Auswirkungen der proximalen Internodienverlängerung auf Blütendegeneration, Lagerresistenz und Gemeinschaftsleistung bei Gerste

• Antragsteller: Dr. Yongyu Huang
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535680915

Bei den meisten Getreidearten wie der Gerste (Hordeum vulgare L.) besteht der Spross aus mehreren Internodien. Die Verlängerung jedes Internodiums (Source-Organ) beginnt zunächst am proximalen Ende der Sprossachse, während der Blütenstand (Sink-Organ) ebenfalls eine starke zelluläre Aktivität erfährt, einschließlich der Initiierung und Differenzierung der Blütenorgane. Dies deutet darauf hin, dass sowohl die proximalen Internodien als auch die Blütenstände in frühen Entwicklungsstadien Organe mit hohem Energiebedarf sind, die möglicherweise miteinander um die Zuteilung von Ressourcen konkurrieren. Vor allem bei hoher Pflanzdichte sind die proximalen Internodien im Vergleich zu den distalen Internodien in der Regel stärker von Beschattung betroffen und auch für die Resistenz gegen Lagerbildung von großer Bedeutung, da Lagerbildung typischerweise am proximalen Ende erfolgt. Trotz ihrer funktionellen Bedeutung waren genetische Studien über das proximale Internodium aufgrund der erheblichen Variationen der Internodienanzahl bisher eine Herausforderung. Ich habe herausgefunden, dass dieses Problem durch die Anwendung einer einfachen Strategie des gleitenden Durchschnitts teilweise überwunden werden kann, was erste genetische Studien bei diesem weitgehend unerforschten funktionellen Merkmal ermöglicht. In diesem Projektvorschlag möchte ich die molekulargenetischen Grundlagen der proximalen Internodienverlängerung und ihre Auswirkungen auf die Kornertragsbildung bei unterschiedlichen Pflanzdichten verstehen. Zu diesem Zweck werde ich: (1) eine Multi-Omics-Analyse (Transkriptom, Metabolismus und Phytohormone) der proximalen Internodienverlängerung im Schatten durchführen, wobei Gerstengenotypen mit unterschiedlichen proximalen Internodienlängen und Blütenüberlebensraten verwendet werden; (2) die vaskulären anatomischen 3D-Merkmale, die die sich entwickelnden Blütenstände und proximalen Internodien verbinden, mit Hilfe von seriellen Schnitten rekonstruieren; (3) parallel dazu werde ich einen dreijährigen Feldversuch durchführen, bei dem eine diverse Gerstenpopulation und eine bi-parentale Kartierungspopulation unterschiedlichen Pflanzdichten ausgesetzt werden, die die natürliche Beschattungsdynamik rekapitulieren. Auf diese Weise kann untersucht werden, wie die proximalen Internodien phänotypisch und genetisch mit dem individuellen Überleben der Blüte und der Leistung der Gemeinschaft gekoppelt sind; (4) schließlich werden mit Hilfe von Genom-Editing-Techniken wie CRISPR/Cas9 Kandidatengene für die proximale Internodienverlängerung funktionell validiert. Die Integration dieser Datensätze wird die Neugestaltung von Pflanzenarchitekturen ermöglichen, die die Konkurrenz zwischen Source und Sink minimieren und damit die Leistung der Gemeinschaft verbessern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen