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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-98605
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2019/9860/


Live cell imaging of meiosis in anthers of Arabidopsis thaliana

Lebendzellbildgebung von Meiose in Antheren von Arabidopsis thaliana

Prusicki, Maria Ada

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Bilderzeugung , Meiose , Pollen , Zellteilung , Schmalwand <Arabidopsis> , Mikroskopie , Pflanzen , Entwicklungsbiologie , Chromosom
Freie Schlagwörter (Englisch): time course , confocal microscopy , pollen , plant cell , developmental biology
Basisklassifikation: 42.15 , 42.13 , 42.40 , 42.23
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schnittger, Arp (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.02.2019
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 07.08.2019
Kurzfassung auf Englisch: Meiosis is a crucial event for sexual reproduction; during its course the chromosome
number is halved, and recombination between homologs takes place. Understanding
how meiosis is regulated in plants has a direct impact on breeding applications and,
therefore, researchers invest constant effort in studying its fundamental aspects.
Extensive knowledge about the meiotic progression results from the cytological
analysis of fixed material. Although highly informative, this approach is not sufficient
to understand the dynamics of meiosis; numerous works have demonstrated that
key meiotic events as homologs paring and segregation are heavily dependent on
chromosome movements and cytoskeleton rearrangements, underpinning the need
of a spatiotemporal description of the cell division.
This dissertation introduces a live cell imaging technique, based on confocal
microscopy, which allows the observation of the entire meiotic division of pollen
mother cells of Arabidopsis thaliana. In this study, the behavior of single meiocytes is
monitored throughout the progression of meiosis by the simultaneous visualization
of the meiotic subunit of cohesin, RECOMBINATION 8 (REC8), and microtubules. The
double reporter line, named KINGBIRD (Kleisin IN Green, tuBulin In ReD), allows the
description of five cellular features: cell shape, nucleus position, nucleolus position,
chromosome conformation, and microtubule array. These features combine in a
non-random manner to form cellular states; the analysis here performed led to the
identification of 11 principal states, referred to as landmarks, which are convergent
points of the meiotic progression. Using the landmark system as a reference, it was
possible to describe a precise time course of meiosis, which included the duration of
short and asynchronous phases, such as metaphases and anaphases. Taken together,
the here established microscopy technique and landmark system constitute a novel
approach, which opens new ways to the study of plant meiosis.
Kurzfassung auf Deutsch: Die Meiose ist ein essentieller Schritt der sexuellen Fortpflanzung; während ihres
Verlaufs wird die Chromosomenzahl halbiert und eine Rekombination zwischen
homologen Chromosomen ermöglicht. Unser Verständnis der Regulation der
Meiose in Pflanzen ist für die Pflanzenzüchtung von direktem Interesse, weshalb
große Anstrengungen unternommen werden, die grundlegenden Abläufe zu
verstehen.
Aus der zytologischen Analyse von fixiertem Material wurde bereits
umfangreiches Wissen über den grundsätzlichen Ablauf der Meiose gewonnen.
Obwohl sehr informativ, reicht dieser Ansatz aber nicht aus, um die Dynamik der
Meiose im Detail zu verstehen. Zahlreiche Arbeiten haben gezeigt, dass meiotische
Schlüsselereignisse wie Paarung der Homologen und deren Segregation stark von
Chromosomenbewegungen und Zytoskelettumlagerungen abhängen, was die
Notwendigkeit einer genauen räumlich-zeitlichen Beschreibung der meiotischen
Zellteilung untermauert. Mit dieser Dissertation wird eine Technik zur
Lebendzellbeobachtung während der Meiose eingeführt, die auf konfokaler
Lasermikroskopie basiert und die Beobachtung des gesamten Ablaufs der
meiotischen Teilung der Pollenmutterzellen von Arabidopsis thaliana ermöglicht
Durch eine gleichzeitige Visualisierung der Mikrotubuli und der meiotischen
Untereinheit von Kohäsin, RECOMBINATION 8 (REC8), kann die Entwicklung
einzelner Meiozyten während des Verlaufs der Meiose genau mitverfolgt werden.
Die hierfür konstruierte zweifache Reporterlinie namens KINGBIRD (Kleisin IN Green,
tuBulin In ReD) ermöglicht die Beschreibung von fünf Zellmerkmalen: Zellform,
Position des Zellkerns, Position des Nucleolus im Zellkern,
Chromosomenkonformation und die Anordnung der Mikrotubuli. Die spezifische
Kombination dieser Merkmale charakterisiert jeweils bestimmte meiotische Stadien.
Die hier durchgeführte Analyse führte zur Identifizierung von 11 Hauptzuständen,
sogenannten Referenzpunkten, die konvergente Punkte des meiotischen Ablaufs
darstellen. Mit Hilfe des Referenzpunkt-Systems konnte ein genauer zeitlicher
Verlauf der Meiose beschrieben werden, der es nun ermöglicht, auch die Dauer
kurzer und asynchroner Phasen, wie Metaphase und Anaphase, präzise zu erfassen.
Die hier etablierte mikroskopische Technik zur Lebendbeobachtung und das
Referenzpunkt-System stellen einen innovativen Ansatz dar, der es ermöglicht, neue
Wege in der Erforschung der Meiose in Pflanzen zu gehen.

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