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Titelaufnahme

Titel
Functional analysis of transgenic wheat harboring Rht-D1b in relation to Fusarium head blight response / DI Andreas Teutschl
VerfasserTeutschl, Andreas
Begutachter / BegutachterinLemmens, Marc ; Karlovsky, Petr
GutachterBürstmayr, Hermann ; Stöger, Eva
ErschienenWien, August 2016
Umfangvii, 196 Blätter : Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassug in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Ährenfusariose / Kurzstrohgene / Rht-D1b / Genkopplung / Pleiotropie / GMO
Schlagwörter (EN)Fusarium head blight / semi-dwarf alleles / Rht-D1b / linkage / pleiotropy / GMO / translational initiation
Schlagwörter (GND)Weizen / Transgene Pflanzen / Fusarium / Allel
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-17201 Persistent Identifier (URN)
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Functional analysis of transgenic wheat harboring Rht-D1b in relation to Fusarium head blight response [9.67 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Ährenfusariose des Weizens, verursacht durch Pilze der Gattung Fusarium, ist eine bedeutende Krankheit des Weizens und anderer Getreidearten in vielen Anbaugebieten der Welt. Der Befall mit Ährenfusariose führt neben Ertrags- und Qualitätseinbußen zur Verunreinigung des Erntegutes mit Pilzgiften, den sogenannten Mykotoxinen. Der Anbau resistenter Sorten spielt eine Schlüsselrolle in der Bekämpfung der Krankheit. Die Vererbung der Ährenfusarioseresistenz, wird von mehreren Genen gesteuert (polygenetisch). Das Ausmaß des Krankheitsbefalles wird überdies von den Umweltbedingungen beeinflusst. Die Züchtung von Weizensorten mit verbesserter Resistenz ist daher aufwändig. Aktuelle Ergebnisse zeigten, dass das in der Weizenzüchtung sehr häufig benutzte Halmverkürzungsgen Rht-D1b mit einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Ährenfusariose in Zusammenhang steht. Es ist allerdings unbekannt ob dieser Zusammenhang durch einen Effekt des Kurzstroh-Allels selbst (Pleiotropie) oder durch ein mit Rht-D1b eng gekoppeltes "Anfälligkeits-Allel" eines anderen Gens bedingt ist. In diesem Projekt wurde das Allel Rht-D1b in Weizen transformiert und das transformierte Gen in Linien unterschiedlichen Resistenzniveaus bzgl. Ährenfusariose eingekreuzt. Die so hergestellten Experimentallinien wurden in weiterer Folge auf Pflanzenlänge und Fusariumresistenz überprüft. Da Weizenlinien mit dem transformierten Rht-D1b Allel eine signifikant erhöhte Anfälligkeit gegenüber Ährenfusariose aufwiesen konnte der vermutete pleiotrope Effekt dieses Gens bewiesen werden. Des Weiteren wurde die Frage geklärt ob die Mutante Rht-D1b in der Lage ist ein aktives Genprodukt zu bilden da durch den Tausch zweier Basenpaare im N-terminalen Bereich des Gens ein Stopcodon gebildet wird. Durch die Generation transgener Pflanzen mit integriertem Rht-D1b und erweitert mit einem FLAG-tag im C-terminalen Bereich konnten physiologische Tests auf Proteinebene durchgeführt werden. Der Nachweis einer Wiederinitialisierung der Translation konnte mittels Gelhybridisierungstests erbracht werden. Die Aufklärung der Bildung eines aktiven Genprodukts und des pleiotropen Effekts von Rht-D1b ist für die Planung der Weizenzüchtung von essentieller Bedeutung und wird in zukünftigen Zuchtprogrammen von großer Bedeutung sein.

Zusammenfassung (Englisch)

Fusarium head blight (FHB) is a relevant disease of wheat and other small grain cereals almost worldwide. Infection with Fusarium head blight may lead to serious yield losses and quality problems due to the contamination with mycotoxins. Genetic resistance plays a key role in integrated disease management. Resistance of wheat to Fusarium head blight is a quantitative trait modulated by several to many genes and is influenced by the environment. Recent research has shown that the widely employed semi-dwarf allele of wheat Rht-D1b is strongly associated with severely enhanced FHB susceptibility. Whether this association is due to a pleiotropic effect of the semi-dwarf allele itself or due to close linkage with a susceptible allele of another gene was currently unknown. In this project we used a transgenic approach in order to clarify this question. We transferred recombinant versions of the semi-dwarf allele Rht-D1b from wheat chromosome 4D into a tall wheat variety by particle bombardment and subsequently back-crossed and evaluated the progeny of the transgenic plants for stem length and FHB response. These tests clarified whether the association of the presence of the semi-dwarf alleles with increased FHB susceptibility is controlled by the genes themselves (pleiotropy) or not (due to linkage). We were able to proof a pleiotropic effect of Rht-D1b as wheat lines harboring the transformed allele even showed a significant higher susceptibility to FHB. Furthermore we were able to confirm the assumption that Rht-D1b encodes an active gene product due to a translational reinitiation occurring at one of the methionines that closely follow a mutant stop codon in Rht-D1b, resulting in a truncated GA-insensitive protein. We transformed wheat with a construct extended with a FLAG-tag rendering an evaluation on gene expression level possible and visualized a formed protein by a protein immunoblot analysis. With respect to this study more knowledge on the physiology of Rht-D1b is crucial for wheat breeders and will have an impact on future breeding programs.