Die Blütenstandsarchitektur von Kulturpflanzen wie Gerste wird maßgeblich durch die Aktivität und das Schicksal der Meristeme geregelt, die wiederum eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Anzahl der Blütenstrukturen für die Getreideproduktion spielen.
Ährchen sind die grundlegende Fortpflanzungseinheit der Grasblütenstände. Die Identität und Determiniertheit vieler Grasmeristeme wird teilweise durch eine Gruppe von Genen bestimmt, die speziell an Organgrenzen exprimiert werden und lokale Signalzentren bilden können, die das Schicksal und die Aktivität benachbarter Meristeme regulieren.
Diese Gene sind für den Aufbau und die Erhaltung von Organen von entscheidender Bedeutung. Proteine regulieren verschiedene Zellidentitäten, die Initiierung des Achselmeristems und die ordnungsgemäße Entwicklung benachbarter Organe und Gewebe.
In dieser Studie charakterisierte das Forschungsteam einen Gerstenährchen-Entwicklungsmutanten, Extra Floret-a (flo.a). flo.a produzierte zusätzliche Ährchen und verschmolzene Hüllspelzen aufgrund der fehlerhaften Bildung von Organgrenzen, die Meristeme von sich entwickelnden Organen trennen, wie z. B. Blütenstandsmeristeme und sich entwickelnde Ährchenprimordien.
Die Forschung ist veröffentlicht im Journal Aktuelle Biologie.
Das Gen HvALOG1 spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Blütenstandarchitektur der Gerste. Einerseits ist das grenzlokalisierte Protein mit Signalen verbunden, die eine ordnungsgemäße Entwicklung des Ährchenmeristems bewirken (dh nicht-zellautonom); Andererseits steuert es die Grenzbildung zwischen Blütenorganen (autonom).
„Wir zeigen, dass Mutationen in HvALOG1 zur Produktion zusätzlicher Ährchen führen und mit der Verschmelzung von Blütenorganen infolge einer fehlerhaften Grenzbildung in Zusammenhang stehen“, sagt Guojing Jiang, Erstautor der Studie.
„Unsere Studie bietet neue Einblicke in die Funktion von Mitgliedern der ALOG-Familie bei der Regulierung der Meristemaktivität und der Blütenstandsentwicklung in Gerste“, sagt Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch. „Diese Erkenntnisse können zu unserem Verständnis der molekularen Mechanismen beitragen, die der Blütenstandsentwicklung zugrunde liegen, und möglicherweise Auswirkungen auf die Verbesserung der Nutzpflanzen haben.“
Die Identifizierung des Weizengens ALOG-1 und seine Funktion während der Ährchenentwicklung wurde in beschrieben Mitveröffentlichter Artikel von Gauley, die zeigt, dass Weizen-ALOG-1 nicht im Ährchenmeristem exprimiert wird, aber im Mutanten zusätzliche Ährchen produziert, was mit dem bei Gerste festgestellten Effekt übereinstimmt.
„Unsere gemeinsamen Ergebnisse zeigen einen wichtigen und konservierten Mechanismus von ALOG1 bei der Spezifizierung der Ährchen-Meristem-Bestimmung und der Aufrechterhaltung des charakteristischen ährenförmigen Blütenstands von Getreide in Triticeae-Gräsern“, sagt Schnurbusch.
Mehr Informationen:
Guojing Jiang et al., Nicht-zellautonome Signalisierung im Zusammenhang mit Gerste ALOG1 bestimmt die Determiniertheit des Ährchenmeristems, Aktuelle Biologie (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.04.083
Bereitgestellt vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung