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Genetische Analyse von Heterosis im jüngsten Stadium einer Pflanze, als Embryo, am Beispiel der Fababohne (Vicia faba L.)

dc.contributor.advisorLink, Wolfgang Prof. Dr.de
dc.contributor.authorDieckmann, Susannede
dc.date.accessioned2007-12-17T14:39:10Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T10:16:20Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:19Zde
dc.date.issued2007-12-17de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B011-Fde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-1876
dc.description.abstractHeterosis, die Mehrleistung der Hybride über das Mittel ihrer homozygoten Eltern, ist ein viel untersuchtes genetisches Phänomen, das bis heute in seinen Ursachen und Wirkmechanismen noch nicht vollständig verstanden ist. Die klassische Untersuchung der Heterosis wird an Merkmalen der Pflanze, wie dem Biomasse- oder Korn- Ertrag und dem Tausendkorngewicht durchgeführt. In der vorliegenden Arbeit wurde studiert, ob schon auf der Ebene des Samens als genetischem Individuum Heterosis ausgeprägt wird. Ziel der Untersuchungen war, mögliche Unterschiede im reifen Samengewicht von heterozygoten und homozygoten Samen zu finden. Außerdem sollte der Einfluß von elterlicher Verwandtschaft, elterlicher Samengröße und von verschiedenen Stresssituationen auf diese Samenheterosis analysiert werden und eine mögliche Verbindung zwischen der Samenheterosis und der klassischen Heterosis untersucht werden. Darüber hinaus sollten Effekte des Inzuchtstatus der Samen auf den Samenertrag ihrer Mutterpflanze untersucht werden.In drei Versuchsjahren wurden insgesamt 17 Ackerbohnenlinien (Vicia faba L.) verschiedener Verwandtschaftsbeziehungen und Samengrößen in fünf Experimenten im Freiland, in offener und kontrollierter Bestäubungssituation, getestet. Zusätzlich wurde ein Experiment zur Verbindung zwischen Samenheterosis und klassischer Heterosis im Gewächshaus durchgeführt. Die Differenzierung zwischen fremd- und selbstbefruchteten Samen geschah entweder durch Handkreuzungen in sog. Freiland-Isolierhäusern, oder es wurden in offener Bestäubungssituation morphologische Marker zur Klassifizierung eingesetzt. Ferner wurde erprobt, inwiefern fremd- und selbstbefruchtete Samen aus offener Bestäubungssituation mittels Nah-Infrarot-Reflexions-Spektrometrie (NIRS) zu differenzieren sind. Durch Einsatz eines speziellen Kreuzungsschemas konnte die Samenheterosis beider reziproker Kreuzungsrichtungen in verschiedenen Samengenerationen geschätzt werden und eine biometrische Trennung der maternalen von den sameneigenen genetischen Effekten vorgenommen werden.Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Überlegenheit des Samengewichtes von Hybridsamen über entsprechend vergleichbare ingezüchtete Samen; es konnte somit Heterosis für das Merkmal Samengewicht signifikant nachgewiesen werden, sie lag je nach Kreuzung zwischen 0,36% und 18,44% Mehrgewicht des Hybridsamens über dem homozygoten Elternwert. Die Untersuchung beider reziproker Kreuzungsrichtungen hat ergeben, dass das Samengewicht signifikant (P= 0,01) beeinflusst war durch maternal additive und zytoplasmatische Effekte, sowie durch sameneigene Dominanz- und Additiveffekte. Direkte Konkurrenz um mütterliche Ressourcen führte zu keiner Erhöhung der Hybridüberlegenheit, ebenso konnte keine höhere Überlegenheit der Hybridsamengewichte über die der Selbstungssamen nachgewiesen werden, wenn die Pflanze unter abiotischem Stress (Trockenheit) wuchs. Es wurde deutlich höhere Heterosis gefunden, wenn der Vergleich zwischen den Samengenerationen auf einem hohen Niveau der Samengröße stattfand, als wenn es sich um kleine Samen handelte. Die Ergebnisse zeigen tendenziell eine Erhöhung der Samenheterosis, wenn Heterozygotie für die elterliche Samengröße vorliegt, während keinerlei Hinweis auf geringere Heterosis bei Verwandtschaft der Eltern (f = 0,5; Geschwister-Linien bzw. Elter-Nachkomme) nachgewiesen werden konnte. Dieses steht im Widerspruch zu klassischen Befunden der Heterosisforschung. Es konnte eine signifikante Korrelation (r= 0,76, P= 0,01) zwischen der Heterosis der Samen und der Heterosis der Biomasse von (aus diesen Samen erwachsenen) Jungpflanzen nachgewiesen werden, woraus gefolgert wurde, dass die Samenheterosis dennoch, zumindest teilweise, ähnlichen genetischen Grundsätzen folgt wie die klassische Heterosis.Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Heterosis schon im frühen Entwicklungsstadium der Pflanze, am Samen, signifikant, bedeutend und mit großer Variation ausgeprägt ist. Es konnte abgeleitet werden, dass besonders die Heterozygotie für Allele, die die Samengröße der Eltern stark verschieden ausfallen lässt, in einem Samen dessen eigene Heterosis verursacht oder zumindest wesentlich bestimmt.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleGenetische Analyse von Heterosis im jüngsten Stadium einer Pflanze, als Embryo, am Beispiel der Fababohne (<i>Vicia faba </i>L.)de
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedGenetic analysis of heterosis at a plant`s earliest stage, as embryo, using faba bean (<i>Vicia faba </i>L.) as modelde
dc.contributor.refereeLink, Wolfgang Prof. Dr.de
dc.date.examination2007-04-20de
dc.subject.dnb630 Landwirtschaftde
dc.subject.dnbVeterinärmedizinde
dc.description.abstractengHeterosis, defined as the surplus performance of the hybrid over the mean of its parents, is a well analysed phenomenon, and still since today its causes and modes of action are not yet fully understood. Classical studies on heterosis are carried out on traits of plants such as biomass, grain yield and thousand seed weight. In the present study it was analyzed whether heterosis is already expressed at the level of the seed, which is a genetic individual on its own. The objective of the present analyses was to detect potential differences for mature seed weight of heterozygous and homozygous seeds. In addition, the analyses focussed on the impact of parental relationship, parental seed size and of different types of stress on this seed heterosis. A potential connection between seed heterosis and classical heterosis should be uncovered. Furthermore, potential effects of the inbreeding status of the seeds on the seed yield of their seed parent plants were to be studied.A number of 17 faba bean (Vicia faba L.) lines with different genetic relationships and seed sizes were used. Five experiments were carried out, in open field, either in open or in controlled pollination. In addition, an experiment in the greenhouse was carried out on the connection between seed heterosis and classical heterosis. The identification of cross- and self-fertilized seeds was possible either because of manual crossing in socalled open-field-isolation-cages, or, in case of open pollination in the field, morphological markers were applied. Furthermore a study was carried out on the usefulness of Near-Infrared-Reflectance-Spectrometry (NIRS) for determining cross- vs. self-fertilized seed. A specific mating scheme was applied to estimate seed heterosis of both reciprocal cross directions across several seed generations, and a biometrical separation of maternal from genuine seed-caused effects was made possible.The results showed a marked superiority of the weight of hybrid seeds over corresponding inbred seed; significant heterosis for the trait seed weight could be evidenced, it depended on the actual cross and amounted to between 0.36% and 18.44% of weight increment of the hybrid seed over the homozygous parental value. The analysis of the two reciprocal cross directions showed that the seed weight was significantly (P=0.01) influenced by maternal additive and cytoplasmic effects, and by dominance and additive effects of the seed itself. Direct competition for maternal resources did not lead to a larger hybrid superiority, as well as no larger superiority of hybrid seed over selfed seed was shown in cases of abiotic stress (drought) of the seed parent plants. Markedly larger heterosis was detected if large-seeded bean types were employed than if small-seeded beans were used. The results showed a trend towards higher seed heterosis if there was heterozygosity for the parental seed size, whereas there were no hints on smaller heterosis in case of parental relationship (f = 0.5; sibling lines and parent-offspring). This is in contradiction to classical findings of heterosis research. A significant correlation was detected (r=0.76, P=0.01) between heterosis of seeds and heterosis for biomass of young plants grown from these seeds. The conclusion was that seed heterosis at least partially follows similar genetic principles as classical heterosis.The results of the present thesis show that heterosis is significantly and markedly expressed and shows large variation at a developmental stage of a plant as early as the stage seed . Heterozygosity for alleles that make two inbred parents markedly different for seed size was concluded to cause or at least substantially influence the heterosis of a seed that harbours these alleles.de
dc.contributor.coRefereeMärländer, Bernward Prof. Dr.de
dc.subject.topicAgricultural Sciencesde
dc.subject.gerHeterosisde
dc.subject.gerSamengewichtde
dc.subject.gerSamenheterosisde
dc.subject.gerVicia fabade
dc.subject.gerdialleles Kreuzungsschemade
dc.subject.engHeterosisde
dc.subject.engSeed weightde
dc.subject.engSeed`s heterosisde
dc.subject.engVicia fabade
dc.subject.engModified diallel crossde
dc.subject.bk48.58 Pflanzenzüchtungde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1659-3de
dc.identifier.purlwebdoc-1659de
dc.affiliation.instituteFakultät für Agrarwissenschaftende
dc.identifier.ppn579214249de
dc.creator.birthnameVoges


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