English Title: Influence of Nitrate on the Flower Induction of Arabidopsis thaliana (L.) Heyn

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Abstract

Auswirkungen von Nitrat auf die Blühinduktion von Arabidopsis thaliana (L.) Heyn. Zusammenfassung Nitrat spielt eine wichtige Rolle in der pflanzlichen Entwicklung und beeinflußt maßgeblich die Biomasseallokation, das Sproß/Wurzel-Verhältnis und Enzymaktivitäten aus dem Kohlenstoff- und Nitratassimilationsmetabolismus. Aufgrund dieser Faktoren ist auch eine maßgebliche Rolle bei der Blühinduktion von Arabidopsis thaliana zu vermuten. Bei der Blühinduktion spielen mehrere Signalwege zusammen, die zum einen verschiedene Faktoren aus der Umgebung wie Tageslänge oder Temperatur registrieren. Aber auch interne Stoffe wie Gibberrelline oder auch Kohlenhydrate haben durch ihre Verfügbarkeit einen Einfluß auf die Blühinduktion. In der vorliegenden Arbeit hat sich gezeigt, daß es mit zunehmender externer Nitratversorgung zu einer Verzögerung der Blühinduktion kommt, dies hat sich bei verschiedenen frühblühenden Wildtypen gezeigt. Diese Reaktion wird durch die Länge der Photoperiode moduliert, je kürzer die Photoperiode, desto stärker zeigt sich der Nitrateinfluß auf die Blühinduktion. Der interne Nitratgehalt wird dabei fast ausschließlich vom externen Nitratangebot gesteuert, nur sehr kurze Photoperioden von 8 h Licht führen zu einer allgemeinen Absenkung der internen Nitratspiegel. Die Aminosäuren hingegen reagieren hauptsächlich auf die Tageslänge und kaum auf das externe Nitratangebot, die Kohlenhydrate werden von beiden Faktoren beeinflußt. Es hat sich erwiesen, daß die getesteten Mutanten, tfl1 als Blührepressor, , fwa und fd als Mutanten aus dem Photoperiodengesteuerten Signalweg, fve und fy aus dem autonomen Signalweg und lfy als Vertreter der „floral meristem identy“-Gene. keine veränderte Blühinduktion infolge ansteigender Nitratkonzentrationen zeigten, sie reagieren wie der Wildtyp mit verzögerter Blühinduktion bei ansteigenden Nitratkonzentrationen. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben auch gezeigt, dass ANR1, ein MADS-Box-Transkriptionsfaktor, der an der Kontrolle der Wurzelarchitektur durch Nitrat beteiligt ist, nicht beteiligt ist an der Regulation der Blühinduktion durch Nitrat. Aus versuchstechnischer Hinsicht hat sich Glutamin als gute Ersatz-N-Quelle erwiesen, die kaum einen Einfluß auf Biomasse oder wichtige Inhaltsstoffe wie Nitratspiegel oder Kohlenhydrate zeigt. Damit ist möglich, auch bei niedrigen Nitratkonzentrationen die Signalwirkung von Nitrat zu beobachten, ohne das dieses als N-Quelle verbraucht wird. Glutamin und die sich daraus ergebenden Veränderungen in den nachfolgenden Aminosäuren hatten keinen sichtbaren Effekt auf den zeitlichen Verlauf der Blühinduktion.

Translation of abstract (English)

Influence of Nitrate on flower induction in Arabidopsis thaliana (L.) Heyn. Nitrate plays an important role in plant development and has great influence on biomass allocation, shoot/root-relationship and on enzyme activities in carbohydrate and nitrate assimilation metabolism. Because of these factors one can also estimate an important role in the flower induction of Arabidopsis thaliana. During flower induction several signal pathways act together, which perceive different environmental factors as day length or temperature. But also internal substances as the gibberellins or carbohydrates influence flower induction through their availability. This work has shown, that increasing external nitrate supply leads to a delay of flower induction, this has been shown for several early flowering wild types. The reaction gets modulated through the length of the photoperiod, the shorter the photoperiod, the stronger the influence of nitrate on flower induction. The internal nitrate level is thereby nearly exclusively driven by the external nitrate supply, only very short photoperiods of 8 hours lead to general decrease of the internal nitrate levels. On the other side amino acids react rather to the daylength, but not to the external nitrate supply, carbohydrates get influenced by both factors. It has been shown, that the tested mutants – tfl1 as flower repressor , fwa and fd from the photoperiodic signal pathway, fve and fy from the autonoumos pathway and lfy as a floral meristem identy gen do not show a changed picture in flower induction, they also react with a delay of flower induction with increasing external nitrate supply as the wildtype does. This work has also shown, that ANR1, a MADS-Bos-transcriptionsfactor, which is involved in the control of the root architecture through nitrate, does not play part in the regulation of flower induction through nitrate. From the experimental side glutamine has been proven to be a good N-source, which has nearly no effect on biomass or important metabolite levels as nitrate or carbohydrate levels. It is therefore possible to look at the signal effect of nitrate even with low nitrate levels without nitrate being used up as a N-source. Glutamine and resulting changes in the following amino acids had no visible effect on the lapse of flower induction.