Verbesserung der Umweltanpassung von Gerste zur möglichen Erweitung der Anbaugebiete

Der Photorezeptor HvPHYTOCHROME C moduliert die zirkadiane Uhr und photoperiodisches Blühen in Gerste

Um der steigenden Nachfrage nach Nutzpflanzen gerecht zu werden, werden zukünftig neue Strategien zur Steigerung des Ernteertrags benötigt.
Eine Möglichkeit wäre, die Anbaugebiete für Nutzpflanzen zu erweitern so dass z.B. Pflanzen, die hauptsächlich in gemäßigten Klimazonen vorkommen, auch in extremeren Anbaugebieten angepflanzt werden können.
Dies könnte z.B. durch eine Veränderung des Blühzeitpunkts der Pflanzen erreicht werden.

Gerste (Hordeum vulgare L.) ist eine Langtagpflanze, d.h. sie blüht erst, wenn eine bestimmte Tageslänge erreicht ist. Ein tagneutrales Blühverhalten kann jedoch für die Anpassung an kurze Wachstumsperioden in extremen Anbaugebieten vorteilhaft sein. Kenntnisse über die genetischen Faktoren dieses Blühverhaltens können zur Züchtung von Getreidesorten mit einem optimierten Lebenszyklus beitragen. Neueste Fortschritte in der Entschlüsselung der komplexen Genome von Getreiden, wie Gerste und Weizen, ermöglichen nun die Identifikation dieser Gene.

Durch Vergleich von verschiedenen natürlich vorkommenden Gerstevarianten konnten wir kürzlich die Mutation eines Gens für den Rotlichtrezeptor PHYTOCHROME C (HvPHYC) identifizieren, welche für eine frühere Blüte im Lang- und Kurztag verantwortlich ist (Pankin et al., 2014). Diese Mutation bewirkt eine Störung der zirkadianen Uhr, dem internen Zeitgeber in Pflanzen und Tieren. Wie beeinflusst nun HvPHYC das Blühverhalten in Gerste? Weitere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es sich bei dem Gen möglicherweise um einen wichtigen Faktor für die Weitergabe des Lichtsignals an die zirkadiane Uhr handeln könnte.

Ist diese natürlich auftretende Variation in HvPHYC bereits unbewusst von Züchtern genutzt worden? Interessanterweise konnten wir dies durch Diversitätsanalysen bestätigen, da besonders japanische Kultursorten das mutierte Gen für beschleunigtes Blühen tragen.

Unser Beitrag im Rahmen von CEPLAS ist eine Weiterführung der Identifikation und Charakterisierung von Genen, die wichtige landwirtschaftliche Eigenschaften, wie Bestockung und Blütezeit, beeinflussen. Wir analysieren eine große Anzahl von Wild- und Kulturgersten und Hordeum-Verwandten, um die Diversität von Blüh- und Bestockungsgenen zu charakterisieren. Dadurch bieten wir nützliche Erkenntnisse für die Grundlagenforschung und für die Züchtung verbesserter Getreidesorten.

Beitrag von Agatha Walla und Artem Pankin, Heinrich-Heine-Universität / Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung

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Planter’s Punch

Unter der Rubrik Planter’s Punch wird jeden Monat ein bestimmter Aspekt des CEPLAS Forschungsprogramms vorgestellt. Alle Beiträge werden von Mitgliedern der Graduiertenschule und des Postdoc Programms erstellt.

Zugehörige Publikation

Pankin A, Campoli C, Dong X, Kilian B, Sharma R, Himmelbach A, Saini R, Davis SJ, Stein N, Schneeberger K, & von Korff M (2014) Mapping-by-Sequencing Identifies HvPHYTOCHROME C as a Candidate Gene for the early maturity 5 Locus Modulating the Circadian Clock and Photoperiodic Flowering in Barley. Genetics. [Abstract]

Heinrich Heine University
University of Cologne
Max Planck Institute for Plant Breeding Research
Forschungszentrum Jülich