Meiotische Temperaturbeständigkeit in Wildgerste

• Antragsteller: Dr. Steven Dreissig
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528289994

Die erfolgreiche Entwicklung von Gameten durch die Meiose ist entscheidend für den Kornertrag. Das Ziel dieses Projekts ist es, Allele zu identifizieren, die der Meiose eine erhöhte Resilienz gegenüber hohen Temperaturen verleihen, und unser Verständnis der zugrundeliegenden zellulären Prozesse zu verbessern. Dies basiert auf der Hypothese, dass sich Allele von Genen, die Temperaturresilienz vermitteln, durch natürliche Selektion in den wilden Vorfahren heutiger Nutzpflanzen entwickelt haben. Frühere Arbeiten an Mäusen, Nematoden, Arabidopsis, Weizen und Mais zeigten, dass mehrere Stadien der Meiose sehr temperaturempfindlich sind, wobei kurze Perioden mit extrem hohen Temperaturen zum Abbruch der meiotischen Zellteilung führen. Insbesondere während der meiotischen Prophase wurde gezeigt, dass eine erhöhte Temperatur diese Prozesse beeinträchtigt, was letztendlich zu fehlerhaften Gameten und reduzierter Fruchtbarkeit führt. Bisher haben nur wenige Studien die meiotische Temperaturresilienz bei verschiedenen Genotypen oder wilden Verwandten von Kulturpflanzen untersucht. Wir planen, eine Wildgersten-Population zu nutzen, die aus einer Kreuzung zwischen einer domestizierten Gerstensorte („Barke“) und 25 Wildgersten stammt. Diese Wildgerstenpopulation wurde umfassend auf phänotypischer und genomischer Ebene charakterisiert, mit nachgewiesener phänotypischer Variation in Bezug auf Ertrag, Entwicklungsmerkmale, morphologische Merkmale und biotische und abiotische Stresstoleranz. Darüber hinaus sind genomische Informationen wie hochdichte SNP-Daten basierend auf einem 50K-Illumina-iSelect-Array und Exom-Capture-Sequenzierung sowie Pan-Genom-Assemblierungen auf Chromosomenebene verfügbar. Um die Temperaturbeständigkeit der Meiose zu quantifizieren, werden wir das Fortschreiten der männlichen Meiose und Gametenentwicklung direkt mit zytogenetischen Methoden und bildgebender Durchflusszytometrie messen. Auf der Grundlage des Verhältnisses von Pollenfruchtbarkeit zur Ährchenfruchtbarkeit wird die weiblichen Meiose beurteilt werden. Dieses Projekt wird sich auf die folgenden drei Ziele konzentrieren: (i) Wir werden zunächst die 25 Wildgersteneltern unserer Kartierungspopulation auf phänotypische Variationen in der meiotischen Temperaturbeständigkeit untersuchen und Familien mit unterschiedlichen Phänotypen für weitere Analysen auswählen. (ii) Ausgewählte Familien mit mindestens 200 Linien werden für genomweite Assoziationsstudien verwendet, um Kandidatengene zu identifizieren. (iii) Schließlich werden ausgewählte Gene durch Feinkartierung in heterogenen Inzuchtfamilien validiert und einer eingehenden Charakterisierung der Meiose bei hohen Temperaturen unterzogen. Dieser Ansatz wird es uns nicht nur ermöglichen, die Wirkungen von Kandidatengenen zu validieren, sondern birgt auch das Potenzial, unser Verständnis von Genen und allelischen Varianten zu verbessern, die an der Meiose und der meiotischen Temperaturbeständigkeit in Pflanzen beteiligt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen