Der Apfelanbau ist stark auf Zwergunterlagen wie M9 angewiesen, um eine hohe Pflanzdichte und eine verbesserte Fruchtqualität zu erreichen. Die genauen Mechanismen hinter dem Zwergeffekt sind jedoch noch unklar. Frühere Studien haben gezeigt, dass Zwergmerkmale komplex sind und mehrere genetische Faktoren beinhalten. Aufgrund dieser Herausforderungen ist eine eingehende Untersuchung erforderlich, um die molekulare Grundlage der Zwergbildung bei Apfelunterlagen aufzudecken.
Ein Forschungsteam der China Agricultural University unter der Leitung von Yi Wang und Zhenhai Han, veröffentlichten ihre Ergebnisse In Gartenbauforschung am 23. Februar 2024. Die Studie konzentriert sich auf das Gen MdARF3, das sich an den Dw1-Loci befindet, und seine unterschiedliche Expression in zwergwüchsigen und kräftigen Apfelunterlagen. Die Entdeckung unterstreicht die bedeutende Rolle von MdARF3 bei der Regulierung der Wurzelverlängerung und Pflanzenhöhe und bietet neue Einblicke in die Züchtung von Apfelunterlagen.
Die Studie ergab, dass die Expression von MdARF3 im Wurzelsystem der M9-Zwergunterlage aufgrund einer Deletion in der Promotorregion geringer ist als bei kräftigen Unterlagen. Diese Deletion beeinträchtigt die Transkriptionsaktivität von MdARF3 erheblich und führt zu verringertem Wurzel- und Pflanzenwachstum. Durch verschiedene Experimente, darunter transgene Tabak- und Apfelmodelle, zeigten die Forscher, dass eine höhere MdARF3-Expression längere Wurzelsysteme und eine größere Pflanzenhöhe fördert.
Weitere molekulare Analysen zeigten, dass der Transkriptionsfaktor MdWOX4-1 MdARF3 positiv reguliert, indem er an seinen Promotor bindet. Beim M9-Genotyp verhindert jedoch die Deletion eines WUSATAg-Elements im MdARF3-Promotor diese Interaktion, was zu einer geringeren MdARF3-Expression und anschließender Verkümmerung führt. Diese Studie bietet ein umfassendes Verständnis der genetischen und molekularen Interaktionen, die der Verkümmerungseigenschaft bei Apfelunterlagen zugrunde liegen.
Dr. Yi Wang, der leitende Forscher, erklärte: „Unsere Erkenntnisse werfen Licht auf die genetischen Mechanismen der Zwergbildung bei Apfelbäumen und eröffnen neue Wege für die molekulare Züchtung. Indem wir den MdARF3-Signalweg gezielt angehen, können wir verbesserte Zwergunterlagen entwickeln, die eine effiziente und nachhaltige Apfelproduktion unterstützen.“
Die Entdeckung des genetischen Schalters MdARF3 hat erhebliche Auswirkungen auf Apfelzuchtprogramme. Durch Manipulation der Expression von MdARF3 können Züchter neue Zwergunterlagen entwickeln, die die Vorteile von dichter Bepflanzung, früher Fruchtproduktion und hervorragender Fruchtqualität vereinen. Dieser Fortschritt steigert nicht nur die Effizienz der Apfelproduktion, sondern unterstützt auch die Einführung mechanisierter landwirtschaftlicher Praktiken, wodurch die Arbeitskosten gesenkt und die Gesamtproduktivität gesteigert wird.
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Jiahong Lv et al, MdARF3 steuert die laterale Wurzelverlängerung, um die Verkümmerung bei Apfelpflanzen zu regulieren, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae051