SPO11 Dependent Initiation of Meiotic Double Strand Breaks in Arabidopsis Thaliana
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Thorben Sprink Institut für die Sicherheit biotechnologischer Verfahren bei Pfl anzen SPO11 dependent initiation of meiotic double strand breaks in Arabidopsis thaliana Dissertationen aus dem Julius Kühn-Institut Julius Kühn-Institut Bundesforschungsinstitut für Kulturpfl anzen Kontakt/Contact: Thorben Sprink Julius Kühn-Institut Federal Research Centre for Cultivated Plants Institute for Biosafety in Plant Biotechnology Erwin-Baur-Str. 27 D-06484-Quedlinburg Germany Die Schriftenreihe ,,Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut" veröffentlicht Doktorarbeiten, die in enger Zusammenarbeit mit Universitäten an lnstituten des Julius Kühn-lnstituts entstanden sind The publication series „Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut" publishes doctoral dissertations originating from research doctorates completed at the Julius Kühn-Institut (JKI) either in close collaboration with universities or as an outstanding independent work in the JKI research fields. Der Vertrieb dieser Monographien erfolgt über den Buchhandel (Nachweis im Verzeichnis lieferbarer Bücher - VLB) und OPEN ACCESS im lnternetangebot www.jki.bund.de Bereich Veröffentlichungen. The monographs are distributed through the book trade (listed in German Books in Print - VLB) and OPEN ACCESS through the JKI website www.jki.bund.de (see Publications) Wir unterstützen den offenen Zugang zu wissenschaftlichem Wissen. Die Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut erscheinen daher OPEN ACCESS. Alle Ausgaben stehen kostenfrei im lnternet zur Verfügung: http://www.jki.bund.de Bereich Veröffentlichungen We advocate open access to scientific knowledge. Dissertations from the Julius Kühn-lnstitut are therefore published open access. All issues are available free of charge under http://www.jki.bund.de (see Publications). Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation In der Deutschen Nationalbibliografie: detaillierte bibliografische Daten sind im lnternet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Bibliographic information published by the Deutsche Nationalbibliothek (German National Library) The Deutsche Nationalbibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie; detailed bibliographic data are available in the Internet at http://dnb.dnb.de. ISBN 978-3-95547-023-4 DOI 10.5073/dissjki.2015.006 Herausgeber l Editor Julius Kühn-lnstitut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Quedlinburg, Deutschland Julius Kühn-lnstitut, Federal Research Centre for Cultivated Plants, Quedlinburg, Germany © Julius Kühn-lnstitut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen sowie der genannten Universität, 2015. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersendung, des Nachdrucks, des Vortrages, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Thorben Sprink Institut für die Sicherheit biotechnologischer Verfahren bei Pfl anzen SPO11 dependent initiation of meiotic double strand breaks in Arabidopsis thaliana Kontakt/Contact: Thorben Sprink Julius Kühn-Institut Federal Research Centre for Cultivated Plants Institute for Biosafety in Plant Biotechnology Erwin-Baur-Str. 27 D-06484-Quedlinburg Germany Die Schriftenreihe ,,Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut" veröffentlicht Doktorarbeiten, die in enger Zusammenarbeit mit Universitäten an lnstituten des Julius Kühn-lnstituts entstanden sind The publication series „Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut" publishes doctoral dissertations originating from research doctorates completed at the Julius Kühn-Institut (JKI) either in close collaboration with universities or as an outstanding independent work in the JKI research fields. Der Vertrieb dieser Monographien erfolgt über den Buchhandel (Nachweis im Verzeichnis lieferbarer Bücher - VLB) und OPEN ACCESS im lnternetangebot www.jki.bund.de Bereich Veröffentlichungen. The monographs are distributed through the book trade (listed in German Books in Print - VLB) and OPEN ACCESS through the JKI website www.jki.bund.de (see Publications) Wir unterstützen den offenen Zugang zu wissenschaftlichem Wissen. Die Dissertationen aus dem Julius Kühn-lnstitut erscheinen daher OPEN ACCESS. Alle Ausgaben stehen kostenfrei im lnternet zur Verfügung: http://www.jki.bund.de Bereich Veröffentlichungen We advocate open access to scientific knowledge. Dissertations from the Julius Kühn-lnstitut are therefore published open access. All issues are available free of charge under http://www.jki.bund.de (see Publications). Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation In der Deutschen Nationalbibliografie: detaillierte bibliografische Daten sind im lnternet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Bibliographic information published by the Deutsche Nationalbibliothek (German National Library) The Deutsche Nationalbibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie; detailed bibliographic data are available in the Internet at http://dnb.dnb.de. ISBN 978-3-95547-023-4 DOI 10.5073/dissjki.2015.006 Herausgeber l Editor Julius Kühn-lnstitut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Quedlinburg, Deutschland Julius Kühn-lnstitut, Federal Research Centre for Cultivated Plants, Quedlinburg, Germany © Julius Kühn-lnstitut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen sowie der genannten Universität, 2015. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersendung, des Nachdrucks, des Vortrages, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. SPO11 dependent initiation of meiotic double strand breaks in Arabidopsis thaliana Von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover zur Erlangung des Grades Doktor der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigte Dissertation von Thorben Sprink, M.Sc. geboren am 26.06.1988 in Salzkotten Referent: Prof. Dr. rer. nat. Thomas Debener Korreferent: Prof. Dr. rer. nat. Holger Puchta Tag der Promotion: 29.05.2015 This cumulative thesis comprises the following publications: Sprink, T., and Hartung, F. (2014). The splicing fate of plant SPO11 genes. Frontiers in Plant Science 5. Sprink, T., Metje, J., and Hartung, F. (2015). Plant genome editing by novel tools: TALEN and other sequence specific nucleases. Current Opinion in Biotechnology 32, 47-53. Sprink, T., and Hartung, F. (2015). The meiotic functions of SPO11-1 and -2 in Arabidopsis thaliana are sequence and to a certain extent species specific. “Science moves with the spirit of an adventure characterized both by youthful arrogance and by the belief that the truth, once found would be simple as well as pretty.” James D. Watson Table of contents Abbreviations ...................................................................................................................................... - 3 - Table of Figures ................................................................................................................................... - 4 - Abstract: .............................................................................................................................................. - 5 - Zusammenfassung: .............................................................................................................................. - 6 - Schlagwörter: ...................................................................................................................................... - 7 - Keywords: ............................................................................................................................................ - 7 - Introduction: ........................................................................................................................................ - 8 - Double strand break induction and repair during meiosis .............................................................. - 9 - The synaptonemal complex .......................................................................................................... - 14 - The evolution and function of SPO11 ........................................................................................... - 14 - Marking the break, proteins suitable for marking of double strand breaks ................................. - 15 - Aims of this work: .............................................................................................................................. - 18 - Results and discussion: ...................................................................................................................... - 20 - The function of SPO11-1 and SPO11-2 is sequence and to a certain extent species specific ....... - 20 - The splicing landscape of SPO11 is diverse and shows species and sequence specific features .. - 21 - SPO11-2 is located on the chromosome during leptotene and early zygotene ........................... - 24 - Co-localization of SPO11-1 and SPO11-2 ...................................................................................... - 27 - Western blot analysis of SPO11-2 ................................................................................................. - 29 - Production