IPK-Forschungsteam entdeckt Mechanismus der Ährenentwicklung bei Gerste

27.05.2024

Die Architektur der Blütenstände von Kulturpflanzen wie Gerste wird in erster Linie durch die Aktivität und das Schicksal der Meristeme gesteuert, die eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Anzahl der Blütenstrukturen für die Getreideproduktion spielen. Ährchen sind die grundlegende reproduktive Einheit von Grasblütenständen. Die Identität und Bestimmtheit vieler Grasmeristeme wird teilweise durch eine Gruppe von Genen bestimmt, die speziell an den Organgrenzen exprimiert werden und lokale Signalzentren bilden können, die das Schicksal und die Aktivität benachbarter Meristeme regulieren.

Diese Gene sind für die Bildung und Erhaltung von Organen entscheidend. Proteine regulieren verschiedene Zellidentitäten, die Initiierung des axillären Meristems und die ordnungsgemäße Entwicklung der benachbarten Organe und Gewebe.

In dieser Studie charakterisierte das Forscherteam eine Gersten-Ährchenentwicklungsmutante, extra floret-a(flo.a). flo.a produzierte überzählige Ährchen und verschmolzene Hüllspelzen aufgrund einer fehlerhaften Etablierung von Organgrenzen, die Meristeme von sich entwickelnden Organen, wie dem Blütenstandsmeristem und den sich entwickelnden Ährchenprimordien, trennen.

Das Gen HvALOG1 spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Blütenstandsarchitektur der Gerste. Einerseits ist das an der Grenze lokalisierte Protein mit Signalen verbunden, die eine ordnungsgemäße Entwicklung des Ährchenmeristems ermöglichen (d. h. nicht zellautonom), andererseits kontrolliert es die Grenzbildung zwischen den Blütenorganen (autonom). "Wir zeigen, dass Mutationen in HvALOG1 zur Bildung zusätzlicher Ährchen führen und mit der Verschmelzung von Blütenorganen verbunden sind, die aus einer unsachgemäßen Grenzbildung resultieren", sagt Guojing Jiang, Erstautor der Studie.

"Unsere Studie bietet neue Einblicke in die Funktion von Mitgliedern der ALOG-Familie bei der Regulierung der Meristemaktivität und der Blütenstandsentwicklung in Gerste", sagt Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch. "Diese Erkenntnisse können zu unserem Verständnis der molekularen Mechanismen beitragen, die der Blütenstandsentwicklung zugrunde liegen, und sie könnten Auswirkungen auf die Verbesserung von Kulturpflanzen haben."

Die Identifizierung des Weizengens ALOG-1 und seine Funktion während der Ährchenentwicklung wurde in dem gemeinsam veröffentlichten Artikel von Gauley et al. beschrieben, die zeigen, dass ALOG-1 bei Weizen nicht im Ährchenmeristem exprimiert wird, aber in der Mutante zusätzliche Ährchen produziert, was mit dem bei Gerste gefundenen Effekt übereinstimmt. "Unsere gemeinsamen Ergebnisse zeigen einen wichtigen und konservierten Mechanismus von ALOG1 bei der Spezifizierung der Determiniertheit des Ährchenmeristems und der Aufrechterhaltung des charakteristischen ährenartigen Blütenstandes von Getreide in Triticeae-Gräsern", sagt Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch.

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Originalveröffentlichung

Guojing Jiang, Ravi Koppolu, Twan Rutten, Goetz Hensel, Udda Lundqvist, Yudelsy Antonia Tandron Moya, Yongyu Huang, Jeyaraman Rajaraman, Naser Poursarebani, Nicolaus von Wirén, Jochen Kumlehn, Martin Mascher, Thorsten Schnurbusch; "Non-cell-autonomous signaling associated with barley ALOG1 specifies spikelet meristem determinacy"; Current Biology

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