelijk gebleken ze tot androgenese aan te zeten. Het verbeteren van de protocolen voor de benodigde omgevingsfactoren voor deze gewassen is tot nu gebaseerd op een probeer maar wat basis zodat de toepassingen in de plantenkweek tot nu toe sterk beperkt zijn geweest. Voor zowel toegepast als fundamenteel onderzoek is het van het grootste belang om te begrijpen hoe een hooggespecialiseerde cel zoals een onvolwassen polenkorrel geheel omgeprogrammeerd kan worden tot een embryo. De gerst (Hordeum vulgare L.) cultivar Igri wordt beschouwd als een modelplant voor bestudering van androgenese dankzij de hoge eficiëntie van regeneratie die met deze plant kan worden bereikt. Eficiënte androgenese in deze cultivar wordt verkregen door uithongering en hoogosmotische omstandigheden in het middel late- tot late (ML-L) eenkernig stadium van microspore-ontwikkeling. Dit wordt bereikt door een behandeling van de polendragers (stuifmeeldraden) met een oplossing van een suiker (mannitol). In dit proefschrift wordt de androgenese van gerst gebruikt als een modelsysteem om meer inzicht te verkrijgen in de moleculaire en celulaire processen die de omschakeling van de ontwikkeling van een microspore tot een embryo controleren. 171

4 De belangrijkste gebeurtenissen op moleculair en cellulair niveau, die karakteristiek zijn voor de verschillende fasen in de ontwikkeling van microsporen naar embryo s, worden middels een overzicht beschreven in hoofdstuk 1. Verder beschrijft dit hoofdstuk de overeenkomsten tussen de moleculaire- en celbiologische aspecten van enerzijds de androgene ontwikkeling en anderzijds die van twee veel bestudeerde modelsystemen, namelijk somatische en zygotische embryogenese. In hoofdstuk 2 is time-lapse tracking van mannitol-behandelde microsporen gebruikt met als doel de morfologie van embryogene cellen te identificeren en vervolgens de ontwikkelingsmechanismen van stress-behandelde microsporen te onderzoeken. De eerste morfologische verandering die geassocieerd is met het embryogene potentieel van microsporen werd vertegenwoordigd door de migratie van de kern naar het centrum van de cel (sterachtige structuur). Dit stadium vertegenwoordigt een overgangsfase tussen gevacuoliseerde en vergrote microsporen na stressbehandeling en de initiatie van celdelingen. Door combinatie van de analyse van de levensvatbaarheid van de aldus onstane structuren en cell tracking experimenten, hebben we laten zien dat positiebepaalde celdood de overgang van multicellulaire structuren in globulaire embryo s tijdens androgenese in gerst markeert. Omdat dit positie-bepaalde celdoodproces tijdens de overgang van multicellulaire structuren in globulaire embyryo s een bepalende stap bleek te zijn in de overschakeling van microsporen naar de embryogene ontwikkelingsroute, is dit proces nader gekarakteriseerd in hoofdstuk 3. Tijdens de ontwikkeling van multicellulaire structuren in globulaire embryo s sterft het generatieve celdomein af. Dit proces vertoont bepaalde karakteristieken van geprogrammeerde celdood oftewel een genetisch bepaald mechanisme van zelfdoding door de cel. De resultaten laten zien dat geprogrammeerde celdood een belangrijk aspect is van de embryogene ontwikkelingsroute van gerstmicrosporen. In hoofdstuk 4 is de expressie en de weefselspecificiteit van drie leden (14-3-3A, B en C) van de familie van regulatie-eiwitten bestudeert met behulp van isoform-specifieke antilichamen. Dit hoofdstuk is samengesteld uit drie onderdelen die elk verschillende aspecten behandelen van eiwitten in androgenese van gerstmicrosporen. De resultaten, beschreven in dit hoofdstuk, laten zien dat de uitkomst van de ontwikkeling van cellen en patroonvorming gedurende androgenese van gerstmicrosporen geassocieerd is met posttranslationele modificatie van het eiwit alsmede met ontwikkelingsafhankelijke expressie van de A en C-eiwitten. In hoofdstuk 5 is de macro-array technologie ingezet in combinatie met een specifieke statistische methode, aangeduid als principle component analysis, teneinde genexpressieprofielen te karakteriseren die geassocieerd zijn met de omschakeling van de pollenontwikkeling naar de androgene ontwikkelingsroute. Verdere expressie-analyse van een gedeelte van deze genen liet zien dat de inductie van genen coderende voor 172

5 alcoholdehydrogenase-3 en een aantal proteolytische enzymen geassocieerd is met het androgene ontwikkelingspotentieel van gerstmicrosporen, terwijl de inductie van genen betrokken bij signaaltransductie en celbescherming waarschijnlijk onderdeel zijn van de respons op stress. In dit proefschrift wordt een belangrijke vooruitgang in het begrip van de mechanismen, dat aan androgenese van gerstmicrospren ten grondslag liggen, beschreven. Het gebruik van een techniek die de ontwikkeling van vele cellen tegelijk kan volgen in combinatie met het gebruik van biochemische technieken is hiervoor van groot belang geweest. Dit heeft belangrijke morfologische verschillen aangetoond die het proces van androgenese markeren. Het heeft ook aangetoond dat het proces van gecontroleerde celdood tijdens het uitbreken uit de pollenkorrelwand en de daarop volgende weefselpatroonvorming een belangrijk onderdeel is van androgenese. Daarnaast zijn ook genetische markeringsfactoren geïdentificeerd door de analyse van cdna en de expressie van het gen zodat het nu veel makkelijker is geworden om te bepalen wat de gewenste omgevingsfactoren zijn teneinde het proces van androgenese te stimuleren. In de toekomst zal de uitdaging zijn om de functie van deze genetische factoren en geprogrameerde celdood in het androgenese proces te begrijpen. Dit zal het mogelijk maken een betere kwaliteit en hogere opbrengst van androgenetisch verkregen embryo s te verwezenlijken. 173

Vergelijkbare documenten

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation Cover Page The handle http://hdl.handle.net/1887/47238 holds various files of this Leiden University dissertation Author: Philipsen, Cheryl Title: Unraveling the auxin mechanism in 2,4-D induced somatic