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Investigating transposon silencing mechanisms in duckweeds (Lemnaceae)
Daniel Buendía Ávila
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswissenschaften): Molekulare Biologie
Betreuer*in
Arturo Mari-Ordonez
DOI
10.25365/thesis.81849
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21736.55737.708753-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Transposable Elemente (TEs) sind wesentliche Bestandteile pflanzlicher Genome. Obwohl ihre Stilllegung auf weitgehend konservierten epigenetischen Mechanismen beruht, darunter DNA-Methylierung, Histonmodifikationen und kleine-RNA-Signalwege, variieren das Ausmaß, die genomische Zielausrichtung und der relative Einsatz dieser Mechanismen innerhalb der Pflanzenstämme erheblich. Die Ursachen dieser Variation zu entwirren, bleibt eine Herausforderung, da epigenetische Landschaften durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen TE-Belastung, Genomarchitektur, Fortpflanzungsstrategie und der Zusammensetzung der Silencing-Signalwege geprägtsind. Wasserlinsen (Lemnaceae) bieten ein leistungsfähiges Vergleichssystem, um dieses Problem anzugehen: Sie decken ein breites Spektrum an Genomgrößen ab, die sich vor allem im TE-Gehalt unterscheiden, verfügen jedoch über ein weitgehend ähnliches TE-Silencing-Instrumentarium, während sie sich überwiegend klonal vermehren. Diese Arbeit untersucht diese Unterschiede bei zwei Arten: der TE-armen Spirodela polyrhiza und der TE-reichen Wol[ia brasiliensis. Bei S. polyrhiza ist die TE-Silenzierung hochselektiv: Die meisten TEs weisen wenig oder keine DNA-Methylierung auf, während lange, potenziell intakte TEs eine hohe DNA-Methylierung, H3K9me2 und 24-nt-siRNAs beibehalten. Im Gegensatz dazu weisen degenerierte TE-Fragmente weitgehend keine DNA-Methylierung und kein H3K9me2 auf, bleiben jedoch mit H3K9me1 assoziiert, was eine Entkopplung zwischen Heterochromatin und DNA-methylierungsbasierter Silenzierung o[enbart. Bei Wolffia brasiliensis zeigen sich eine umfangreiche und jüngere TE-Proliferation, eine weitverbreitete Interspersion von TE-Genen, eine erhöhte globale CG-Methylierung sowie reichlich vorhandene, von TEs abgeleitete 22-nt- und 24-nt-siRNAs. Die Länge der TEs und ihre Nähe zu Genen beeinflussen die Produktion kleiner RNAs stark, und 24-nt-siRNA-produzierende TEs weisen bevorzugt eine Nicht-CG-Methylierung auf, was auf eine selektive Aktivierung von RdDM hindeutet. Intragenische TEs hingegen erwerben, obwohl sie häufig siRNAs produzieren, keine stabile Nicht-CG-Methylierung, sondern sind stattdessen mit einer CG-Methylierung im Genkörper assoziiert, die über das TE selbst hinausreicht. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die TE-Silenzierung in Wasserlinsen plastisch ist und stark von der TE-Häufigkeit, der strukturellen Integrität und dem genomischen Kontext geprägt wird, was Wasserlinsen als wertvolles System für die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen TE-Proliferation und klonaler Reproduktion bei der Steuerung der Genom- und Epigenom-Evolution hervorhebt.
Abstract
(Englisch)
Transposable elements (TEs) are major components of plant genomes. Although their silencing relies on broadly conserved epigenetic mechanisms, including DNA methylation, histone modifications, and small-RNA pathways, the extent, genomic targeting, and relative deployment of these mechanisms vary considerably across plant lineages. Disentangling the causes of this variation remains challenging, as epigenetic landscapes are shaped by a complex interplay between TE load, genome architecture, reproductive strategy, and the composition of silencing pathways. Duckweeds (Lemnaceae) offer a powerful comparative system to address this problem: they span a wide range of genome sizes differing primarily in TE content, yet retain a largely similar TE silencing toolkit while reproducing predominantly clonally. This thesis investigates these differences in two species: the TE-poor Spirodela polyrhiza and the TE-rich Wolffia brasiliensis. In S. polyrhiza, TE silencing is highly selective: most TEs display little or no DNA methylation, whereas long, potentially intact TEs retain high DNA methylation, H3K9me2, and 24-nt siRNAs. In contrast, degenerated TE fragments largely lack DNA methylation and H3K9me2 but remain associated with H3K9me1, revealing a decoupling between heterochromatin and DNA methylation-based silencing. Wolffia brasiliensis exhibits extensive and recent TE proliferation, pervasive TE-gene interspersion, elevated global CG methylation and abundant TE-derived 22-nt and 24-nt siRNAs. TE length and proximity to genes strongly influence small-RNA production, and 24-nt siRNA-producing TEs preferentially acquire non-CG methylation, indicating selective engagement of RdDM. However, intragenic TEs, although frequently producing siRNAs, do not acquire stable non-CG methylation and are instead associated with gene-body CG methylation extending beyond the TE itself. Together, these findings show that TE silencing in duckweeds is plastic and strongly shaped by TE abundance, structural integrity, and genomic context, highlighting duckweeds as a valuable system for studying how TE proliferation and clonal reproduction interact to drive genome and epigenome evolution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Transposon DNA-Methylierung Wasserlinsen Kleine RNA Silenzierung Unsexuelle Fortpflanzung
Schlagwörter
(Englisch)
Transposon DNA methylation Duckweeds Small RNA Silencing Asexual reproduction
Autor*innen
Daniel Buendía Ávila 
Haupttitel (Englisch)
Investigating transposon silencing mechanisms in duckweeds (Lemnaceae)
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung der Mechanismen der Transposon-Silenzierung bei Wasserlinsen (Lemnaceae)
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
257 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Alejandro Raul Burga-Ramos ,
Leandro Quadrana
AC Nummer
AC18007937
Utheses ID
81245
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |