Xylem is an inherent feature of all vascular plants and functions in water transport and mechanical support. In order to efficiently transport water, xylem cells are reinforced by secondary walls before they undergo programmed cell death and their cell contents are removed by autolysis to create a hollow tube. During their differentiation, xylem cells express various hydrolytic enzymes, such as proteases, nucleases and lipases, but only in a few examples has their role in xylem cell death been characterized. This thesis focuses on the regulatory aspects of xylem cell death and the autolytic cell clearance in vessel elements and fibers of hybrid aspen (Populus tremula L. x tremuloides Michx.) and in vessel elements of Arabidopsis thaliana. Using comparative transcriptomic analysis, candidate genes for fiber-specific cell death processes were identified. Further, a hypothesis is presented on the regulation of thermospermine levels in the vasculature by a negative feedback-loop involving auxin and the class III Homeodomain-Leucine Zipper (HD-ZIP III) transcription factor HOMEOBOX8 (PtHB8). The role of the Arabidopsis METACASPASE9 (AtMC9) in xylem cell death was characterized using molecular tools, such as reporter lines and fluorescent fusion proteins, and electron microscopy (TEM). This showed that cell death initiation is not controlled by AtMC9. Instead, evidence is presented for the involvement of AtMC9 in the post mortem autolysis of vessel elements that follows tonoplast rupture and leads to the formation of the hollow conduit. Cell death-associated genes were further observed to be expressed during the emergence of lateral roots in Arabidopsis thaliana. This led to the discovery that cells overlying a lateral root primordium undergo cell death, which was demonstrated by detection of DNA degradation and TEM analysis. It is concluded that cell death facilitates emergence of lateral roots through the overlying tissues in a concerted manner with cell wall remodelling. Together, these findings show that although individual hydrolytic enzymes may be dispensable for plant growth and development, their common regulators are the tool for understanding their function and importance. / Xylem är en karakteristisk vävnad i alla kärlväxter som leder vatten och mineraler samt har mekanisk stödfunktion. För att effektivt kunna transportera vatten förstärks xylemceller med sekundära cellväggar innan de dör genom programmerad celldöd. Deras cellinnehåll bryts ner genom autolys för att skapa ett ihåligt rör. Xylemceller uttrycker under sin differentiering olika hydrolytiska enzymer, såsom proteaser, lipaser och nukleaser, men bara för ett fåtal av dessa har funktionen under xylemcelldöd kartlagts. Denna avhandling fokuserar på reglering av xylemcelldöden och den autolytiska nedbrytningen av cellen, i såväl kärlelement och fibrer av hybridasp (Populus tremula L. x tremuloides Michx.) som i kärlelement av backtrav (Arabidopsis thaliana). Med hjälp av jämförande transkriptomanalys identifierades kandidatgener för fiber-specifika celldödsprocesser i hybridasp. Vidare utvecklades en hypotes om reglering av termosperminnivåer i vaskulaturen genom en negativ feedback-loop, som omfattar auxin reglering och klass III homeodomän-leucinzipper (HD-ZIP III) transkriptionsfaktorn HOMEOBOX8 (PtHB8). Funktionen av Arabidopsis METACASPASE9 (AtMC9) under xylemcelldöd karakteriserades med molekylära verktyg, såsom reporterlinjer och fluorescerande fusionsproteiner och elektronmikroskopi (TEM). Dessa analyser visade att celldödens initiering inte styrs av AtMC9. Istället presenteras bevis för en roll av AtMC9 i autolysen av kärlelement som sker post mortem efter att vakuolen har gått sönder och som slutför bildandet av det tomma kärlet. Genuttryck som associeras med celldöd observerades också under utvecklingen av laterala rötter i Arabidopsis thaliana. Detta ledde till upptäckten att celler som ligger ovanför ett lateralrotprimordium dör en programmerad celldöd och visar tecken på DNA-nedbrytning och autolys i TEM-analyser. Slutsatsen av denna studie är att celldöd i samspel med cellväggsmodifiering underlättar utväxten av laterala rötter genom de överliggande cellagren. Sammantaget tyder dessa upptäckter på att även om enstaka hydrolyserande enzymer inte är nödvändiga för växternas tillväxt och utveckling, så kan deras gemensamma reglering nyttjas för att förstå deras funktion och betydelse.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:umu-81340 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Bollhöner, Benjamin |
| Publisher | Umeå universitet, Institutionen för fysiologisk botanik, Umeå : Umeå universitet |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf, application/pdf, application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, info:eu-repo/semantics/openAccess, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0021 seconds