Die Züchtungsbemühungen haben sich intensiv auf die Verbesserung des Kornertrags und der Kornqualität beim Weizen (Triticum aestivum L.) konzentriert. Gehalt und Zusammensetzung von Getreidestärke und Samenspeicherprotein (SSP) sind zwei entscheidende Faktoren, die den Getreideertrag und die Qualität bestimmen. Der Stärkegehalt hängt eng mit dem Korngewicht zusammen, während der SSP-Gehalt und die Zusammensetzung einen direkten Einfluss auf die Qualität des Mehls haben. Allerdings besteht häufig ein negativer Zusammenhang zwischen SSP-Gehalt (Qualität) und Stärkegehalt (Getreideertrag).
Kürzlich identifizierte die Forschungsgruppe von Xiao Jun am Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen Trimerkomplex, TaNF-Y, der gleichzeitig die Biosynthese von Stärke und SSP regulieren kann.
Die Forschungsergebnisse waren veröffentlicht online am 18. September 2024, in Die Pflanzenzelle mit dem Titel „NUCLEAR FACTOR-Y-POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX2 dynamisch orchestriert die Biosynthese von Stärke- und Samenspeicherproteinen in Weizen.“
Frühere Studien haben über die Transkriptionsregulation von Weizen-SSP-kodierenden Genen und Stärke-Biosyntheseenzym-kodierenden Genen berichtet. Allerdings ist wenig darüber bekannt, wie Transkriptionsfaktoren sowohl SSP als auch die Stärkeakkumulation regulieren und das Gleichgewicht zwischen Qualität und Ertrag koordinieren.
TaNF-Y umfasst TaNF-YA3-D, TaNF-YB7-B und TaNF-YC6-B. Diese Trimerkomplexe regulieren direkt oder indirekt die Synthese von SSP und Stärke, indem sie ihre eigenen Transkriptionsmuster verändern.
„Eine Abnahme des Stärkegehalts und ein Anstieg des Speicherproteingehalts wurden beobachtet, nachdem die Gene TaNF-YA3 und TaNF-YC6 mithilfe der RNAi-Interferenztechnologie zum Schweigen gebracht wurden“, sagte Professor Xiao.
Weitere Analysen ergaben, dass der TaNF-Y-Trimerkomplex mit Polycomb Repressive Complexes 2 (PRC2) interagiert, Histon-H3K27me3-Modifikationen rekrutiert und die Transkription der SSP-kodierenden Gene TaLMW-400 und TaGli-γ-700 sowie einen negativen Regulator von hemmt Stärke-kodierende Gene, TaNAC019. Auf diese Weise reguliert es direkt den Weizen-SSP und indirekt die Stärkeansammlung.
Darüber hinaus beeinflussen natürliche Variationen in der kodierenden Region von TaNF-YB7-B dessen Interaktion mit PRC2, wobei der Haplotyp TaNF-YB7-BHap2 höhere Stärkegehalte und niedrigere SSP-Gehalte aufweist. Dies wurde während des Züchtungsprozesses positiv ausgewählt und steht im Einklang mit dem Ziel, den Ertrag im chinesischen Züchtungsprozess zu steigern.
Weitere Informationen:
Jinchao Chen et al., NUCLEAR FACTOR-Y–POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX2 orchestriert dynamisch die Biosynthese von Stärke- und Samenspeicherproteinen in Weizen, Die Pflanzenzelle (2024). DOI: 10.1093/plcell/koae256