Musterbildung im Maisembryo: Klonierung NAM/CUC-Orthologer aus Zea mays L.

Zusammenfassung Im Vergleich zu Arabidopsis ist der Kenntnisstand über die Musterbildung im Maisembryo rudimentär und beruht hauptsächlich auf histologischen Studien. Essentiell für die postembryonale Entwicklung ist die Anlage der beiden apikalen Meristeme im Embryo. Im Gegensatz zu Arabidopsis wird in Zea mays das sprossapikale Meristem (SAM) nicht an apiko-zentraler, sondern an lateraler Position auf der adaxialen, dem Skutellum gegenüber-liegenden Seite des Embryos angelegt. In dikotylen Spezies konnten Mitglieder der konservierten NAC Genfamilie wie NO APICAL MERISTEM aus Petunia (PhNAM) oder die CUP-SHAPED COTYLEDON Gene aus Arabidopsis (AtCUC1-3) als essentiell für die Initiation des SAM und Organseparation identifiziert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Etablierung putativer PhNAM/AtCUC-Orthologer als molekulare Marker für die Visualisierung von Musterbildungsprozessen, die der SAM-Initiation in Mais zugrunde liegen, angestrebt. Basierend auf Sequenzhomologien wurden 6 NAC Gene isoliert und phylogenetisch klassifiziert. Darüber hinaus wurden korrespondierende Kartierungspositionen im Maisgenom bestimmt. ZmCUC3 und die potentiellen Paraloge ZmNAM1/2 zeigen höchste Homologie zu AtCUC3 bzw. PhNAM, welche in Monokotylen wie Dikotylen diskrete, evolutiv konservierte Genfunktionen darstellen. Dabei werden ZmNAM1/2 wie AtCUC1/2 vermutlich über miRNAs reguliert. Die hohe Sequenzverwandtschaft deutet in Kombination mit den auffälligen Gemeinsamkeiten in den Expressionsmustern darauf hin, dass ZmNAM1/2 und ZmCUC3 wie ihre nächsten dikotylen Verwandten zu SAM Initiation und Organseparation in Zea mays beitragen. ZmNAC4 und die potentiellen Paraloge ZmNAC5/6 werden in phylogenetischen Rekonstruktionen bisher weitestgehend unbekannten Vertretern zugeordnet. ZmNAC4 stellt einen frühen und selektiven Marker für die Spezifizierung von Endosperm-Zellschicksal dar. ZmNAC5/6 sind eng mit der Entstehung der Koleorrhiza bzw. Wurzelhaube assoziiert. Durch die Analyse des ZmSCR-Transkriptionsmusters in räumlicher und zeitlicher Relation zu dem von Kn1 bzw. ZmNAC5/6 ergeben sich weiterhin folgende Erkenntnisse über die Musterbildung im Maisembryo: 1. Zellen des Wurzelmeristems werden räumlich und zeitlich diskret von denen des SAM spezifiziert. 2. Die Kalyptra wird bereits embryonal als Teil der Koleorrhiza angelegt. 3. Die Spross-Wurzelachse wird im Embryo als diskrete Subgruppe von Zellen des basalen Suspensors bzw. Skutellums abgegrenzt - Kn1 kommt dabei eine zentrale Stellung zu. 4. Der Gewebespalt zwischen lateralen Bereichen von Wurzel und Koleorrhiza wird über lokale Zellwandauflösung errichtet