publ-mit-podpubl-mit-podWünsche, Jens NorbertHagemann, Michael Helmut2024-04-082024-04-082015-10-292015https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5959Compared to the typical high initial fruit set of mango (Mangifera indica L.), only a small share of those fruits reach harvest-maturity. This extensive fruitlet drop is a major yield-limiting factor, leading to substantial economic losses for mango growers world-wide. The numerous causes of fruitlet drop include infections with pests or diseases and unsuitable environmental or crop management conditions. Due to the high impact of fruitlet drop for mango production, the overall objective of this study was to further the understanding of the underlying mechanisms and to develop strategies for reducing fruitlet drop in mango. Different experimental approaches have been applied to reduce mango fruitlet drop, however, almost as numerous methods have been used for data interpretation, which makes the comparison of data between studies difficult. Therefore a model was developed for defining the timely pattern of fruitlet drop more generally, thus allowing inter-study comparisons of results. The model was tested and validated by monitoring the fruitlet drop in different management systems: traditional monocropping orchard versus 1) intercropping; 2) irrigation; and 3) plant growth regulator applications, respectively. The timely pattern of fruitlet drop was best described with a sigmoid function, which also formed the basis for defining the post-bloom, the midseason and the pre-harvest fruitlet drop stage. Results of the crop management evaluation show that intercropping of maize with mango has no detrimental effect on fruitlet drop. Irrigation resulted in approximately three times higher fruit retention compared with the non-irrigated control. A single application of 40 ppm 1 naphthaleneacetic acid at the end of the post-bloom drop stage resulted consistently in the highest fruit retention. The developed model permits for example the evaluation the treatment efficacies during midseason drop or yield forecasting at the beginning of the pre-harvest stage. It was suggested that especially during the midseason drop stage tree resources are limited, which results in inter-organ concurrence and subsequently induces fruitlet drop. This is supported by the current findings that during midseason drop mango trees show low rates of photosynthesis, which indicates drought stress. Such stress can induce ethylene-dependent fruitlet abscission. Therefore the ethylene releasing substance ethephon was used in order to study the onset and time-dependent course of fruitlet abscission. The results show that ethephon at a concentration of 7200 ppm (ET7200) is a reliable abscission inducer. The experiment was extended using ethephon at an additional concentration of 600 ppm (ET600). Both ethephon treatments reduced significantly the capacity of polar auxin transport (PAT) in the pedicel at 1 day after treatment (DAT) and thereafter compared to untreated pedicels. The transcript levels of the ethylene receptor genes MiETR1 and MiERS1 were significantly upregulated already at 1 DAT in the ET7200 while only at 2 DAT in the ET600 when compared to the control fruitlets. Specifically, a significant increase of MiETR1 in the pericarp at 2 DAT and of MiERS1 in the pedicel at 2 and 3 DAT was induced by ET600. In contrast, both genes were significantly upregulated in both tissues, except MiETR1 in the pedicel, at 1 DAT and thereafter by ET7200. The last parameter that significantly changed in response to the ethephon treatments was the concentration of sucrose in fruitlet pericarps, which was reduced at 2 DAT compared to control fruitlets. Based on these results, it is postulated that the ethephon-induced abscission process commences with a reduction of the PAT capacity in the pedicel, followed by an upregulation of ethylene receptors and finally a decrease of the sucrose concentration in the fruitlets. Ethylene receptors are key elements of abscission and other processes of the plants life cycle. Therefore the ethylene receptors were further studied at the molecular level in mango. Additionally to the previously known receptors MiETR1 and MiERS, two novel versions of the MiERS1 were identified in mango. These receptor genes, MiERS1m and MiERS1s, translate into truncated proteins with deletions of functional domains and show different expression patterns compared to MiERS1. The receptors were further studied through transient expression of fluorescent fusion proteins in the leaves of the model plant tobacco. All receptors are localized at the endoplasmic reticulum. Specific dimerization assays via bi-molecular fluorescence complementation indicate, that MiERS1m can dimerize with itself and with MiERS1, but not with MiETR1. In contrast, no dimerization of MiERS1s with the other receptors could be detected.Im Vergleich zum typischerweise hohen Fruchtansatz bei Mango (Mangifera indica L.) erreicht oft nur ein geringer Teil der Früchte die Erntereife. Dieser extensive Fruchtfall ist ein Hauptgrund für Ertragseinbußen und führt somit weltweit zu substantiellen ökonomischen Verlusten für Mangoanbauer. Die zahlreichen Ursachen des Fruchtfalls umfassen Schädlings – und Krankheitsbefall, ungeeignete Umweltbedingungen oder Kulturführungsmaßnahmen. Aufgrund der negativen Auswirkung des Fruchtfalls auf die Mangoproduktion ist das Ziel dieser Arbeit das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen zu erweitern und Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Zur Verminderung des Fruchtfalls sind bereits verschiedene Ansätze getestet worden, jedoch wurden auch ebenso viele Auswertungsmethoden genutzt, was den Vergleich verschiedener Studien erschwert. Daher wurde ein Modell entwickelt das den Zeitverlauf des Fruchtfalls allgemeingültig definiert und somit den Vergleich verschiedener Studien untereinander ermöglicht. Das Model wurde anhand des Fruchtfalls im Kontext verschiedener Kulturführungsmaßnahmen getestet und validiert, wobei traditionelle Monokulturplantagen jeweils mit 1) Mischkultur; 2) Bewässerung; und 3) Applikation von Wachstumsregulatoren verglichen wurde. Der zeitliche Verlauf des Fruchtfalls konnte am besten mit einer Sigmoidfunktion angenähert werden, worauf basierend der Nachblüte-, der mittelsaisonale und der Vorerntefruchtfall unterschieden wurde. Die Ergebnisse der Evaluation der Kulturführungsmaßnahmen zeigte, dass der Anbau von Mais und Mango als Mischkultur keine negativen Effekte auf den Fruchtfall bei Mango hat. Die Bewässerung führte zu einem dreimal höheren Fruchtbehang im Vergleich zur unbewässerten Kontrolle. Die Einzelbehandlung mit 40 ppm 1 Naphthylessigsäure am Ende des Nachblütefruchtfalls führte zu durchgängig höherem Behang. Das entwickelte Model erlaubt unter anderem eine frühe Abschätzung der Behandlungswirksamkeit oder fundierte Ernteprognosen. Die Ressourcen eines Baumes sind im Besonderen während des mittelsaisonalen Fruchtfalls limitiert, welches zur Konkurrenz zwischen den Pflanzenorganen führt und somit Fruchtfall induziert. Das Mangobäume während des mittelsaisonalen Fruchtfalls geringe Photosyntheseraten aufweisen die auf Trockenstress hindeuten, unterstützt diese Theorie. Da das Stresshormon Ethylen am Abszissionsprozess beteiligt ist, wurde die ethylenemittierende Substanz Ethephon genutzt um den zeitlichen Verlauf der Abszission zu studieren. Dabei zeigte sich, dass eine Behandlung mit 7200 ppm Ethephon (ET7200) zuverlässig die Fruchtabszission bei Mango induziert. Das Experiment wurde um eine zusätzliche Ethephonkonzentration von 600 ppm (ET600) erweitert. Im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle war die polare Auxin-transportkapazität (PAT) des Pedizels infolge beider Ethephonbehandlungen bereits am Tag 1 nach Behandlung und an den Folgetagen signifikant reduziert. ET7200 führte im Vergleich zur Kontrolle bereits am Tag 1 nach Behandlung zur Hochregulierung der Transkriptlevel der Ethylenrezeptorgene MiETR1 und MiERS1, wobei dies durch ET600 erst am Tag 2 nach Behandlung erreicht wurde. ET600 induzierte einen signifikanten Anstieg der Rezeptoren MiETR1 im Perikarp am Tag 2 nach Behandlung und MiERS1 im Pedizel am Tag 2 und 3 nach Behandlung. Im Gegensatz dazu waren, abgesehen von MiETR1 im Pedizel, in Folge von ET7200 ab Tag 1 nach Behandlung beide Gene in beiden Geweben signifikant hochreguliert. Der Effekt von Ethephon war als letztes anhand der Saccharosekonzentration im Perikarp messbar, welche im Vergleich zur Kontrolle am Tag 2 nach Behandlung signifikant reduziert war. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde postuliert, dass eine durch Ethephon induzierte Abszission mit der Reduzierung des PAT im Pedizel beginnt, gefolgt von der Hochregulierung der Ethylenrezeptoren und letztlich der Reduktion von Saccharose in den Früchten. Ethylenrezeptoren sind Schlüsselelemente der Abszission und anderer Prozessen des Lebenszyklus der Pflanzen. Daher wurden diese Rezeptoren bei Mango tiefgehender auf molekularer Ebene untersucht. Zusätzlich zu den zuvor bekannten Rezeptoren MiETR1 und MiERS, konnten zwei neue Versionen des MiERS1 bei Mango identifiziert werden. Im Vergleich zu MiERS1, weisen diese Gene, MiERS1m und MiERS1s, andere Expressionsmuster auf und kodieren für Proteine denen bestimmte funktionale Domänen des MiERS1 fehlen. Die Rezeptoren wurden mittels transienter Expression von Fluoreszenzfusionsproteinen in der Modellpflanze Tabak untersucht. Alle Rezeptoren konnten am endoplasmatischen Retikulum lokalisiert werden. Experimente mit bi-molekularer Fluoreszenzkomplementierung zeigten, dass der MiERS1 mit sich selbst und mit dem MiERS1, aber nicht mit dem MiETR1 dimerisieren kann. Beim MiERS1s hingegen, wurde keine Dimerisation mit anderen Rezeptoren detektiert.engFruit retentionEthylene receptorDimerisationMiERS1Polar auxin transportFruchtretentionEthylenrezeptorDimerisierungPolarer Auxintransport630EthylenTranskriptionAuxineMangoPflanzenproduktionDoctoralThesis448949253urn:nbn:de:bsz:100-opus-11503