Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 204-224). Also available online.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2001. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2002. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2002. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

Verticillium longisporum ist ein bodenbürtiges vaskuläres Pflanzenpathogen, das im europäischen Raum eine ernsthafte Bedrohung des agronomisch wichtigen Raps, einer Quelle für Biokraftstoff und Speiseöl, darstellt. Infektionsanalysen mit V. longisporum zeigten in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine neue Funktion des Jasmonoyl-Isoleucin- (JA-Ile) Rezeptors COI1, die unabhängig von JA-Ile oder pilzlichen Analoga dieses Pflanzenhormons Suszeptibilität gegenüber dem Pathogen vermittelt. Pfropfungsexperimente führten zu der Erkenntniss, das COI1 in Wurzeln für die Ausprägung von Krankheitssymptomen im Spross benötigt wird (Ralhan et al., 2012). Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, welche Gene unter der Kontrolle der JA-Ile-unabhängigen COI1-Funktion stehen und inwieweit sich die Signaltransduktionskette von der bekannten, durch COI1 aktivierten, Signaltransduktion unterscheidet. RNA-Sequenz-Analysen von infizierten und nicht-infizierten Wurzeln des Wildtyps, der coi1-Mutante und der JA-Biosynthesemutante aos ergaben zunächst, dass unter den gewählten Infektionsbedingungen nur wenige Gene durch den Pilz beeinflusst werden. Beim Vergleich der Transkriptomdaten von coi1- und aos-Wurzeln fiel jedoch auf, dass eine Gruppe von 113 Genen in der coi1-Mutante konstitutiv stärker exprimiert wurde als in der JA-Biosynthesemutante. Im Gegensatz dazu gab es nur wenige Gene, die in der coi1-Mutante geringer exprimiert waren als in aos und deren Expressionsmuster sich in unabhängigen Proben als nicht reproduzierbar erwies. Als Markergene für die Gruppe von Genen, bei der COI1 unabhängig von JA-Ile, d.h. auch in der aos-Mutante, als negativer Regulator der Genexpression wirkt, wurden aufgrund robuster Effekte der hochregulierten Transkriptmenge in der coi1-Mutante die Gene Phosphoglyceratmutase, Germin 2 und Cysteine-rich Receptor-like Kinase 15 (CRK15) gewählt. Durch Mutationen der Ligandenbindestelle von COI1 für JA-Ile wurde gezeigt, dass ein mutiertes COI1-Protein, das in der Pflanze JA-Ile-abhängige Funktionen wie Fertilität, JA-sensitives Wurzelwachstum und JA-induzierbare JAZ10-Expression nicht mehr ausführen konnte, ähnlich wie das WT-COI1 die Expression der Markergene weiterhin reprimieren konnte. Die Suszeptibilität-vermittelnde JA-Ile-unabhängige Funktion von COI1 gegenüber V. longisporum konnte mit diesen Konstrukten jedoch nicht eindeutig gezeigt werden, da die entsprechenden Leervektorkontrollen unerwarteterweise stark ausgeprägte Krankheitssymptome nach Infektion mit V. longisporum aufwiesen. Weitere bekannte Signalkomponenten der JA-Signaltransduktion wurden bezüglich ihrer Rolle in der JA-Ile-unabhängigen Funktion des COI1-Proteins analysiert. Dabei konnte über die Beteiligung der JAZ-Proteine keine Aussage getroffen werden, da eine beschriebene dominant-negative Wirkung des JAZ1∆3-Proteins in dieser Arbeit nicht bestätigt werden konnte. Da-hingegen konnte gezeigt werden, dass Komponenten wie NINJA und MYC2,3,4 keinen Einfluss auf die reprimierende Funktion von COI1 bezüglich der Phosphoglyceratmutase haben. Demnach konnte in dieser Arbeit durch Expressionsanalysen der Phosphoglyceratmutase, einem Schlüsselenzym der Glykolyse, demonstriert werden, dass sich die neue Funktion von COI1 stark von der klassischen und bekannten Funktion als JA-Ile-Rezeptor und Aktivator downstream agierender Prozesse der JA-Signaltransduktion unterscheidet. Es wird postuliert, dass es sich dabei um eine anzestrale Funktion des Proteins handelt, die mit der Entwicklung der JA-Synthese in Pflanzen aufgrund hoher Affinität des Rezeptors zu seinem Liganden in den Hintergrund gestellt wurde.

published_or_final_version / Biological Sciences / Doctoral / Doctor of Philosophy

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The fungal pathogen S. sclerotiorum (Sclerotinia sclerotiorum) impacts production and yield in one of Canada’s number one crops, canola (Brassica napus). Unfortunately, few cultivars show any tolerance to this devastating fungal pathogen. Thus, understanding how the plant responds to this aggressive fungus at the cellular level will facilitate the identification of genes and gene products responsible for improved plant performance. While our understanding of the host pathogen interaction is becoming clearer, there is remarkably little information available for Sclerotinia, especially its pathogenicity in canola. Moreover, we know nothing about how this interaction is specified at the cellular, physiological or molecular level directly at the site of infection in mature leaves following petal inoculation. Thus, we compared differences in plant structure, antioxidant response, and genes involved in the salicylic acid, jasmonic acid and ethylene defense pathways in a susceptible cultivar, Westar, and a previously described tolerant cultivar, Zhongyou821 (ZY821). Our data showed that at the cellular level, ZY821 was able to suppress the Sclerotinia penetration. The ascorbate-glutathione pathway and resistant signaling pathways were all associated with the canola defense response to S. sclerotiorum, while stronger antioxidant and signaling pathways responses were observed in ZY821 leaves at the site of infection. Also, transcriptional regulators not previously associated with plant defense in the Arabidopsis- S. sclerotiorum pathosystem were identified through bioinformatics approaches. By comparing plant susceptibility to S. sclerotiorum between Arabidopsis wild type and seven loss-of-function mutants, I found transcription factor JAM2 might be involved in plant tolerance to S. sclerotiorum. / October 2014

Apyrases (NTP-diphosphohydrolases, EC 3.6.1.5) are a family of enzymes that catalyze the hydrolysis of phosphoanhydride bonds of nucleoside tri- and di- phosphates in the presence of divalent cations. In Arabidopsis, AtAPY1 and AtAPY2 function in part as ectoapyrases and have been shown to play important roles in controlling the concentration of extracellular nucleotides, which, in turn, can regulate pollen germination and growth, and cell expansion in diverse plant tissues. We used an NCBI nucleotide blast keyed to Apyrase Conserved Regions (ACRs) to identify five other AtAPYs (3-7). To assess the biological function of each of these five AtAPY genes, the phenotypes of their T-DNA insertion mutants were analyzed. We did not observe any obvious phenotypes from the T-DNA insertion single knockout of any of these genes. However, double knockout mutants of AtAPY6 and 7 exhibited late anther dehiscence and low male fertility. Transmission and scanning electron microscopy revealed that the pollen grains of double knockout mutant of AtAPY6 and 7 are largely deformed in shape and in most cases, the cell walls of the pollen grains are interconnected. Using an AtAPY6-YFP fusion protein in transgenic Arabidopsis, AtAPY6 was localized to intracellular vesicles. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) assays and promoter:GUS fusion analysis demonstrated that the transcripts of both AtAPY6 and 7 are expressed in mature pollen grains, AtAPY6 is also expressed in the veins and hydathode regions of rosette leaves, and AtAPY7 is expressed in more diverse tissues such as roots, leaves, stems, pistils and sepals. The tissue specificity of AtAPYs 3, 4 and 5 expression was also determined using qRT-PCR assays and promoter:GUS fusion analysis. AtAPY3 and AtAPY4 were primarily expressed in roots but not in rosette leaves. AtAPY5 was expressed primarily in rosette leaves but only weakly in roots. AtAPY5 and AtAPY7 were upregulated when the rosette leaves are wounded or exposed to drought stress. RNA interference (RNAi) was performed to simultaneously suppress the gene expression of AtAPYs 3, 4, 5 to around 10% of that of the wild type. However, we did not observe any obviously altered phenotypes in the RNAi lines. The suppression of AtAPYs 3, 4, 5 by RNAi in the background of AtAPY6 single knockout did not cause any phenotype either. A possible explanation for this lack of phenotype in the RNAi lines is that functional redundancy exists between AtAPYs 3-5 and AtAPYs 1-2 and/or AtAPYs 6-7. / text

published_or_final_version / abstract / Botany / Master / Master of Philosophy