Der Blüherfolg eines Blütenstandes hängt von seinem Rückgrat ab – erste Einblicke in das Wachstum und die Entwicklung der Rachis und ihre Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit der Weizenblüten und die Kornzahl

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Schnurbusch
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496549805

Der Blütenstand, oder die Ähre, ist der prominenteste Teil der Weizenpflanze (Triticum sp.). Daher steht die Ährenarchitektur seit Beginn der Landwirtschaft unter ständigem Selektionsdruck und ist in der modernen Züchtung aufgrund ihrer Auswirkungen auf den potenziellen Getreideertrag sehr wichitg. Während alte Weizenformen wie wilder und domestizierter Emmer eine lange speerförmige Ähre aufweisen, zeigen aktuelle Weizensorten aufgrund kurzer Internodien der Spindel (Ähren-Achse) einen kurzen und kompakten Ähren-Phänotyp auf. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Entwicklung der Form der Weizenähren in Richtung Kompaktheit hauptsächlich auf die indirekte Auswahl der wichtigsten Domestizierungsmerkmale wie freies Dreschen und Spindelbrüchigkeit zurückzuführen ist. Die Auswirkung des per se-Ährenspindelwachstums auf die Entwicklung der Getreideertragskomponenten ist allerdings bisher kaum erforscht.Die Spindel der Ähre ist im Wesentlichen das Rückgrat für die Fortpflanzungsentwicklung bei allen Triticeen; sie trägt nicht nur alle floralen Strukturen, sondern sämtliche Nährstoffe (d. h. Wasser, Nährstoffe, Assimilate) für das florale Wachstum und die Entwicklung müssen die Spindel passieren. Daher bestimmen die anatomischen Merkmale der Spindel zumindest bis zu einem gewissen Grad wesentliche agronomische Merkmale wie Kornzahl und Korngewicht. Hier schlagen wir vor, die natürliche Variation in einem genetischen Lokus zu untersuchen, der während der Divergenz von Hartweizen (vor ~ 7000-7500 Jahren) selektiert wurde, um den entwicklungsbedingten Ursprung der Variation des Spindelstufenwachstums besser zu verstehen und wie sich dies wiederum auf das Getreideertragspotential auswirkt. Unter Verwendung eines vorwärtsgenetischen Ansatzes haben wir diesen spindel-spezifischen Lokus, der v.a. die Ährenlänge reguliert, auf einem ~3,5 Mbp langen Arm des Weizenchromosoms 4A kartiert. Eine phänotypische Analyse zeigte, dass Ähren, die mit dem wilden Emmer-Allel an diesem genetischen Lokus assoziiert sind, sowohl längere Spindel-Internodien als auch breitere Spindelknoten ausbilden. Interessanterweise fanden wir eine positive Korrelation zwischen der Länge der Spindel-Internodien und der Anzahl der in jedem Ährchen entwickelten Körner. Wir nehmen an, dass die vergößerten Spindelstufen u.U. eine erhöhte Anzahl, oder Durchmesser an Gefäßbündeln aufweisen, von denen zuvor gezeigt wurde, dass sie die Fertilität von Blütchen fördern, indem sie das Angebot an Assimilat und den Kornansatz erhöhen. Diese Idee erscheint sehr interessant und kann das reiche allelische Repertoire des wilden Emmer für die Gestaltung der Weizenähren-Architektur aufzeigen. In dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt werden wir uns daher auf die Entwicklungsgenetik dieses vielversprechenden, unerforschten Zusammenhangs zwischen Spindelstufenwachstum, Assimilatzuordnung und Blütchenentwicklung konzentrieren, um neuartige Mechanismen zur Bestimmung der Kornzahl in Weizen zu entdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen