Die Anzahl der Triebe pro Pflanze und das durchschnittliche Gewicht pro Trieb sind zwei Schlüsselfaktoren, die zur Biomasseproduktion bei Rutenhirse und anderen Grasarten beitragen. Allerdings wirkt sich eine zu hohe Anzahl an Grasfräsen immer negativ auf die Halmentwicklung aus. Der Kompromiss zwischen der Anzahl der Triebe und der Halmentwicklung schränkt auch die Anwendung des miR156-SPL-Moduls bei der weiteren Verbesserung der Biomasse verschiedener Grasarten ein.
Um das oben genannte Problem anzugehen, haben Forscher des Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften den Mechanismus aufgeklärt, durch den das miR156-SPL-CKX4-Modul die Zytokinin-Homöostase reguliert und dann die Halmentwicklung in Rutenhirse beeinflusst. Auf dieser Grundlage kann durch die präzise Manipulation des Downstream-Gens PvCKX4 ein neuartiges Keimplasma der Rutenhirse mit höherer Pinienzahl und dickerem Halm erhalten werden.
Die Studie wurde veröffentlicht in Das Pflanzenjournal.
Hier zeigten die Forscher, dass eine Überexpression von miR156 zu einer signifikanten Hochregulierung des Cytokininoxidase/Dehydrogenase-Gens PvCKX4 in Rutenhirse führte. Bei einer Überexpression von PvCKX4 oder miR156 kam es zu einer Verkleinerung und Ausdünnung des Stammes. Darüber hinaus zeigten die Daten, dass mehr PvCKX4-Transkript den Abbau von Zytokinin vom iP-Typ induzierte.
Die Forscher fanden dann heraus, dass Squamosa Promoter Binding Protein-like 2 (PvSPL2), ein Ziel von miR156, eine direkte Transkriptionsrepression von PvCKX4 ausführte. Die Unterdrückung von PvCKX4 in den miR156-überexprimierenden transgenen Pflanzen verringerte die negativen Auswirkungen der miR156-Überexpression auf die Halmentwicklung, hatte jedoch keinen Einfluss auf die Anzahl der Bestockungen. Bemerkenswerterweise lieferten die doppelt transgenen Pflanzen 2,1-mal mehr Trockenmasse als der Wildtyp.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das miR156-SPL-Modul einen phänotypischen Kompromiss zwischen Anzahl und Gewicht der Bestockungstriebe herbeiführen kann, indem es unabhängige Downstream-Pfade in Rutenhirsen reguliert, und dass dieses weithin beobachtete Phänomen bei Gräsern durch genetische Manipulation des Zytokinin-Katabolismus erfolgreich verändert werden kann.
Somit wird diese Arbeit eine wirkungsvolle Strategie zur Bewältigung der Herausforderungen bieten, die bei der künftigen Verbesserung agronomisch wichtiger Merkmale von Futter- und Bioenergiepflanzen entstehen.
Mehr Informationen:
Ruijuan Yang et al., miR156-PvSPL2 steuert die Halmentwicklung durch transkriptionelle Unterdrückung der CYTOKININ-OXIDASE/DEHYDROGENASE4 der Rutenhirse. Das Pflanzenjournal (2024). DOI: 10.1111/tpj.16728