FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-39161
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2008/3916/


Genetic transformation of Kenyan sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) with anti-fungal genes and response to Colletotrichum sublineolum infection

Die genetische Transformation von kenianischer Hirse (Sorghum bicolor (L.) Moench) mit Anti-Pilz Genen und die Reaktion auf Infektionen mit Colletotrichum sublineolum

Ayoo, Linus Moses Kosambo

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (2.162 KB) 


SWD-Schlagwörter: Sorghumhirse
Freie Schlagwörter (Deutsch): Ant-Pilz-Gene , Anthraknose , Chitinase , Chitosanase ,
Freie Schlagwörter (Englisch): anti-fungal genes , anthracnose , chitinase , chitosanase
Basisklassifikation: 58.30
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Kranz, Erhard (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 26.09.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 08.12.2008
Kurzfassung auf Englisch: Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) is an important food crop in Kenya as well as scores of other African and Asian countries. It ranks fifth worldwide in production among cereals and it is unique in its adaptation to adverse environmental conditions. Anthracnose, caused by Colletotrichum sublineolum, is one of the destructive fungal diseases of sorghum that cause extensive annual yield losses. Classical breeding and genetic engineering for traits conferring tolerance and resistance against fungal pathogens is one of the strategies of boosting production. Genetic engineering could be used to exploit the natural anti-fungal proteins produced by saprophytic fungi, such as Trichoderma harzianum. Lytic antifungal proteins, like the chitinases and chitosanases, degrade chitin and chitosan that are components fungal cell walls. This renders the cell walls osmotically sensitive and ultimately destroys target fungi. Constitutive expression of the chitinase (HarChit) and chitosanase (HarCho) genes from T. harzianum in transgenic plants could confer resistance to fungal diseases. Particle Bombardment and Agrobacterium tumefaciens were used to genetically transform sorghum lines sampled from Kenya with HarChit and HarCho genes from T. harzianum. Three stable transgenic lines, KOSA-1, KOSA-2 and KOSA-3, integrated the two anti-fungal genes were generated from the wild type line KAT 412 through particle bombardment of immature zygotic embryos. Quantitative RT-PCR analysis of the transgenic plants revealed that both genes were expressed in the transformants. In planta and ex planta C. sublineolum infection assays were carried out with 2 weeks old sorghum seedlings to study the level of disease tolerance by the transgenic and the parent wild type (Wt) lines. The transgenic line, KOSA-1, was found to be more tolerant to anthracnose than the parent Wt. This is the first report of successful co-transformation and genetic enhancement of sorghum after integration of HarChit and HarCho, two economically important anti-fungal genes. Response to anthracnose was also studied in six Wt sorghum sampled from Kenya: KAT L5, SDSH 513, KAT 412, KAT 487, GBK 0460812, GBK 0460844 and Serena. Qualitative and quantitative rating of the susceptibility and tolerance of different sorghum genotypes showed that the Kenyan cultivar KAT L5 was the most tolerant among the lines studied. Quantitative RT-PCR was used to study the expression of the 2 transgenes, HarChit and HarCho and 4 endogenous pathogenesis-related (PR) genes: sorghum leucine-rich repeat (SbLRR), sorghum chitinase gene (SbChit), chalcone-like synthase gene 2 (SbCHS2) and gene 8 (SbCHS8) after infection with C. sublineolum. The fold change (FC) in the expression of SbLRR, SbChit and SbCHS8 gene were found to be significantly low in the tolerant KAT L5 but high in the susceptible SDSH 513 after infection with C. sublineolum. There was a significant difference in expression pattern of the 4 PR-genes in the disease susceptible and resistant cultivars.
Kurzfassung auf Deutsch: Hirse (Sorghum bicolor (L.) Moench) gehört zu den bedeutendsten Nutzpflanzen weltweit. Sie ist die fünft wichtigste unter den Getreidepflanzen und stellt in einigen Ländern Afrikas und Asiens die Nahrungsgrundlage für viele Menschen dar. Anthraknose, verursacht durch Colletotrichum sublineolum, ist eine der verheerendsten Pilzerkrankungen der Hirse und ruft jährlich gewaltige Ertragsverluste hervor. Daher stellt die Pilzresistenz eines der wichtigsten Ziele in der landwirtschaftlichen Züchtung dar. Neben den Methoden der klassischen Züchtung bietet die Gentechnologie eine viel versprechende Strategie für die gezielte Verbesserung der Pilzresistenz in Pflanzen. Natürlichvorkommende antifungale Proteine werden erfolgreich in gentechnologischen Ansätzen für die Steigerung von Krankheitsresistenzen in Pflanzen eingesetzt. Lytische Enzyme des mykoparasitischen Pilzes Trichoderma harzianum, wie beispielsweise Chitinasen und Chitosanasen, führen zur Degradation der wichtigen Bestandteile pilzlicher Zellwände, Chitin und Chitosan, wodurch die Zellwand und folglich der Pilz zerstört wird. Die antifungale Wirkung der Chitinase HarChit und der Chitosanase HarCho aus T. harzianum konnte bereits in transgenen Ansätzen gezeigt werden. In dieser Arbeit wurden diese Gene mittels biolistischer und Agrobacterium tumefaciens vermittelter Transformation in verschiedene, wirtschaftlich wichtige Kenianische Hirselinien transformiert. Drei unabhängige transgene Linien, KOSA-1, KSA-2 und KOSA-3, die die zwei antifungalen Gene HarChit und HarCho stabil integrierten, wurden durch Partikelbeschuss unreifer zygotischer Embryonen des Wildtyps KAT 412 erzeugt. Quantitative RT-PCR Analysen der transgenen Pflanzen offenbarten, dass beide Gene erfolgreich exprimiert werden. In planta und ex planta Infektionstests mit dem pathogenen Pilz C. sublineolum wurden durchgeführt, um das Niveau der Krankheitstoleranz in den transgenen Linien im Vergleich zum Wildtyp zu studieren. Die transgene Linie KOSA-1 zeigte eine signifikant erhöhte Toleranz zu Anthracnose verglichen mit dem Wildtyp. Dies ist der erste Bericht über eine erfolgreiche Verbesserung der Pilzresistenz in S. bicolor durch Transformation mit einer Chitinase und einer Chitosanase. Die Reaktion auf Infektion mit C. sublineolum wurde auch in sechs weiteren Kenianischen Wildtyplinien von S. bicolor untersucht: KAT L5, SDSH 513, KAT 412, KAT 487, GBK 0460812, GBK 0460844 und Serena. Hierfür wurde die Expression der verschiedenen endogenen, antifungalen Gene: Chalconsynthase Gen 2 und 8 (SbCHS2 und SbCHS8), eines Lecinzipperprotein (SbLRR), Hirse Chitinase Gen (SbChit), durchleuchtet. Deutliche Unterschiede in der Resistenz waren dabei unter den verschiedenen Linien festzustellen. Die qualitative und quantitative Bewertung der Anfälligkeit bzw. der Toleranz zeigte, dass Linie KAT L5 die höchste, währen Linie SDSH 513 die niedrigste Toleranz zu Anthraknose aufweist. Dabei war die Expression von SbLRR, SbChit und SbCHS8 nach Infektion mit C. sublineolum in der resistenten Linie KAT L5 signifikant geringer als in der anfälligen Linie SDSH 513.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende