Molecular genetics and physiological characterization of postharvest quality of potted roses (Rosa hybrida L.)

Abstract

Miniatur-Topfrosen gehören zu den beliebtesten und attraktivsten Topfpflanzen, deren Popularität in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Sie sind in den unterschiedlichsten Blütenfarben, -formen, und -größen sowie Wuchsformen erhältlich. Floristen und Rosenzüchter zeigen ein großes Interesse an Miniatur-Topfrosen mit verbesserten Qualitätsmerkmalen. Vor allem haben Haltbarkeit und Nachernteverhalten der Miniaturrose in der Zierpflanzenproduktion eine große ökonomische Bedeutung. Dabei ist das Phytohormon Ethylen einer von vielen Faktoren, der die Qualität, das Aussehen und die Langlebigkeit der Miniaturrosen beeinflusst. In der vorliegenden Studie wurde die Expression von Ethylen-assoziierten Genen aus der Biosynthese, der Perzeption, der Signaltransduktion und Transkription in verschiedenen Stadien der Blütenentwicklung in den beiden Sorten "Vanille" und "Lavender", die jeweils eine niedrige und hohe Ethylenempfindlichkeit aufweisen, und ihrer F1-Generation untersucht. Mit Hilfe der Zwei-Schritt Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR), eines nicht-radioaktiven Northern Blot-Verfahrens und des Reverse Northern Blots wurden Expressions-profile von ausgewählten Gene untersucht. Nur die Gene, die zwischen beiden Sorten signifikante Unterschiede zeigten, wurden anschließend analysiert, um Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) Marker unter Verwendung von CAPS (cleaved amplified polymorphic sequence, mit Restriktionsendonukleasen gespaltene amplifizierte polymorphe Sequenzen) zu finden. Gene für die Ethylenrezeptoren RhETR1, RhETR2 und RhETR3, Gene für die Rezeptor-assoziierten Signalproteine RhCTR1 und RhCTR2, Gene für die Transkriptionsfaktoren RhEIN3 und RhEIL sowie Gene für die ACC-Synthasen RhACS1 und RhACS2 wiesen jeweils ein Expressionsmuster auf, dass zwischen den getesteten Pflanzen und Geweben varriert, nicht aber mit der Ethylenempfindlichkeit der Pflanzen korreliert. RhETR1, RhETR2, RhETR3 und RhEIN3 wurden beispielsweise in "Vanille" stärker exprimiert als in "Lavender", jedoch nicht in allen untersuchten Geweben. Im Allgemeinen zeigt sich aber, dass die Nachkommenschaften mit verringerter Ethylenempfindlichkeit aber auch eine geringere Expression der Rezeptorgene im Vergleich zu den Nachkommen mit erhöhter Empfindlichkeit haben. Für die anderen 4 untersuchten Gene – RhETR4, RhACS3, RhACS4 und RhACS5 – konnte keine Expression nachgewiesen werden. Daher wurden die Gene RhETR3 und RhEIN3 kloniert, sequenziert und analysiert, um gezielt SNP-Marker zu finden. Auf diese Weise konnten drei SNP-Marker in partiellen DNA-Sequenzen der RhETR3-Allele und zwei SNP-Marker in RhEIN3-Allelen identifiziert und validiert werden. Obwohl die CAPS-Methode erfolgreich war und mehrere SNPs-Marker nachgewiesen werden konnten, ergab sich keine Beziehung zwischen den detektierten SNPs und einer Ethylenempfindlichkeit. Es wird daher vermutet, dass die untersuchten Gene nicht direkt mit der Empfindlichkeit der Pflanze gegenüber Ethylen in Zusammenhang stehen und andere Gene für die Variation der Ethylenempfindlichkeit verantwortlich sein könnten. Daraus kann gefolgert werden, dass die eigentliche Transkriptionsaktivität der getesteten Gene für eine Bestimmung der Ethylenempfindlichkeit in Miniaturrosen nicht entscheidend ist. Es scheint daher wahrscheinlich, dass die Transkription weiterer Gene aus der Ethylen-Signal-transduktion, der posttranskriptionellen bzw. posttranslationalen Regulation oder auch eine Überschneidung mit anderen Signaltransduktionswegen die eigentliche Empfindlichkeit von Miniaturrosen gegenüber Ethylen maßgeblich beeinflussen.