Tag der mündlichen Prüfung: 06.07. 1998
Am "Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung" wurde Mitte der achtziger Jahre in eine weißblühende Linie von Petunia hybrida Hort. (Vilm.) ein Anthocyansynthese-Gen von Zea mays L. transferiert.
Unter den nach diesem Gentransfer entstandenen ziegelrot blühenden Pflanzen befand sich auch ein Typ, der ein Sternmuster in der Blüte zeigt. In der vorliegenden Arbeit konnte diese Musterbildung auf eine chimärische Konstitution zurückgeführt werden:
Die Instabilität des A1-Gens in der Petunie resultiert in einen Farbstoffausfall in der alleinig farbstofführenden Epidermis, die von der ersten Scheitelschicht (L1) des Sproßscheitels gebildet wird. Subepidermale Gewebe können als genetisch intakt im Sinne einer potentiellen Fähigkeit zur Farbstoffsynthese charakterisiert werden. Deutlich wird das unter anderem an den partnerinduktiven Wirkungen, die von subepidermalem, L2-bürtigen Gewebe ausgehen und die Anthocyanbildung in der benachbarten, farbstoffdefekten Epidermis veranlassen. Da die L1 am Kronblattrand alle Gewebe, also auch das Mesophyll bildet, bleiben diese Bereiche weiß gefärbt. Nur im Binnenfeld der Petalen, wo L2-bürtiges, genetisch intaktes Gewebe an die Epidermen anschließt, treten diese partnerinduktiven Wirkungen auf. Das Resultat ist ein Sternmuster der aus fünf Petalen zusammengewachsenen Kronröhre.
Spontan und nach in-vitro-Kalluskultur entmischen die Pflanzen in ihre einzelnen Komponenten, so daß rot und weiß blühende Typen entstehen, die mit ihrer Blütenfarbe und ihrem Ploidiegrad (unterscheidbar bei Ploidiemarkierung) die jeweilige Scheitelschicht repräsentieren, von der sie abstammen.
Bei Kreuzung spaltet die Nachkommenschaft in rot und weiß blühende Pflanzen auf. Aufgrund der Instabilität des transferierten A1-Gens ergibt sich kein Mendelsches Aufspaltungsverhältnis für die Blütenfarbe, wie das dem heterozygotem Zustand entsprechen würde. Auch existieren (wie bei den Entmischungsprodukten) gesprenkelte Blütentypen.
Die Instabilität konnte als licht- und temperaturabhängig erkannt werden. Sie ist gleichzeitig der Grund dafür, daß sich an weiß blühenden Kallusregeneraten bzw. Sämlingen, die das A1-Gen in inaktiver Form besitzen, ein Sternmuster jederzeit neu bilden kann. Aufgrund dieses modifikativen Charakters dieser Sternmuster-Chimäre wird der Begriff ”Epigenetische Periklinalchimäre“ vorgeschlagen.
In Sorteneinkreuzungen konnten Instabilitäten bis in die F2-Generation verfolgt werden, möglicherweise übertragen sich die Ursachen der Farbstoffausfälle der transgenen Form auch auf die Farbkomponente des Kreuzungspartners.
Weiterhin enthält die Arbeit Experimente zur Sorteneinkreuzung sowie einen vorläufigen Bestimmungsschlüssel zur generellen Einordnung von Blütenfarbvariation nach ihren Ursachen.
Inhaltsverzeichnis |
| Titelseite | Untersuchungen zur genetischen und histogenetischen Variabilität an transgenen Petunia hybrida Hort. (Vilm.) |
| 1
| Problemdarstellung |
| 1.1. | Zur Entstehung der transgenen Petunia hybrida Hort. (Vilm.) |
| 1.2. | Der Untersuchungsgegenstand |
| 1.3. | Chimärische Blütenmuster |
| 1.4. | Der Sternmustertyp der transgenen Petunie |
| 1.4.1. | Phänotypische und gärtnerische Charakteristik |
| 1.4.2. | Hypothese eines chimärischen Aufbaus der transgenen Sternmusterform |
| 2
| Material und Methoden |
| 2.1. | Die drei Wege der Beweisführung |
| 2.2. | Die doppelte Markierung der Scheitelschichten |
| 2.3. | Methoden der Ploidiebestimmung |
| 2.4. | Herstellung von Dauerpräparaten |
| 2.5. | in-vitro-Kalluskultur |
| 2.6. | Untersuchungen zur Stabilität des A1-Gens |
| 2.7. | Technische Ausrüstungen |
| 3
| Die Ergebnisse und ihre Auswertung |
| 3.1. | Kolchizinversuch an Stern/DDD |
| 3.2. | Mikroskopische Untersuchungen / Ploidienachweise |
| 3.3. | Entmischungsvorgänge / in-vitro-Kalluskultur |
| 3.4. | Abschließende Ploidiebestimmungen |
| 3.4.1. | Stern Nr.2, Blütentyp Nr.3 und Sternbildung an weiß/diploid, weiß/tetraploid sowie an der Laubblattvariante G HGG G |
| 3.4.2. | Ploidievergleiche der einzelnen Varianten |
| 3.5. | Instabilitäten der Blütenfarbe |
| 3.5.1. | Bonituren zur Sprenkelungsneigung |
| 3.6. | Kreuzungsanalysen |
| 3.7. | Zur Stabilität des A1-Gens bei Sorteneinkreuzung |
| 3.8. | Somaklonale Variabilität nach in-vitro-Kalluskultur |
| 3.9. | Überlegungen zur Definition eines reformierten Systems von Blütenfarbvariation |
| 4
| Diskussion |
| 4.1. | Ploidienachweise |
| 4.2. | Zur Stabilität des A1-Gens |
| 4.3. | Betrachtungen zur Gewebekonkurrenz |
| 4.4. | Versuchsansatz und Teilergebnisse zur Klärung partnerinduktiver Wirkungen |
| 4.5. | Überlegungen zur somaklonalen Variation |
| 5
| Zusammenfassung |
| Bibliographie
| Literaturverzeichnis |
| Selbständigkeitserklärung | |
| Danksagung | |
Abbildungsverzeichnis |
| Abb. 1: | Sternmuster der transgenen Petunie (Stern/DDD) |
| Abb. 2: | handelsübliche Sternmustersorte der Petunie |
| Abb. 3: | Sternmuster bei der transgenen Petunie |
| Abb. 4: | Verzweigungsmodus (Photoprintbild/Stereomikroskop) |
| Abb. 5: | Kronblatt im Querschnitt (Kunststoff-einbettung) |
| Abb. 6: | obere Petalenepidermis Stern/DDD (Plasmolyse mit KNO3-Lösung) |
| Abb. 7: | untere Petalenepidermis Stern/DDD (Plasmolyse mit KNO3-Lösung) |
| Abb. 8: | Farbstoffverteilung im Petalenquerschnitt (rotes Binnenfeld Stern/DDD) |
| Abb. 9: | Stomata Stern/DDD |
| Abb. 10: | Stomata Stern Nr.1 |
| Abb. 11: | Petalenquerschnitt
(rotes Binnenfeld) Stern/DDD |
| Abb. 12: | Petalenquerschnitt
(rotes Binnenfeld) Stern Nr.1 |
| Abb. 13: | obere Epidermis
(rotes Binnenfeld) Stern/DDD |
| Abb. 14: | obere Epidermis
(rotes Binnenfeld) Stern Nr.1 |
| Abb. 15: | untere Epidermis
(rotes Binnenfeld) Stern/DDD |
| Abb. 16: | untere Epidermis
(rotes Binnenfeld) Stern Nr.1 |
| Abb. 17: | obere und untere Petalen-
epidermis Stern/DDD,
angefärbt mit Karmin-Essigsäure |
| Abb. 18: | obere und untere Petalen-
epidermis Stern Nr.1,
angefärbt mit Karmin-Essigsäure |
| Abb. 19: | Sproßscheitellängsschnitt
Stern/DDD (in Kunststoff) |
| Abb. 20: | Sproßscheitellängsschnitt
Stern Nr.1 (in Kunststoff) |
| Abb. 21: | Petalenquerschnitt Stern/DDD
(in Kunststoff) |
| Abb. 22: | Petalenquerschnitt Stern Nr.1
(in Paraffin)
(---- --------- ----- Ploidiegrenze) |
| Abb. 23: | Petalenmesophyll im Übergangsbereich von rot zu weiß, Stern/DDD (Aufsicht) |
| Abb. 24: | Petalenmesophyll im Übergangsbereich von
rot zu weiß, Stern Nr.1 (Aufsicht) |
| Abb. 25: | Chromosomenbelege Stern/DDD für L1-bürtiges (14 Chromosomen in Petalenepidermis zählbar), |
| Abb. : | L2-bürtiges (14 Chromosomen in subepidermalem Petalengewebe zählbar) und |
| Abb. : | L3-bürtiges Gewebe (13 Chromosomen in Blütenstielmitte zählbar, Abweichung von Sollzahl methodisch bedingt), Kunststoffeinbettung |
| Abb. 26: | Chromosomenbelege Stern Nr.1 für L1-bürtiges, (28 Chromosomen in Petalenepidermis zählbar), |
| Abb. : | L2-bürtiges (14 Chromosomen in subepidermalem Petalengewebe zählbar) und |
| Abb. : | L3-bürtiges Gewebe (12 Chromosomen in Blütenstielmitte zählbar, Abweichung von Sollzahl methodisch bedingt), Kunststoffeinbettung |
| Abb. 27: | Stern/DDD (oben) und Blüten der Kallusregenerate |
| Abb. 28: | Stern/TDD (oben) und Blüten der Kallusregenerate |
| Abb. 29: | meiotische Zellen in Antheren von weiß/diploid (Kunststoffeinbettung, maximal 7 Chromosomen zählbar) |
| Abb. 30: | 14 Chromosomen in Petalenepidermis (L1-bürtig) von weiß/diploid (Kunststoffeinbettung) |
| Abb. 31: | 14 Chromosomen in sub-epidermalem Petalengewebe (im Photo L2-bürtig) von weiß/diploid (Kunststoffeinbettung) |
| Abb. 32: | Petalen-querschnitt von weiß/diploid: alle Zellkerne besitzen gleiche Größe (Kunst-stoffeinbettung) |
| Abb. 33: | weiß/tetraploid: 26 Chromosomen in subepidermaler Lage (L2-bürtig) zählbar (Abweichung von Sollzahl 28 methodisch bedingt), Petalenquerschnitt in Kunststoff |
| Abb. 34: | Im Photo sind jeweils maximal 3 Kernkörperchen in der Antherenhülle (L1-bürtig) von weiß/tetraploid zählbar: Hinweis auf Tetraploidie (Abweichung von Sollzahl 4 Nucleoli methodisch bedingt), Kunststoffeinbettung |
| Abb. 35: | Petalen-querschnitt von weiß/tetraploid: alle Zellkerne besitzen gleiche Größe, Kunst-stoffeinbettung |
| Abb. 36: | Sproßscheitellängsschnitt von rot/diploid: Zellkerne besitzen gleiche Größe in allen Schichten, Kunststoffeinbettung |
| Abb. 37: | Chromosomenbelege rot/diploid für L1- bürtige (Laubblattepidermis), |
| Abb. : | L2-bürtige (Laubblatt subepidermal) und |
| Abb. : | L3-bürtige Gewebe (Blütenstielmitte), Kunststoffeinbettung |
| Abb. 38: | Nucleoli bei rot/diploid (Blütenstiel) in
 epidermalem (L1-bürtig),
subepidermalem (L2-bürtig)
und |
| Abb. : | L3-bürtigem Gewebe (Gefäß Blütenstielmitte) |
| Abb. 39: | diploide Blüte (links) und Blüte von Typ Nr.3 |
| Abb. 40: | Blütentyp Nr.2: Stern/DP? |
| Abb. 41: | meriklinalchimärische Blüte mit den Konstitutionen diploid-polyploid (links oben) und polyploid-polyploid (restliche Hälfte) |
| Abb. 42: | Stern/TTT links und Stern/DDD |
| Abb. 43: | Sproßscheitellängsschnitt Stern/TTT, Kunststoffeinbettung |
| Abb. 44: | Sproßscheitellängsschnitt Stern/TTT mit Metaphase in L1 (27 Chromosomen gezählt: Soll 28, Abweichung methodisch bedingt), in L2 Zellkern mit 4 Nucleoli Tetraploidie, Kunststoffeinbettung |
| Abb. 45: | Sternmusterblüte an Laubblattvariante G HGG G |
| Abb. 46: | Laubblattmuster G HGG G |
| Abb. 47: | Sprenkelungsintensitäten auf tetraploider Ebene |
| Abb. 48: | weiß/tetraploid: Blüte mit rotem Sektor |
| Abb. 49: | rot/diploid: Blüte mit weißem Sektor |
| Abb. 50: | Blütenfarbveränderung an rot/tetraploid |
| Abb. 51 : | Kreuzungspartner rot/diploid × ‘Marathon Dunkelblau’ und Nachkommenschaft (unten) |
| Abb. 52: | Epidermenschema (obere Kronblattepidermis/ Aufsicht) der Kreuzungspartner und der Nachkommenschaft zur Veranschaulichung der Farbwerte (alle Präparate mit Plas-molyse) |
| Abb. 53: | blauer Sektor an F1-Typ dunkelrosa |
| Abb. 54: | heller und blauer Sektor an F1-Typ dunkelrosa |
| Abb. 55: | roter Sektor (nicht transgener Farbton!) bei unterschiedlichen Nachttemperaturen (>15°C, <15°C, <10°C: Reihenfolge in Leserichtung) |
| Abb. 56: | F1-Typ hellrosa |
| Abb. 57: | F1-Typ hellrosa mit Sektor (transgener Farbton!) |
| Abb. 58: | F1-Typ hellrosa mit zweifarbigem Sektor (transgener und weißer Farbton!) |
| Abb. 59: | einzelne Farbtypen der F2-Generation aus Selbstung (blau  × rot  ) und Selbstung (rot × blau ) |
| Abb. 60: | sektoriale Farbveränderung |
| Abb. 61: | Sprenkelung der Blüte (dieser Pflanze immanent) |
| Abb. 62: | einige Blütenvarianten nach in-vitro-Kalluskultur (diploide und tetraploide Ebene) |
| Abb. 63: | Laubblattvariante nach Überführung der Kallusregenerate in Erdkultur |
| Abb. 64: | Laubblattvarianten nach in-vitro-Kalluskultur und an ihnen entstandene Sproßvarianten |
| Abb. 65: | Umlagerungs-prozesse führen zu Sproßvarianten |
| Abb. 66: | Sternmuster-sorten der Petunie: Variabilität in der Farbver-teilung auf-grund von veränderten Temperatur-und Lichtver-hältnissen |
| Abb. 67: | Convolvulus arvensis |
| Abb. 68: | Solanum gentianoides |
| Abb. 69: | Pelargonium - Peltatum - Hybride ‘Mexikanerin’ |
| Abb. 70: | Pelargonium - Peltatum - Hybride ‘Mexican Beauty’ |
| Abb. 71: | Saintpaulia ionantha ‘Mandy’, als weiß-blau-blau (L1-L2-L3)-Chimäre nachgewiesen (Plaschil, 1997) |
| Abb. 72: | Syringa vulgaris L.‘Sensation’, Sport von ‘Hugo de Vries’ regelmäßiger weißer Rand, Untersuchungen notwendig |
| Abb. 73: | Phlox maculata L. ‘Natascha’, regelmäßiger weißer Rand (Existenz ähnlicher Sorten in den 30er Jahren dieses Jahrhunderts: Auskunft Staudengärtnerei), Untersuchungen notwendig |
| Abb. 74: | Phlox subulata L. ‘Striped Candy’, chimärische Konstitution wahrscheinlich (Plaschil, 1997) |
| Abb. 75: | Pelargonium-Zonale-Hybride ‘Mr. Wren’, chimärischer Charakter (weiß-rot-rot) wahrscheinlich, insbesondere im Herbst (Temp. ) treten im weißen Petalenrand isoliert vom roten Binnenfeld rote Sprenkel auf, Wurzelaustrieb rotblühend, F1-Aufspaltung in rot und rosa (Cassells und Minas, 1983/ Plaschil, 1997), Untersuchungen notwendig |
| Abb. 76: | Rhododendron simsii Planch. ‘Mevrouw Gerard Kint’, stabile weiße Randbildung am Kronblatt , Periklinal-chimärie wahrscheinlich (Plaschil, 1997) |
| Abb. 77: | Rhododendron japonicum Suring. ‘Kermesina Rose’, Weißrand am Kronblatt relativ stabil, rote Sektoren und rote Blüten möglich (Entmischung ?), chimärische Konstitution wahrscheinlich, Untersuchungen notwendig |
| Abb. 78: | Rhododendron simsii ‘Weißrand, gesprenkelt’, chimärischer Charakter wahrschein-lich, Untersuchungen notwendig, weißer Rand, rosa Binnenfeld, rote Sprenkelung über die gesamte Petale, Auftreten gänzlich roter Blüten (spontan), weißgerandeter Sektor ohne Anthocyan (spontan) |
| Abb. 79: | Rhododendron simsii ‘Weißrand, gesprenkelt’, weißgerandeter Sektor (ohne Sprenkel) |
| Abb. 80: | Viola sororia Willd. ‘Weiß mit blauen Adern’, als Sorte im Handel, relativ gleichmäßige Sprenkelung, Untersuchungen notwendig |
| Abb. 81: | Spiraea x bumalda Burvenich ‘Shirobana’, spontane, sektoriale Rotfärbung ansonsten weißer Blüten bzw. ganzer Teile des Blütenstandes, sektoriale Anthocyanfärbung ist bereits im Sproß und an den Laubblättern sichtbar, Untersuchungen notwendig |
| Abb. 82: | Pelargonium - Zonale - Hybride ‘Eggshell’, weiße Blüten mit unterschiedlich großen roten Anteilen, Auftreten gänzlich roter Blüten, Aufspaltung der Nachkommenschaft in rot / weiß / weiß mit roten Anteilen (PLASCHIL, mündliche Auskunft), Untersuchungen notwendig |
| Abb. 83: | Rosa hybrida L. ‘Astrid Späth’, rosa Blüte mit roten Anteilen, Auftreten gänzlich roter Blüten, Untersuchungen notwendig |
| Abb. 84: | Impatiens-Hybride: Blütensprenkelung vererbbar |
| Abb. 85: | Rosa foetida L. ‘Bicolor’, Petalenoberseite rot, Unterseite gelb, spontan gelbe Sektoren (relativ häufig), oranger Mischtyp (selten), roter Sektor Petalenunterseite (selten), Untersuchungen notwendig |
| Abb: rechts: | Querschnitt Petale mit gelbem Sektor (Petalenoberseite) und rotem Sektor (Petalenunterseite) |
| Abb. 86: | zwei Homohistonten: Stern/TTT und Stern/DDD, (von links nach rechts) |
| Abb. 87: | zwei Ploidiechimären: Stern/TDD und Stern/DP? (von links nach rechts) |
| Abb. 88: | Kallus aus Petalensegment |
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