Untersuchung der Rolle von Strigolactonen in Gerste als Antwort auf Trockenheit
Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Strigolactone (SLs) werden als eine Klasse von Pflanzenhormonen beschrieben, die symbiotische Interaktionen in der Rhizosphäre fördern und die Pflanzenarchitektur und Organentwicklung regulieren. Bisherige Daten deuten darauf hin, dass die SL-Signalmutante hvd14.d sensitiv gegenüber Trockenheit und insensitiv gegenüber ABA-Behandlung ist. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die weiterführende Untersuchung der ABA-SL-Interaktion, um ihre Rolle in der Kulturpflanze Gerste als Reaktion auf Trockenstress aufzudecken. Die Suche nach Allelen für HvD14 (HORVU4Hr1G070070) mit dem SNP-Browser-Tool, das in der Datenbank des Bridge-Webportals verfügbar ist, zeigt, dass sowohl die kodierende als auch die Promotorsequenz von HvD14 zwischen Gerstengenotypen in hohem Maße konserviert sind. Zur weiteren Aufklärung der Rolle der SLs bei der Reaktion auf Trockenheit, wurden zum einen Mutanten mit Defekten in der SL-Biosynthese (HvD10, HvD17, HvD27) und der Signalübertragung (HvD14 und HvD53) mittels TILLING (cv. Sebastian) und zum anderen Mutanten mit Defekten in der SL-Biosynthese (HvD10, HvD17, HvD27, HvMAX1) und der Signalübertragung (HvD14) durch gezielte CRISPR/Cas9-Mutagenese (cv. Golden Promise) entwickelt und für weitere Experimente verwendet. Darüber hinaus wurde eine max1-Mutante mit Defekten in vier der fünf MAX1-Orthologe (max1-qko) aus dem Brewer-Labor an der Universität Adelaide in die Experimente einbezogen. Die TILLING-Biosynthesemutanten (Gene: HvD10, HvD17, HvD27) waren gegenüber Trockenstress aüßerst sensitiv und zeigten einen ähnlichen Phänotyp wie die zuvor beschriebene hvd14.d- Mutante. Pflanzen mit einer Mutation im SL-Repressor HvD53 produzierten jedoch unter Kontrollbedingungen weniger Triebe, waren aber toleranter gegenüber Trockenstress als die Elternsorte Sebastian. Auch CRISPR-Mutanten in den Genen HvD10, HvD17, HvD27 und HvD14 waren im Vergleich zu Golden Promise empfindlicher gegenüber Trockenheit. Interessanterweise zeigte die Hhvdmax-1-Mutante, die einen Defekt in einem der fünf MAX1-Orthologe aufweist, weder einen veränderten Phänotyp unter Kontrollbedingungen, noch eine veränderte Sensitivität gegenüber Trockenstress. Morphologische und strukturelle Daten bestätigten dies nachdrücklich, was darauf hindeutet, dass Mutationen im zentralen SL-Biosyntheseweg die Reaktion der Gerste auf Trockenstress beeinträchtigen. Mutationen in Genen, die für Enzyme im Zusammenhang mit der SL-Diversifizierung kodieren, haben keinen signifikanten Einfluss auf die Reaktion der Gerste auf Trockenstress, was darauf hindeutet, dass die Produkte der MAX1-Aktivität nicht an der Koordination der Reaktion der Gerste auf Trockenstress beteiligt sind. Zur Identifikation differentieller Genexpression (DEG) als Reaktion auf Trockenheit wurden Globale Genexpressionsprofile (RNA- seq) für jede SL-Mutante und Golden Promise unter Kontroll- und Trockenstress analysiert. Auf der Grundlage von Meta-Analysen aller Daten aus Experimenten mit den erstellten Mutanten wurden SL-abhängige und unabhängige Gene ausgewählt, die an der Reaktion von Gerste auf Trockenstress beteiligt sind. Diese werden für weitere Analysen verwendet, um Transkriptionsfaktoren zu identifizieren, die diese Reaktion regulieren könnten. Die Daten zu Hormonmessungen (Molekulare Pflanzenernährung, IPK) werden derzeit noch bearbeitet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Barley strigolactone signalling mutant hvd14.d reveals the role of strigolactones in abscisic acid‐dependent response to drought. Plant, Cell & Environment, 43(9), 2239-2253.
Marzec, Marek; Daszkowska‐Golec, Agata; Collin, Anna; Melzer, Michael; Eggert, Kai & Szarejko, Iwona
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Multi-omics insights into the positive role of strigolactone perception in barley drought response. BMC Plant Biology, 23(1).
Daszkowska-Golec, Agata; Mehta, Devang; Uhrig, R. Glen; Brąszewska, Agnieszka; Novak, Ondrej; Fontana, Irene M.; Melzer, Michael; Płociniczak, Tomasz & Marzec, Marek
