Cultivated meadowfoam (Limnanthes alba Benth.) is an annual oil seed crop native to southern Oregon. California and British Columbia. The genus Limnanthes is composed of nine species and divided into two sections, Inflexae and Reflexae. The seed oil of meadowfoam is a rich source of erucic acid and several novel very long-chain fatty acids (VLCs). The former has been linked to increased risk of heart disease. The safe limit of erucic acid for human consumption is up to 5% of total fatty acids. Because the erucic acid concentrations of wildtype lines typically range from 9 to 23% and low erucic acid variants have not been discovered, chemical mutagenesis was used to develop a mutant line (LE76) with greatly reduced erucic acid (3%). The phenotypic distributions of F��� progeny from crosses between wildtype and mutant lines were continuous and differed across genetic backgrounds. Quantitative trait loci (QTL) affecting erucic and dienoic acid were mapped using F���:��� progeny from a cross between LE76 and Wheeler (a wildtype line) and a simple sequence repeat (SSR) map spanning the meadowfoam genome. The domestication of meadowfoam was based on L. alba, belonging to section Inflexac. The secondary and tertiary gene pools have not been important to the domestication process and have not supplied diversity for meadowfoam breeding. With the objectives of introgressing genes from wild relatives and also producing cytoplasmic male sterile lines by inserting the nuclear genome of L. alba into wild cytoplasm, inter-sectional crosses involving L. alba and three subspecies of L. douglasii and intra-sectional crosses involving L. alba and two subspecies of L. floccosa were carried out. The isolation mechanisms involved in keeping species apart from each other were found to be different within and between sections. The study of partially fertile intra-sectional hybrids showed that the reduced pollen viability (30-33%) was not due to structural differences between the chromosomes of the two species, as normal meiotic behavior was observed in PMCs. The inter-sectional crosses were found to be incompatible and various abnormalities during pollen tube growth were observed. / Graduation date: 2002

Meadowfoam (Limnanthes alba Bentham; Order: Brassicales; Family: Limnanthaceae) is a self-compatible, predominantly allogamous, insect pollinated species. Meadowfoam oil is a source of novel unsaturated very-long-chain (VLC) seed oils (C������ and C������) with low concentrations of saturated fatty acids (typically less than 2%) and outstanding oxidative stability. Here we report the development of 389 SSR markers for meadowfoam. All the 389 SSRs were screened on 14 meadowfoam germplasm accessions to assess their utility and efficiency. Ninety-six percent of the SSR markers (373 out of 389) were polymorphic among the 14-germplasm accessions (from nine taxa) with a mean heterozygosity of 0.63. We also report that the physical size of the meadowfoam genome was estimated to be 5.52 pg using flow cytometry; thus, the meadowfoam genome is ca. 16 times larger than the Arabidopsis genome. Karyotype analyses revealed that the meadowfoam genome is made up of two metacentric and three submetacentric chromosomes. Meadowfoam has two pairs of chromosomes with subterminal nucleolar organizing regions (NOR's). A genetic map comprised of 84 SSR loci dispersed among five linkage groups with 11 to 22 SSR loci per linkage (6 SSR loci segregated independently) was constructed. The map was 988.7 cM long with a mean density of 11.8 cM and minimal clustering of loci. A total of 20 quantitative trait loci (QTL) were identified for five mating system characters in meadowfoam, using the SSR linkage map of meadowfoam. Individual QTL for mating system traits peta1 area (pa), seeds per plant (spp) and seeds per flower (spf)I account for up to 20% of the backcross phenotypic variance, with most traits showing QTL effects of 5-15%. The QTL for protandry and chiasma frequency were adjacent to the QTL for spp and spf. This study has provided evidence that the correlation between the chiasma frequency and the type of mating system is not a direct developmental relationship between these factors, but is due to a selective advantage of the combination of the characters found. The speculation that the genetic factors underlying chiasma frequency and autonomous seed set have co-evolved during evolution negates the self-fertilization as an "evolutionary dead end". / Graduation date: 2002

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1966. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-24Bitstream added on 2014-06-13T20:33:37Z : No. of bitstreams: 1 sagawa_chd_me_botib.pdf: 714941 bytes, checksum: df3eaab1e05c19ec58e826a408e00160 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nas florestas de Eucalyptus, o déficit hídrico é apontado como um dos fatores abióticos mais importantes, pois afeta significativamente o crescimento e o rendimento das plantações. Para contornar esse problema, o uso de genótipos tolerantes ao déficit hídrico é uma das alternativas mais razoáveis. Entretanto, a tolerância ao déficit hídrico é uma característica complexa e a estratégia de mapeamento de QTLs pode ajudar a entender a arquitetura genética relacionada com a variação fenotípica que esta característica apresenta. Este estudo buscou identificar as regiões genômicas associadas ao déficit hídrico em Eucalyptus. Para isso, foi utilizada uma progênie segregante com 195 indivíduos oriunda de um cruzamento de clones híbridos (E. grandis x E. urophylla) contrastantes para o estresse por déficit hídrico. Os experimentos foram realizados em casa de vegetação sob duas condições de irrigação (testemunha e estressado por déficit hídrico). Características fisiológicas foram utilizadas para a caracterização fenotípica da progênie e as análises estatísticas foram realizadas considerando as médias obtidas em cada experimento. O mapa genético foi construído com marcadores microssatélites e AFLP com auxílio do software JoinMap® 3.0. O mapeamento de QTLs seguiu duas abordagens: análise de marcas individuais e mapeamento múltiplo de QTLs (MQM). No mapa de ligação foram posicionados 99 marcadores em 13 grupos de ligação, totalizando 842,35 cM com distância média de 9,30 cM entre os marcadores. A análise de marcas individuais identificou vários QTLs de pequeno efeito e um QTL (LOD=6,11) localizado na posição do marcador EMBRA135 representando 20,8% da variação em condutância estomática (gs) nas plantas sob condição de estresse. Já o mapeamento MQM apontou dois QTLs, sendo um submetida a condições normais de irrigação (LOD=16,44) e outro na condição de estresse (LOD=15,25), representando 77,1% e 69,1%, respectivamente, na transpiração. Também identificou QTLs co-localizados no grupo 6 e QTLs de pequeno efeito. Portanto, este estudo identificou QTLs relacionados a tolerância ao déficit hídrico em Eucalyptus e estes QTLs identificados podem estar envolvidos em muitos mecanismos de tolerância que as plantas podem usar para evitar este estresse. / In Eucalyptus forests, drought stress has being pointed as one of the most important abiotic factor significantly affecting the growth and yield. The use of drought tolerant genotypes can be the most reasonable alternative to overcome this problem. Drought tolerance is a complex trait and QTLs mapping approach can help to understand the genetic architecture related to this trait. This study aims to identify genetic loci linked to phenotypic variation in drought tolerance in Eucalyptus. A progeny with 195 plants generated from a cross between two contrasting hybrid clones (E. grandis x E. urophylla) to drought stress was evaluated. The experiment took place in a greenhouse under two irrigation conditions (control and drought stress). Physiological traits were used for phenotypic characterization of the progeny and statistical analyzes were performed considering the means obtained in each experiment. For the genetic map of the progeny, the linkage analysis were executed on JoinMap® 3.0 software with microsatellite and AFLP markers. The QTL mapping followed two strategies: single locus analysis and multiple QTL models mapping (MQM). The linkage map resulted in 13 groups with 99 markers, and the map’s length was 842,35 cM with an average distance of 9,30 cM between the markers. The single locus analysis identified several QTL with small effects and one QTL (LOD=6,11) at the EMBRA135 marker position which represents 20,8% of the stomatal conductance variation (gs) in drought stressed plants. The MQM mapping, otherwise, detected two QTL, one in control plants (LOD=16,44) and one in stressed plants (LOD=15,25), which represents 77,1% and 69,1%, respectively, of the transpiration variation. Co-localized QTL were also identified at group 6 and several small effects QTL. Therefore, this study identified QTL related to drought tolerance in Eucalyptus and these QTLs identified may be involved in many tolerance mechanisms that plants can use to avoid this stress.

Les crossing-overs (CO) sont indispensables dans la création variétale pour permettre l'introgression de régions d'intérêt dans les variétés agronomiques d'espèces cultivées telles que le blé tendre (Triticum aesstivum L.). Afin d'évaluer l'impact des facteurs qui influencent leur formation, nous avons entrepris une caractérisation fine de leur distribution sur le plus grand chromosome ( chromosome 3B, 995Mb) du blé tendre en s'appuyant sur la carte physique récemment développée et le séquençage de quelques régions de plusieurs mégabases. La comparaison entre une carte génétique dense (102 marqueurs) et une carte physique de délétion montre que 77% des CO sont présents dans les régions distales couvrant seuleument 25% du chromosome. La comparaison de différentes cartes génétiques montre de plus que cette distribution est conservée entre populations avec cependant des différences de taux de CO locaux entre populations mais également entre méiose mâle et femelle. Cette distribution est influencée par une interférence positive forte à des distances inférieures à 10 cM. Cependant, les faibles fréquences de CO observées au sein des régions proximales restent inexpliquées. En effet, la faible augmentation du taux de CO observée au sein des régions proximales placées en position distale suggère que la position proximale de ces régions sur le chromosome ne semble pas responsable de leur faible fréquence de CO. De plus, nous avons montré que ces faibles fréquences ne seraient pas non plus dues à une divergence de séquence entre chromosomes homologues au sein des régions proximales, la fréquence de CO étant toujours aussi faible au sein de celles-ci entre deux chromosomes homozygotes. En revanche, l'analyse à l'échelle d'une région séquencée de 3.1 Mb indique que les fréquences de CO importantes sont fortement corrélées avec la présence de gènes. L'inhibition de la formation des CO au sein des régions proximales pourrait ainsi s'expliquer par la présence de gènes en quantité moins importante dans ces régions comparées aux régions distales.

Thesis (MSc (Wine Biotechnology))--University of Stellenbosch, 2006. / Plants have evolved photosynthetic systems to efficiently harvest sunlight energy for the production of carbohydrates, but these systems also are extremely susceptible to an excess of light. To combat the potential damaging effects of light, plants have developed various mechanisms to control and cope with light stress. These mechanisms include the movement of either leaves, cells (negative phototaxis) or chloroplasts to adjust the light-capturing potential, the adjustment of the light-harvesting antenna size through gene expression or protein degradation, the removal of excess excitation energy either through an alternative electron transport pathway or as heat. However, the latter mechanism based on thermal dissipation, remains the most effective to rid the plant of damaging excess light energy. This process involves several carotenoid pathway pigments, specifically the de-epoxidised xanthophyll cycle pigments. The process and extent of thermal dissipation in plants can be measured and quantified as non-photochemical quenching (NPQ) of chlorophyll fluorescence by using well-established methodologies. Several Arabidopsis and Chlamydomonas mutants affected in the xanthophyll cycle have been isolated. These mutants have provided evidence for the correlation between the de-epoxidised xanthophyll cycle pigments and NPQ as well as better understanding of the operation of the xanthophyll cycle and the related carotenoid biosynthetic enzymes. This key photoprotective role of the xanthophyll cycle is therefore a promising target for genetic engineering to enhance environmental stress tolerance in plants. Several genes from the carotenoid biosynthetic pathway of grapevine (Vitis vinifera L.) were isolated previously in our laboratory. The main aim of this study was to over-express two xanthophyll cycle genes from grapevine in Arabidopsis and to analyse the transgenic population with regards to pigment content and levels as well as certain photosynthetic parameters. The transgenic lines were compared with wild type Arabidopsis (untransformed) plants and two xanthophyll cycle mutants under non-limiting conditions as well as a stress condition, specifically a high light treatment to induce possible photodamage and photoinhibition. Transgenic Arabidopsis lines over-expressing the two V. vinifera xanthophyll cycle genes, β-carotene hydroxylase (VvBCH) and zeaxanthin epoxidase (VvZEP), were established following Agrobacterium transformation. In addition to the untransformed wild type, two NPQ mutants, npq1 (lacking violaxanthin de-epoxidase) and npq2 (lacking zeaxanthin epoxidase), were used as controls throughout this study. The transgenic lines were propagated to a homozygous T3-generation, where stable integration and expression of the transgenes were confirmed in only 16% and 12% for VvBCH and VvZEP lines, respectively. No phenotypical differences could be observed for the transgenic lines compared to the wild type, but the npq2 mutant showed a stunted and ‘wilty’ phenotype, as was previously described. To evaluate the pigment composition of the transgenic lines a reliable and reproducible method was needed to analyse carotenoids from leafy material. To this end a new high-performance liquid chromatography (HPLC) method was developed for the quantitative profiling of eight major carotenoids and chlorophyll a and b. Emphasis was placed on baseline separation of the xanthophyll pigments, lutein and zeaxanthin as well as the cis- and trans-forms of violaxanthin and neoxanthin. The method effectively distinguished Arabidopsis wild type plantlets from the two NPQ mutant lines (npq1 and 2) and could possibly find application for green leafy tissue samples in general. The carotenoid content of the NPQ mutants were in accordance with previous reports. The lack of zeaxanthin epoxidase activity in the npq2 mutant resulted in the accumulation of zeaxanthin under both low and high light conditions. This high level zeaxanthin was found to cause an initial rapid induction of NPQ at low to moderate light intensities, but this difference disappeared at high light, where zeaxanthin formation induced considerable NPQ in the wild type. Similarly, the npq1 mutant was unable to de-epoxidise violaxanthin to zeaxanthin under high light conditions, which resulted in severe inhibition of NPQ induction. Furthermore, these mutant plantlets were shown to be more susceptible to photoinhibition compared to that of the wild type. The over-expression of VvBCH resulted in a marked increase in the xanthophyll cycle pool pigments (violaxanthin, antheraxanthin and zeaxanthin) and reduced β-carotene levels under both low and high light conditions compared to that the wild type, indicating elevated β-carotene hydroxylase activity possibly due to over-expression of the VvBCH gene. Similar to the induction of NPQ in the npq2 mutant, the increased levels of zeaxanthin in the VvBCH lines did not offer any additional photoprotection. This would suggest that the heightened zeaxanthin levels observed for the VvBCH lines do not necessarily enhance photoprotection, however may protect the thylakoid membrane against lipid peroxidation as has been shown previously. The VvZEP lines however, showed reduce levels of zeaxanthin in high light conditions to that of the wild type, probably due to the competing epoxidation and de-epoxidation reactions of the xanthophyll cycle. This reduction in zeaxanthin synthesis in the VvZEP lines resulted in significant reduced NPQ induction compared that of the wild type, a phenomenon also observed for the npq1 mutant. Similar to the npq1 mutant, these lines displayed significantly increased photoinhibition, which may be due to photodamage of the reaction centers if one considers the lowered photosystem II photochemistry efficiency and reaction center openness of these lines compared to the wild type. This may suggest that even small reductions in zeaxanthin amounts can result in an increase in photoinhibition, under high light conditions. This study and its results provide fundamental information regarding two grapevine-derived carotenoid pathway genes and their possible physiological roles. Moreover, studies like these provide information that is essential when possible biotechnological approaches are planned with this central plant metabolic pathway in mind. The results highlighted the complex regulation of this pathway, necessitating attention to flux control, simultaneous manipulation of several pathway genes, and the measurement of other compounds derived from this pathway when evaluating the possible applications of the carotenoid pathway of plants.

Le redressement du peuplier suite à une stimulation gravitationnelle implique un processus de courbure locale lié à une élongation différentielle dans les zones en croissance primaire et un processus de courbure lié à la différenciation du bois de réaction dans les zones en croissance secondaire. Ces modifications morphogénétiques sont détectées au niveau de la région basale et apicale de la tige de peuplier inclinée. La région basale a développé le bois de tension une semaine après l'inclinaison, alors que la région apicale est réorientée 24 h après l'inclinaison. Ceci implique que les tissus de la région basale et apicale de la tige répondent de façon différente à l'inclinaison. Une étude d'expression menée au niveau du transcriptome a été réalisée à partir des ARNm extraits de tiges ayant été ou non inclinées pendant 45 min. En 45 min., la plante ne s'est pas redressée, mais a perçu le signal. Cette approche a permis d'identifier des transcrits de gènes impliqués dans la graviperception. L'étude de la régulation du transcriptome a été élargie par une analyse de la variation de l'accumulation des protéines extraites de tiges inclinées ou non. Les profils d'électrophorèse bidimensionnelle des conditions non stressées et stressées de la région basale et apicale ont montré une variation dans l'accumulation des protéines. Une analyse par RT-PCR quantitative de certaines protéines différentielles dont l'activité est potentiellement régulée par la thioredoxine (Trx) montre une accumulation de transcrits variable entre la région apicale et basale et des changements d'expression rapides et transitoires. Une étude complémentaire sur 2 thiorédoxines (Trx) (western blot, immunolocalisation in situ) a permis de montrer d'une part l'expression de Trx h1 une semaine après l'inclinaison et d'autre part la localisation de Trx h1 et Trx h2 au niveau des amyloplastes. L'ensemble de ces résultats a conduit à suggérer que les évènements moléculaires conduisant à la réorientation de la tige sont différents selon le tissu analysé. Probablement, chaque partie de la tige reçoit et répond différemment au signal gravité.

Abstract not available

Comme chez de nombreux protéagineux, l'architecture déterminée a semblé une voie prometteuse pour réduire le développement végétatif et améliorer le rendement et la stabilité du rendement du lupin blanc d'hiver (Lupinus albus L.). Une étude à la fois génétique et physiologique de ce type architecturale et de ses conséquences sur le développement et la mise en place du rendement a donc été entreprise. L'hérédité du caractère d'architecture déterminée est monogénique récessive, ce qui permet une utilisation simple en sélection. Le développement végétatif est réduit car tous les bourgeons passent à l'état floral précocément dans le cycle. Les ramifications portent chacune moins de feuilles que chez les indéterminés, et le nombre de niveaux végétatifs est réduit. La distribution des feuilles sur les ramifications suit un profil caractéristique en forme de cloche. La structure des ramifications a pu être modélisée. Il existe une grande variabilité génétique pour l'architecture, bien que la relation positive entre tardiveté de floraison et développement végétatif soit forte. L'interception de la lumière par le couvert en fonction du temps est similaire chez les déterminés et les indéterminés. Cependant, les déterminés atteignent une interception maximale moins importante en raison de leur développement végétatif restreint. La proportion de lumière qui parvient jusqu'aux feuilles de la tige principale est accrue. Le rendement des génotypes déterminés semble compétitif avec celui des génotypes indéterminés. La production de matière sèche est plus faible mais l'indice de récolte est supérieur. La date de maturité est sensiblement avancée, surtout sous des climats frais et humides, et la stabilité du rendement est plus grande. Ces caractéristiques sont liées à la réduction du développement végétatif, et à une compétition entre développement végétatif et développement reproducteur plus faible que celle observée chez les indéterminés. Le rendement est produit essentiellement sur la tige principale et le premier niveau de ramifications, et ces sites sont moins sujets à des aléas climatiques que les niveaux supérieurs. La variabilité génétique pour les composantes du rendement est large. On met en évidence des relations entre certains caractères d'architecture et les potentialités de rendement. Un développement végétatif trop restreint aussi bien qu'un développement excessif nuisent au rendement. Les caractères de développement des ramifications (nombre de feuilles et nombre de niveaux végétatifs) sont des critères de sélection pertinents chez les lupins déterminés.

Les tiges constituent l'élément fondamental du peuplement de luzerne et la partie aérienne limitant la digestibilité. Au cours de la croissance les tissus de soutien et de transport d'eau se mettent en place dans la tige. La proportion de ces tissus et des éléments constitutifs pourrait jouer un rôle déterminant dans leur dégradabilité. L'objectif de la thèse est de déterminer les bases génétiques des variations de la structure histologique des tiges de luzerne et d'établir la relation avec la digestibilité des tiges. Sur deux génotypes contrastés en digestibilité, différents caractères histologiques ont été quantifiés par analyse d'images, les teneurs en parois et en lignine mesurées et leur profil d'évolution observé le long de tiges caractérisées pour leur morphologie. La variabilité génétique pour ces caractères histologiques a été recherchée au sein et à l'intérieur de cultivars choisis pour leur différence de digestibilité. Enfin, la recherche de marqueurs associés à la variation de ces caractères a été initiée grâce au marquage d'une population F1 autotétraploïde issue du croisement entre deux plantes hétérozygotes. Les corrélations génétiques entre les différents caractères ont été calculées. L'analyse le long des tiges montre que la hauteur joue un rôle primordial dans la variation des caractères, et qu'ils évoluent similairement quel que soit le génotype. L'augmentation des teneurs en parois et en lignine en bas des tiges est associée à la mise en place du cambium responsable du développement de nouvelles assises cellulaires dont les parois se lignifient (xylème secondaire). Peu ou pas de variabilité entre cultivars mais une forte variabilité intra cultivar pour tous les caractères mesurés ont été mises en évidence. Une variabilité génétique importante au sein de la population F1 a permis de rechercher des marqueurs associés aux caractères histologiques, morphologiques et à la solubilité enzymatique des tiges. Cette étude a mis en évidence des marqueurs significativement associés à tous les caractères, expliquant de 6,5 % de la variation observée pour la proportion de parenchyme médullaire dans la tige à 40 % pour la hauteur des tiges. Nous avons également pu mettre en évidence des colocalisations entre la hauteur des tiges et le rapport feuilles/tiges, entre la hauteur des tiges, leur solubilité enzymatique, et la proportion d'écorce et la densité surfacique des parois du xylème. D'autre part l'analyse des corrélations a montré une relation négative entre la proportion de xylème, l'épaisseur et la densité surfacique des parois cellulaires du xylème, et la solubilité enzymatique des tiges; et une relation positive entre la solubilité enzymatique et la proportion des tissus non lignifiés. Cette thèse a montré qu'il est possible de sélectionner des luzernes de meilleure digestibilité en retenant comme critère de sélection des caractères liés à la proportion des différents tissus des tiges, et de rechercher des QTLs impliqués dans leur variation chez une espèce autotétraploïde. La saturation des cartes et la disponibilité d'un logiciel permettant de localiser des QTLs chez les espèces autotétraploïdes pourraient permettre d'envisager d'améliorer la digestibilité du fourrage grâce à la sélection assistée par marqueur. Une voie possible pour améliorer la digestibilité du fourrage serait de diminuer les proportions de xylème en introgressant les QTLs responsables de la diminution de ce caractère, et de l'épaisseur de ses parois en prenant garde à ne pas affecter la rigidité des tiges.