Forschungsprogramm der IZN-Nachwuchsgruppe

Trockenheit hemmt und verzögert bei vielen Pflanzen das Blühen durch eine verringerte Samenbildung infolge einer Beeinflussung der Meristembildung in den Ährchen während der Blütenentwicklung. 

 

Daraus resultieren erhebliche Ernteverluste. Die molekularen Ursachen, insbesondere die Zusammenhänge zwischen Hormonen und Ährchen-Meristem(identität?) unter Trockenstress sind weitgehend unverstanden. Auf diese Thematik will sich die neue Forschungsgruppe konzentrieren und drei wesentliche Forschungsansätze nutzen:

 

A: Im ersten Ansatz wird die natürliche genetische Variabilität der Gerste in Form sog. Introgressionslinien, hervorgegangen aus der Kreuzung einer Elitesorte mit  Wildgersten als Donor, genutzt. Durch integrative Genomik werden die molekular-physiologischen Mechanismen der Assimilatverteilung während der Herausbildung der Ährchenmeristeme in Trockenstress-toleranten und -empfindlichen Linien untersucht. Ziel ist ein Verständnis der Hormoninteraktionen und regulatorischen Netzwerke, die Herausbildung und Wachstum der Ährchenprimordien und damit Kornzahl und -größe unter Trockenstress bestimmen. Daraus lassen sich GM(genetisch modifiziert)- und Nicht-GM-Strategien ableiten, die die Entwicklung von Sorten mit erhöhter Samensetzung unter widrigen Umweltbedingungen ermöglichen.

 

B: Im zweiten Ansatz möchten wir testen, ob sich eine Manipulation der Ährchenstruktur (simultaner Anstieg der Zahl von Samen und assimilatorischen Samenorganen) zusätzlich positiv auf die Trockentoleranz nach der Blüte durch verbesserte Samenfüllung und letztlich erhöhten Kornertrag auswirkt. Mit Methoden wie unter A erwähnt werden transgene Gerstenlinien mit verzweigter Ährenstruktur untersucht sowie positive Regulatoren identifiziert, die die Konversion von zweireihigen in sechsreihige Gerstenlinien verursachen. Basierend auf dem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Vorgänge wird geprüft, ob die erhöhte photosynthetische Kapazität der vermehrten Ährchenorgane den Pflanzen helfen, die Toleranz gegenüber Trockenstress während der Samenfüllung zu erhöhen.

 

C: Im dritten Ansatz wird versucht, Korrelationsnetzwerke auf Basis der nachgewiesenen Gennetzwerke zu ermitteln, u.z. mit Hilfe von Transkriptomdaten, sowie Messungen von Hiormonen und ausgewählten Metaboliten in GM-Pflanzen, die erhöhte Trockentoleranz zeigen. Diese Korrelationen werden das Verständnis der entwicklungsabhängigen Vorgänge erhöhen, die Ährenentwicklung, Befruchtung und Samenfüllung unter Trockenstress determinieren. Alle Daten, die innerhalb der IZN-finanzierten  junior research group und in anderen Projekten (GABI-GRAIN, SEED-SET, PRO-DROUGHT) erarbeitet werden, werden genutzt, um durch die statistische Auswertung mittels partieller Korrelationsanalysen generelle Zusammenhänge zwischen Transkripten, Hormonen, Metaboliten und Phänotypen aufzudecken.

 

Die junior research group wird hauptsächlich vom Kultusministerium des Landes Sachsen-Anhalt im Rahmen des interdisziplinären Zentrums für Nutzpflanzenforschung (IZN) gefördert. Es besteht eine enge Verbindung zwischen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Gatersleben.