Bedeutung von Oligofruktanen für die Herausbildung und Füllung des Endosperms in Getreide

• Antragstellerin: Dr. Manuela Peukert
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279623785

Während seiner Entwicklung durchläuft das Getreidekorn erhebliche strukturelle und physiologische Veränderungen. Diese äußern sich in der gleichzeitig stattfindenden Neubildung und Degeneration von Geweben sowie der Biosynthese von Speicherstoffen (Stärke, Proteine und Lipide). Die zeitliche Abfolge dieser Entwicklungsvorgänge korreliert mit spezifischen Verteilungsmustern bestimmter Metaboliten im Korn. Unter anderem zeigen unterschiedliche Fruktantypen eine zeitlich und räumlich regulierte Akkumulierung, die auf entwicklungsabhängige Funktionen im Korngewebe hindeutet. Vor Beginn der Stärkespeichersynthese werden Fruktane des Levan- und Graminantyps im Endosperm synthetisiert. Möglicherweise werden die Fruktane zu diesem Zeitpunkt gebildet, um eine Akkumulierung von Saccharose zu begrenzen und damit eine durch Saccharose induzierte, ansonsten verfrühte Ausdifferenzierung von Speicherzellen noch vor Abschluss aller Zellteilungsvorgänge im Endosperm zu verhindern. Während der Speicherphase werden dann Fruktane des Inulintyps in der nucellaren Projektion synthetisiert. Dieser Fruktantyp akkumuliert auch in den endospermalen Transferzellen und in der Kaverne. Möglicherweise tragen Inuline als Antioxidantien in transportaktiven Geweben zur Aufrechterhaltung des Assimilattransports bei.Mit dem beantragten Projekt soll die physiologische und regulatorische Rolle des Fruktanmetabolismus im Korn untersucht werden. Die Abhängigkeit der Kornentwicklung von einzelnen Fruktantypen soll mit Hilfe der Erzeugung transgener RNAi- und CRISPR-Gerstenlinien, in denen die Biosynthese einzelner Fruktantypen spezifisch inhibiert wird, erfasst werden. Es wird angenommen, dass eine endospermspezifische Reduzierung von Fruktanen durch knock-down des Enzyms Saccharose:Fructan 6-Fructosyltransferase (6-SFT) zu einer verminderten Zellproliferation während der Vorspeicherphase und damit zu einem geringeren Korngewicht führt. Eine unterdrückte Akkumulierung von Fruktanen des Inulintyps in den Transfergeweben durch knock-out der Saccharose:Saccharose 1-Fructosyltransferase (1-SST) würde zu erhöhtem oxidativen Stress führen und erwartungsgemäß den Import von Assimilaten ins Endosperm negativ beeinflussen. Ein solcher verminderter Assimilatimport wiederum hätte eine Verminderung des Korngewichts und der Kornqualität zur Folge. Der genetische Ansatz dieser Studie soll ergänzt werden durch die Untersuchung der subzellulären Verteilung von Inulintyp-Fruktanen sowie der Lokalisierung der Fruktan-Biosyntheseenzyme. Des Weiteren sollen in-vitro Experimente mit artifiziellen Membranen durchgeführt werden, um die Rolle der Fruktane als Antioxidantien im Detail zu untersuchen.Die Ergebnisse dieser Studie werden dazu beitragen, die bislang unbekannten Funktionen von Fruktanen während der Kornentwicklung und ihren Beitrag zur Kornqualität aufzuklären. Eine Charakterisierung der Fruktanphysiologie im Korn wird zudem weitere Details zu generellen zuckerregulierten Netzwerken liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Dr. Wendy Harwood