Analysis of transposable elements in grapevine (Vitis vinifera L.)

Die Weinrebe (Vitis vinifera ssp. sativa) ist eine weit verbreitete Kulturpflanze, die schon in der Jungsteinzeit (8.500-4.000 v Chr.) domestiziert wurde. Die Kulturrebe stammt wahrscheinlich von der Wildrebe (Vitis vinifera ssp. sylvestris) ab. Basierend auf zufälligen Kreuzungen entstanden Tausende von Rebsorten, die heute im Anbau sind. Durch die kontinuierliche, vegetative Vermehrung von Rebsorten treten somatische Mutationen auf und gewinnen bei der Entwicklung von individuellen Genotypen (Klone) an Bedeutung, deren Selektion und Erhaltung durch Klonenselektionsprogramme ermöglicht wird. Transposone oder “Transposable Elements” (TEs) haben maßgeblichen Anteil an der Dynamik von Pflanzengenomen bei der Evolution des Genoms und bei schnelleren Effekten wie der somaklonalen Variation. Trotz der Wichtigkeit von Transpositionen ist das Vorkommen und die Spezifika von TEs bei Reben wenig untersucht. Erst durch die Sequenzierung des Rebengenoms wurden genomeweite Analysen der TEs möglich. Diese Dissertation ist die Zusammenfassung meiner Forschungsarbeiten, die in Form von wissenschaftlichen Artikeln, die sich in einem wissenschaftlichen Kontext befinden, präsentiert sind. Beginnend mit einer generellen Einführung in die Biologie der Rebe, der Rebengenomik und über Transposone werden die folgenden wissenschaftlichen Arbeiten dargestellt: (1) Grapevine (Vitis ssp.): example of clonal reproduction in agricultural important plants, (2) Different DNA extraction methods can cause different AFLP profiles in grapevine (Vitis vinifera L.), (3) Clonal variation in Pinot noir revealed by S-SAP involving universal retrotransposon-based sequences, (4) LTR-retrotransposons of grapevine and their implementation for the IRAP and REMAP fingerprinting, (5) Genome-Wide Analysis of the “Cut-and-Paste” Transposons of Grapevine, (6) Recent amplification and impact of MITEs on the genome of grapevine (Vitis vinifera L.). Abschliessend werden die Artikel kritisch diskutiert und ein Ausblick auf die genomische Forschung an TEs bei Reben gegeben.The grapevine (Vitis vinifera ssp. sativa) is a widely cultivated crop that has accompanied the human culture since the domestication of this plant in the Neolithic period (8,500-4,000 BC). The cultivated grapevine derives from the wild grapevine (Vitis vinifera ssp. sylvestris), but the exact domestication events are still not clear. Sexual hybridization was the major driving force of grapevine domestication which resulted in the selection of the thousands of cultivars present today. The vegetative propagation of cultivars enabled the somatic mutations to shape the genome of individual genotypes, opening the era of clonal selection programs which resulted in the isolation of hundreds of different clones for the most established cultivars. Transposable elements (TEs) play a major role in the dynamics of plant genomes, from their slow and long-term influence on the genome evolution to much faster phenomena like somaclonal mutations. Despite their importance, the TE content of the grapevine genome and the characteristics of grapevines TEs were poorly analyzed so far. The sequencing of the grapevine genome made it possible to start with more detailed and genome-wide analyzes of its TEs repertoire. This thesis is the summary of my research activities during my PhD study and presents the collection of scientific articles that are brought together in a logic unit. It starts with the introduction on grapevine, its genomics and TEs, followed by the articles: (1) Grapevine (Vitis ssp.): example of clonal reproduction in agricultural important plants, (2) Different DNA extraction methods can cause different AFLP profiles in grapevine (Vitis vinifera L.), (3) Clonal variation in Pinot noir revealed by S-SAP involving universal retrotransposon-based sequences, (4) LTR-retrotransposons of grapevine and their implementation for the IRAP and REMAP fingerprinting, (5) Genome-Wide Analysis of the “Cut-and-Paste” Transposons of Grapevine, (6) Recent amplification and impact of MITEs on the genome of grapevine (Vitis vinifera L.). A critical discussion on the articles is given followed by a general discussion and outlook on the topic of TEs and grapevine genomics research.eingereicht von Andrej BenjakAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2008OeBB(VLID)193121