Ein besseres Verständnis der molekularen und physiologischen Vorgänge zur Ährchenfertilität der Gerste (Hordeum vulgare L.)

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Schnurbusch
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251169880

Dieser Forschungsantrag beschäftigt sich mit der molekularen Aufklärung der Ährchenfertilität bei Gerste. Er besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: der erste Teil beschäftigt sich mit der molekularen Analyse einer Entwicklungmutante, sechszeilige-Ähre2 (vrs2); wohingegen sich der zweite Teil des Antrags mit der molekularen und physiologischen Charakterisierung sog. Down-stream Gene von Vrs4 beschäftigt.1) Durch genetische Kartierung konnten wir eine vrs2-Kandidatenregion auf Chromosom 5H lokalisieren, die nur zwei Genmodelle in der physikalischen Karte des Gerstegenoms hervorsagt. Für den vrs2-Lokus ist allerdings bisher nur ein einziges Allel bekannt (vrs2.e), was die Analysen dieses Lokus erschwert. Aus diesem Grund schlagen wir hier vor, neue vrs2-Allele über genetische als auch molekulare Ansätze zu erzeugen. Mögliche neue vrs2-Allele könnten (I) durch SANGER-Sequenzierung von sog. intermedium-Gersten (H. vulgare convar. intermedium), und durch (II) TILLING-Analysen der zwei Kandidatengene gefunden werden. (III) Potenziell neue Allele sollen dann auf Allelie mit der bekannten vrs2.e-Mutante getestet werden. (IV) Desweiteren sollen auch transgene Ansätze zum Einsatz kommen. Einerseits als Komplementationstest der vrs2.e-Mutante durch ein Wild-typ Allel, als auch durch die Erzeugung neuer Mutanten mittels TALEN-Technologie. (V) Schließlich sollen sowohl vrs2.e- als auch mögliche neuentdeckte vrs2-Mutanten mit Hilfe von hormonellem und metabolischem Profiling analysiert werden, um funktionale Verbindungen zu den beiden Kandidatengenen zu identifizieren.2) In unserer kürzlich veröffentlichten Studie (Koppolu et al. 2013)* konnten wir zeigen, dass das Gen Vrs4 die Transkripte der Gene des Trehalose-Biosynthese Wegs reguliert. Trehalose-6-Phosphat (T6P) scheint die Anzahl der gebildeten Mersiteme zu kontrolieren und wird als Signalmetabolit zur Regulation von Wachstums- und Entwicklungsprozessen in Bezug auf Kohlenstoffverfügbarkeit angesehen. T6P-Gehalte werden durch Homologe der sog. Trehalose-6-Phosphat Synthasen (TPS) sowie Trehalose-6-Phosphat Phosphatasen bestimmt. In diesem Forschungsantrag möchten wir diese beiden Enzymklassen hinsichtlich ihres Vorkommens in Gerste-Infloreszensen näher funktionell charakterisieren und dabei ihre phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse, Kopienanzahl, Gewebespezifität, mRNA Expressionsmuster sowie katalytische Aktivität aufklären.Diese Studie hat zum Ziel tiefere molekulare, genetische und physiologische Einsichten in die Ährchen- und Blütchenfertilität bei Gerste aufzuzeigen, um in Zukunft verbesserte Getreidesorten zu züchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen