Direct evidence for models of heterosis provided by mutants of Arabidopsis blocked in the thiamine pathway

Abstract

Auxotrophic mutants genetically blocked at different steps of the thiamine pathway dramatically demonstrate the biochemical mechanism of hybrid vigor due to simple and perfect dominance at two unlinked loci. Heteroallelic hybrids of mutants requiring the pyrimidine moiety of thiamine display allelic complementation and thus furnish clear biochemical and genetic evidence for the superdominance hypothesis. Hybrids of low- and high-temperature-requiring leaky mutants demonstrate that heterozygosity at a single gene locus may confer developmental homeostasis on the heteroallelic combinations superior to that of the homoallelic parents. The results of this study on the autogamous plant, Arabidopsis, and of recent reports on the outbreeding species, Drosophila, render untenable the generalization that high versus low temperature dependent heterosis is determined by the breeding system.ZUSAMMENFASSUNG: Auxotrophe Arabidopsis-Mutanten, bei denen verschiedene Schritte der Thiaminsynthese genetisch blockiert sind, lassen deutlich den biochemischen Mechanismus der Heterosis erkennen, der auf einfacher und völliger Dominanz in zwei ungekoppelten Loci beruht. Heteroallele Hybriden von Mutanten, die den Pyrimidinanteil des Thiamins benötigen, zeigen allele Komplementation und liefern damit den klaren biochemischen und genetischen Beweis für die Superdominanz-Hypothese. Hybriden von leaky-Mutanten, die einen niedrigen bzw. hohen Temperaturbedarf haben, zeigen, daß Heterozygotie in einem einzelnen Genlocus den heteroallelen Kombinationen eine Entwicklungshomeostasie verleihen kann, die größer als die der homoallelen Eltern ist. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen an der autogamen Pflanze Arabidopsis und neuere Ergebnisse bei Drosophila lassen die Verallgemeinerung, daß die Art der Temperaturabhängigkeit der Heterosis durch das Zuchtsystem bestimmt wird, nicht zu.