Zwei oder mehr Zeilen der Ähre und die Sprossverzweigung (Bestockung) bedingen den Ertrag von Gerste

In der Landwirtschaft ist die Verbesserung des Ertrages entscheidend, um in Zeiten sich verändernder Umweltbedingungen, knapper werdender Wasserversorgung und steigenden Bedürfnissen der Konsumenten die Nahrungsversorgung gewährleisten zu können. Es besteht Bedarf nach erschwinglichen Nahrungs- und Futtermitteln, die unter minimalem Einsatz von Dünger, Pflanzenschutzmitteln, Herbiziden und Treibstoff produziert werden. Um diese Ziele zu erreichen arbeiten Pflanzenforscher und -züchter daran, wichtige Eigenschaften der Pflanzen besser zu verstehen.
Bei Getreide wie Weizen, Roggen und Gerste wird der Ertrag von der Anzahl und dem Gewicht der Körner bestimmt, die von den Pflanzen geerntet werden können. Zu den Eigenschaften der Pflanze, die den Ertrag bestimmen, gehören die Anzahl der Körner pro Ähre und die Anzahl der Sprossverzweigungen (Halme), die Ähren tragen.

Bei einer Gerstenähre können die Körner auf zwei verschiedene Arten angeordnet sein: In zwei oder sechs Zeilen. Die Gerstenähre besteht aus wechselseitig angeordneten Einheiten, die jeweils drei Blüten enthalten. Bei zweizeiliger Gerste sind die seitlichen Blüten steril und nur die mittlere kann befruchtet werden und sich zu einem Korn entwickeln, während bei sechszeiliger Gerste alle Blüten befruchtet werden können. Die Ähren von Wildgerste sind zweizeilig – sechszeilige Ähren sind während der Domestizierung von Gerste aufgetreten. Abgesehen von den zwei- und sechszeiligen Kultursorten gibt es noch die sogenannten „intermedium“-Mutanten, die einen veränderten Aufbau der Ähren zeigen, aber weder zwei- noch sechszeilig sind.

Wir haben untersucht, wie Änderungen im Aufbau der Ähre mit anderen Ertragskomponenten wie Korngewicht und Bestockung zusammenhängen (Liller et al., 2015). Dafür haben wir uns Pflanzen angesehen, die wegen der Veränderungen in einem einzelnen Gen einen veränderten Ährenaufbau hatten und haben sie mit Pflanzen ohne diese Genveränderung verglichen. Wir haben herausgefunden, dass einige Veränderungen im Ährenaufbau die Anzahl der Körner pro Ähre erhöhten, während andere sie senkten – aber all diese Veränderungen senkten das Korngewicht im Vergleich zu normalen Körnern. Außerdem hatte die Mehrheit der Pflanzen mit verändertem Ährenaufbau im Vergleich zu den zweizeiligen Kontrollpflanzen weniger Halme. Ausgehend von dem Entwicklungsstadium, an dem die reduzierte Anzahl der Halme im Vergleich zur Kontrolle beobactet wurde, konnten zwei Hauptgruppen definiert werden: (1) Jene Pflanzen, die weniger Halme als die Kontrolle haben, weil sie mehr Körner pro Ähre produzieren und deshalb nicht die Ressorucen haben, um die gleiche Anzahl von Halmen zu versorgen; und (2) jene Pflanzen, bei denen das Gen, das den Ährenaufbau verändert wahrscheinlich auch einen Einfluss auf die Anlage und/oder das Herauswachsen von Halmen hat, weil diese Gene die Verzweigung sowohl des Sprosses als auch des Blütenstandes beeinflussen. Zusammengenommen veranschaulicht dies, dass die Manipulation der verschiedenen Ertragskomponenten zur Verbesserung des Ertrages nicht geradlinig ist und nicht unbedingt zu dem gewünschten Ergebnis führt.

Zu verstehen, wie die Gene, die den Aufbau von Ähre und Spross beeinflussen, reguliert werden und wie sie mit anderen Genprodukten interagieren, ist notwendig, um diese Eigenschaften zu verändern und den Ertrag zu verbessern.
In CEPLAS führen wir die Identifizierung und Charakterisierung von Genen fort, die landwirtschaftlich wichtige Eigenschaften wie Körnerzahl pro Ähre und Bestockung regulieren. Wir nutzen sowohl Wild- als auch Kulturgerste und Material aus Mutantensammlungen, um natürliche Diversität zu erforschen und die Verbindungen zwischen Eigenschaften auf molekularer Ebene zu verstehen. Dadurch versprechen wir uns Einsicht in die Mechanismen, die der Entwicklung von Pflanzen zugrunde liegen und die für die Grundlagenforschung und die Pflanzenzüchtung wichtig sind.

Beitrag von Wilma van Esse (Pflanzengenetik) und Corinna Liller (Pflanzenzüchtung und Genetik), MPIPZ

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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

Liller CB, Neuhaus R, von Korff M, Koornneef M, van Esse W (2015) Mutations in Barley Row Type Genes Have Pleiotropic Effects on Shoot Branching. PloS one 10(10):e0140246. [Abstract]

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