Molekular- und quantitativgenetische Analyse der Samengröße bei Ackerbohne (Vicia faba L.)
Genetik und Genomik der Pflanzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei vielen Kulturpflanzen ist die Samengröße eines der wichtigsten ertragsrelevanten Merkmale und kann zwischen Sorten erheblich variieren. Eine extreme Variation findet sich bei Vicia faba, wo die Samengröße zwischen der Minor- und der Major-Gruppe um einen Faktor von etwa 15 variieren kann. Zur Analyse der molekularen und quantitativen Genetik der Samengröße bei Vicia faba waren zwei nahezu isogene Linien (NILs) für die Samengröße aus einer Kreuzung zwischen Inzuchtlinien der großkörnigen 'Pietranera' und der kleinkörnigen 'HediLin' geschaffen worden. Die QTL-Kartierung in einer RIL-Population von 184 Linien, die aus einer Kreuzung zwischen den beiden NILs hervorging, führte zur Identifizierung von 10 QTL und zwei epistatischen Interaktionen für die Samengröße, deren additive bzw. additive x additive Interaktionseffekte von 10,6 - 72,6 mg reichten. Zusammengenommen in einem multi-QTL- Modell erklärten die QTL und Interaktionen 87,4% der in der RIL-Population beobachteten phänotypischen Varianz. Mit einer Ausnahme stammten die QTL-Allele, die die Samengröße erhöhen, von 'Pietranera'. Sieben der 10 QTL konnten in 3 F2-Populationen, die aus Kreuzungen zwischen nicht verwandten Genotypen stammten, erneut nachgewiesen werden. Um mögliche Kandidatengene für die kartierten QTL zu identifizieren, wurden die Eltern der RIL-Population einer differenziellen Expressionsanalyse unterzogen, wobei mRNA aus unreifen Samen/Samenschalen isoliert wurde, die 10, 14, 18 und 22 Tage nach der Bestäubung geerntet worden waren. Nach einer de novo-Assemblierung der RNAseq-Reads wurden die resultierenden Transkripte auf der Referenzsequenz des Vicia faba-Genoms kartiert. Differenziell exprimierte Transkripte, die in die Konfidenzintervalle für die Positionen der kartierten QTLs fielen, wurden mit 73 Genen verglichen, von denen in der Literatur angenommen wird, dass sie an der Kontrolle der Samengröße beteiligt sind. Es wurden zwei mögliche Kandidatengene gefunden. Ein Transkript zeigte signifikante Sequenzidentität mit CYP78A13 und KLU/CYP78A5 aus O. sativa bzw. A. thaliana, die beide für Proteine der Cytochrom-P450- Familie kodieren. Ein weiteres Transkript zeigte signifikante Sequenzidentität mit dem SLG- Gen aus O. sativa, das für ein BAHD-Acyltransferase-ähnliches Protein kodiert. Sowohl die Cytochrom P450-Proteine als auch die BAHD-Acyltransferasen sind große Genfamilien, deren Mitglieder eine Reihe von Funktionen abdecken. Derzeit ist es nicht möglich zu entscheiden, ob die Transkripte von V. faba echte Homologe zu den Proteinen von O. sativa und A. thaliana kodieren, oder nicht verwandte Mitglieder der beiden Genfamilien, die möglicherweise andere Funktionen haben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Current faba bean research at Göttingen, Germany. Legume Perspectives 24:18-20
Brünjes L., Ecke W., Windhorst A., Laugel H. & Link W.
