Genetische Untersuchung der Steuerung der Entwicklung von Blütenständen durch Umweltreize bei mehrjähriger Arabis alpina

• Antragstellerin: Dr. Niharika Sashidhar, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460364760

Jahreszeitliche Veränderungen und Tageslänge bestimmen bei Pflanzen den geeigneten Blühzeitpunkt, um anschließend die optimale Saatgutproduktion zu gewährleisten. Bei Kreuzblütlern wie Arabis alpina und Brassica napus erfolgt die Blütenbildung in einem zweistufigen Verfahren, wobei die Knospenbildung in einem Jahr und ihr Auswuchs im folgenden Frühjahr erfolgt. Die genetischen Mechanismen, die der jahreszeitlichen Regulation der Knospenbildung und des Blütenstandswachstums zugrunde liegen, sind bei mehrjährigen Pflanzen jedoch nicht untersucht. In diesem Projekt werden zwei Ansätze zur Analyse dieser Mechanismen verwendet. Zunächst wird eine forward genetics QTL-Analyse auf eine norwegische Population von A. alpina angewendet, die eine natürliche Variation in der Blütezeit zeigt und früh- und spätblühende Individuen enthält. Ohne Vernalisation bilden sich die Blütenknospen bei allen Individuen zu einem ähnlichen Zeitpunkt, die Knospen spätblühender Pflanzen ruhen jedoch zunächst und reifen dann verlangsamt zu Blütenständen heran. Die Vernalisation beider Genotypen überwindet den Blütenknospenarrest-Phänotyp des spätblühenden Elternteils, sodass beide ungefähr gleichzeitig blühen. Dies deutet darauf hin, dass diese Akzessionen sich genetisch an einem Kontrollpunkt unterscheiden, welcher die Öffnung der Blütenknospen pausiert, und dass dies durch die Vernalisierung überwunden werden kann. Die Gastgruppe hat einen QTL identifiziert der zum Blütenknospenarrest-Phänotyp beiträgt. Der QTL wurde auf einem 700 kb großen Segment von Chromosom 8 in nahezu isogenen Linien lokalisiert, in denen der Locus segregiert und die Region aus PacBio-Sequenzen zusammengesetzt wurde. Das für den umweltbedingten Knospenarrest kausale Gen wird durch weitere Rekombinationskartierung identifiziert und seine Funktion durch Expressionsanalyse und Transgenese analysiert werden. Zweitens fördert das FT-Gen in Arabidopsis thaliana die Langtagblüte und reguliert in Arabidopsis lyrata vermutlich die Blütenstandsentwicklung sowie die Blütenöffnung. Der Beitrag der florigen-kodierenden FT-Gene zur Blüteninduktion mehrjähriger Brassicaceae wie A. alpina wurde wegen fehlender AaFT-Nullallele nicht analysiert. Daher wird ein reverse genetic Ansatz unter Verwendung von CRISPR-Cas9 angewandt, um Knockout-Mutanten von vier AaFT-Genen zu erzeugen, mit denen die individuellen und kombinierten Beiträge zur Blüteninduktion, Blüten- und Blütenstandsentwicklung in verschiedenen Photoperioden und nach der Vernalisation untersucht werden können. Die vorgeschlagenen Ansätze werden nicht nur das für den Knospenarrest in spätblühenden A. alpina kausale Gen identifizieren und zu gegenwärtigen Modellen über die Regulation der Anlage von Blütenknospen während der Vernalisation im Herbst und dem Fortschreiten der Blüte und Blütenstandbildung im Frühjahr beitragen, sondern auch eine vergleichende Analyse der Funktion der florigen Gene in verwandten ein- und mehrjährigen Arten ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle