von KeAi Communications Co., Ltd.
Alfalfa (Medicago sativa), gemeinhin als „König der Gräser“ bezeichnet, ist eine Hülsenfrucht, die in vielen Teilen der Welt als Tierfutterquelle angebaut wird. Es wird in der Futterindustrie für seinen hohen Proteingehalt und Biomasseertrag geschätzt. Kürzlich hat Alfalfa-Protein Anwendungen in der Aquakultur, der Tiernahrungsindustrie und der menschlichen Ernährung gefunden. Darüber hinaus wird es als umweltfreundliche Kulturpflanze mit positiven Auswirkungen auf die Biodiversität und die Erhaltung des Bodenstickstoffs angesehen.
Alfalfa produziert zwei Arten von Samen – hart und nicht hart – ohne offensichtliche sichtbare Unterschiede. Leider lassen sich die harten Saaten nicht vermeiden und stellen aus wirtschaftlicher Sicht eine große Herausforderung dar. Harte Samen haben einen geringen Wert, da sie eine langsame Keimung, eine ungleichmäßige Setzlingsbildung, eine erhöhte Unkrautkonkurrenz und ein Scheitern der Keimung verschlimmern.
Die Samenruhe – die verzögerte Keimung nach der Embryogenese – hat mehrere Ruhekategorien. Von diesen wird vermutet, dass die hormonvermittelte physiologische Ruhe (PD), die harte Aussaat für die physikalische Ruhe (PD) und die kombinatorische Ruhe (PY + PD) eine Rolle bei der Keimung von Luzernesamen spielen.
Bemerkenswerterweise gibt es einen Mangel an harter Saatgutforschung bei Hülsenfrüchten, und bis vor kurzem wurde angenommen, dass die Ruhephase bei Luzerne nur den PY-Typ einschließt. Jetzt haben Wissenschaftler des College of Grassland Science and Technology der China Agricultural University unter der Leitung von Associate Professor Shangang Jia das PY+PD-Muster in dieser Hülsenfruchtart durch Multispectral Imaging (MSI)-Technologie in Kombination mit „Multi-Omics“-Plattformen entdeckt.
Ihre Studie wurde veröffentlicht in Das Erntejournal.
Dr. Jia erklärt ihre Motivation hinter dieser Forschung: „Das Studium der Ruhe in harten und nicht harten Alfalfa-Samen ist problematisch. Vergleichende Forschung durch Einweichen der Samen in Wasser – eine Technik, die als Imbibition bezeichnet wird – ist zeitaufwändig und verursacht die Nicht -harte Samen zu keimen. Wir brauchten einen genauen, zerstörungsfreien Ansatz mit hohem Durchsatz, um tiefere Einblicke zu gewinnen.“
Durch die Kombination von MSI mit Multi-Omics-Plattformen (Transkriptomik, Metabolomik und Methylomik) entwickelte das Team eine Hochdurchsatztechnik zur Identifizierung von Samen, zum Vergleich des Ruhezustandsmusters und zur Beobachtung von Unterschieden in Physiologie, Stoffwechsel und Genexpression in harten und nicht- harte Samen.
„Die Technik konnte harte Luzernesamen mit hoher Genauigkeit – von bis zu 100 % – erfolgreich identifizieren. Darüber hinaus zeigten die Transkriptomik-, Metabolomik- und Methylomikanalysen, dass die Reaktionen auf Abscisinsäure (ABA) eine Schlüsselrolle bei harten Luzernesamen spielten“, fügt Jia hinzu.
ABA – ein Hormon, das Ruhe einleitet – wirkt wie eine Schlaftablette, die Samen in einem Ruhezustand hält. Darüber hinaus bestimmt auch das Gleichgewicht von ABA und anderen Hormonen wie Indolessigsäure (IAA) und Jasmonsäure (JA) den Grad der Samenruhe. Im Vergleich zu nicht harten Samen waren harte Samen mit Antioxidantien und Flavonoiden, Lipiden und Hormonbiosynthesewegen angereichert. Darüber hinaus unterstrichen die erhöhte Expression von ABA-Genen und die unterschiedliche Methylierung von auf ABA ansprechenden Genen in harten Luzernesamen die ABA-Antworten.
Das Team identifizierte auch Nicht-PY-Hartsamen, die höhere ABA/IAA- und ABA/JA-Werte enthielten und nach der Behandlung zur Unterbrechung der Ruhephase nicht keimten. Dieser Befund bestätigte die Beteiligung des PD-Musters und wies darauf hin, dass PY + PD und nicht PY allein das Keimungsversagen harter Luzernesamen steuerte.
„Wir glauben, dass wir einen theoretischen und technischen Rahmen für die Erforschung der harten Samenruhe von Alfalfa bereitgestellt haben, und unsere Ergebnisse könnten sicherlich die optimale Verarbeitung dieser Samen in der Alfalfa-Saatgutindustrie leiten“, schließt Jia.
Mehr Informationen:
Xuemeng Wang et al., Mehrere Omics-Datensätze zeigen eine signifikante physikalische und physiologische Ruhe in harten Alfalfa-Samen, die durch multispektrale Bildgebungsanalyse identifiziert wurden, Das Erntejournal (2023). DOI: 10.1016/j.cj.2023.03.003
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