Veränderung der zirkadianen Uhr passt Gerste an kurze Wachstumsperioden an
Die Blüte zur richtigen Jahreszeit ist unerlässlich für den Fortpflanzungserfolg von Pflanzen. Zu frühes oder zu spätes Blühen im Jahr kann die temperaturempfindlichen Blüten während ihrer Entwicklung schädigen. Daher nutzen Pflanzen verschiedene Faktoren ihrer Umwelt, um die Jahreszeit abzuschätzen und die Entwicklung entsprechend zu synchronisieren. Ein solcher Faktor, der stets mit den unterschiedlichen Jahreszeiten zusammenhängt, ist die Tageslänge (Photoperiode), d. h. die Anzahl an Lichtstunden an einem Tag. Die täglichen Rhythmen von Tag und Nacht und ihre Veränderungen im Laufe eines Jahres werden von der inneren (zirkadianen) Uhr vorausgeahnt und gesteuert. Sie beeinflusst direkt den sogenannten photoperiodischen Signalweg, welcher die Blüte in Abhängigkeit von der Tageslänge steuert.
Die Anpassung der Reaktion von Kulturpflanzen auf unterschiedliche Tageslängen ist ein wichtiges Instrument zur Adaption von Kulturpflanzen an verschiedene Anbaugebiete, Klimazonen und Photoperioden. In unserer Veröffentlichung haben wir einen neuen genetischen Regulator für die Blütezeit in der agronomisch wichtigen Getreideart Gerste identifiziert, der dem Genort für early maturity 7 (eam7) unterliegt. Eine spontane Mutation im Gen LIGHT-REGULATED WD1 (LWD1) ermöglicht es den Pflanzen, ihre Entwicklung an Tagen mit kurzer Photoperiode zu beschleunigen, obwohl sie normalerweise Tage mit mehr als 12 Stunden Licht zum Blühen benötigen. Die lwd1Mutation macht Gerste nahezu unempfindlich gegenüber der Tageslänge und ermöglicht so den Anbau in verschiedenen Breitengraden und Randgebieten mit nicht optimalen Anbaubedingungen. Darüber hinaus weisen Pflanzen mit dieser Mutation eine erhöhte Fertilität ihrer Blüten auf, welche typischerweise in suboptimalen Tageslängen reduziert ist. Wir konnten zeigen, dass die Mutation in LWD1 die zirkadiane Uhr der Pflanze verändert, vermutlich durch die Beeinträchtigung der Verarbeitung von Lichtsignalen, welche zur Synchronisation der zirkadianen Uhr dienen. Das daraus resultierende Ungleichgewicht zwischen der internen Rhythmik verschiedenster physiologischer Prozesse und der externen Rhythmik von Licht- und Dunkelperioden reduziert die Abhängigkeit der Pflanze von der Photoperiode und überwindet so den limitierenden Faktor der kurzen Tageslänge.
Text und Foto: Gesa Helmsorig