University of Oulu

Adaptation to northern conditions at flowering time genes in Arabidopsis lyrata and Arabidopsis thaliana

Saved in:
Author: Niittyvuopio, Anne1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514293528
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-01-18
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Science of the University of Oulu for public defence in Keckmaninsali (Auditorium HU106), Linnanmaa, on 28 January 2011, at 12 noon
Tutor: Professor Outi Savolainen
Doctor Helmi Kuittinen
Reviewer: Professor Jaakko Kangasjärvi
Professor Pekka Pamilo
Description:

Abstract

The timing growth and reproduction are critical to the fitness of plants and animals. The timing also has an important role in local adaptation. Locally adapted plants may have different responses to photoperiod and other environmental cues and genes or alleles behind underlying differences may differ between populations. The molecular genetics and physiology of flowering of the plant molecular biology model organism Arabidopsis thaliana is being intensively studied, and this offers a good opportunity to study the genetic basis of flowering time variation in related non-model species. The closely related perennial species Arabidopsis lyrata provides an interesting comparison to A. thaliana because of its different ecology, mating system and life history.

The influence of sampling designs on clustering methods was analyzed using simulations and microsatellite data in the selfing A. thaliana. It was found that sample size has a large effect on the resulting number of clusters and sampling too few individuals per locality could lead to a severe underestimation of the real number of subpopulations.

Patterns of sequence variation in flowering time genes and association between polymorphisms at FRI (and FLC) and flowering time was studied in A. thaliana and in A. lyrata to find out whether the genes were responsible for flowering time differences between and within natural populations. In A. thaliana there was no significant association between polymorphisms at FLC and FRI and flowering time. In A. lyrata the FRI gene was polymorphic for an indel associated with flowering time variation within two Northern European populations, suggesting that the indel (or a linked polymorphism) was involved in flowering time variation. However, FRI did not explain the flowering time differences between A. lyrata populations, and other loci must be involved.

Patterns of diversity and divergence at flowering time related loci were compared against a set of random reference loci to examine the roles of selection and demography. Sequence variation in the studied A. lyrata populations departed from the standard neutral equilibrium model and it has been influenced by recent historical events, most likely bottlenecks. The level of silent and synonymous polymorphisms in flowering time genes was highly reduced and this can be likely explained by selective sweeps at flowering time genes.

see all

Tiivistelmä

Kasveilla kukkimisen ajoittaminen suotuisaan ajankohtaan on hyvin tärkeää suvullisen lisääntymisen kannalta. Kukkimisen oikealla ajoituksella on myös tärkeä rooli kasvien sopeutumisessa paikallisiin olosuhteisiin. Kukkimisaikamuunteluun vaikuttavat useimmiten lukuisat geenit sekä ympäristötekijät, jotka voivat vaihdella alueellisesti ja populaatioiden välillä. Vaikka kukkimiseen ja kukkimisaikaan vaikuttavia tekijöitä tunnetaan jo hyvin, luonnonpopulaatioiden muuntelun ja paikallisen sopeutumisen geneettinen tausta on huonommin tunnettu.

Väitöstutkimus keskittyy Arabidopsis-populaatioiden paikalliseen sopeutumiseen tarkastelemalla kukkimisajan muuntelua ja siihen vaikuttavia geeneettisiä tekijöitä. Tutkimuksessa käytetyt geneettiset aineistot perustuvat osin neutraaleihin merkkigeeneihin (mikrosatelliittimuunteluun), ja osin sekvenssien nukleotidimuunteluun.

Väitöstutkimuksessa on simulointien avulla selvitetty populaatiosta analysoitavien yksilöiden lukumäärän merkitystä populaatiorakenteen selvittämisessä itsesiittoisella lituruoholla (Arabidopsis thaliana). Tulosten mukaan on hyvä analysoida useampia yksilöitä paikallisista populaatioista, sillä liian pienet otoskoot voivat johtaa ryhmien määrän aliarvioimiseen.

Koalesenssisimulaatiot osoittavat idänpitkäpalon (Arabidopsis lyrata) populaatioiden poikkeavan tasapainotilasta ja populaatioissa tapahtuneen populaatiokoon muutoksia (ns. pullonkaulailmiö). Tutkimuksessa havaittiin sekvenssimuuntelun olevan alhaisempaa kukkimisaikageeneissä kuin referenssigeeneissä todennäköisesti positiivisen valinnan vaikutuksesta. Tutkimuksessa todettiin, että FRI geenissä tapahtuneet mutaatiot ovat kahdessa tutkitussa lajissa erilaisia luonteeltaan, mutta geenillä on kuitenkin samanlainen rooli kukkimisajan määräämisessä. Assosiaatiokokeissa lituruoholla ei Pohjois-Euroopan populaatioissa löydetty merkitsevää assosiaatiota FRI geenin ja kukkimisajan välillä, kun puolestaa idänpitkäpalolla FRI vaikutti kukkimisaikamuunteluun kahdessa pohjoisessa populaatiossa.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-951-42-9352-8
ISBN Print: 978-951-42-9351-1
Issue: 567
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.