Forscher enthüllen den Einfluss von Brassinosteroiden und Zuckersignalen auf die Regulierung der Weizenkorngröße

Die Korngröße spielt eine zentrale Rolle bei der Bestimmung des Weizenertrags, und die genaue Regulierung der Kornentwicklung hat sich als Schlüsselstrategie zur Ertragssteigerung bei mehreren Grundnahrungsmitteln wie Reis und Mais herausgestellt. Die genetischen Grundlagen und potenziellen molekularen Regulierungsmechanismen, die kritische Aspekte der Weizenkornentwicklung steuern, sind jedoch noch immer unklar, was zu einem Engpass bei der Suche nach einer Steigerung des Weizenertrags führt.

In einer aktuellen Zusammenarbeit Studie veröffentlicht in PflanzenbiotechnologieForscher unter der Leitung von Prof. Xiao Jun vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben zusammen mit Prof. Bai Mingyi von der Shandong-Universität ein Genmodul identifiziert, das die Kornlänge in Weizen reguliert, und liefern neue Erkenntnisse darüber, wie Die Wechselwirkung zwischen Brassinosteroid (BR) und Zuckersignalen beeinflusst die Korngröße.

Die Forscher nutzten eine Kombination aus genomweiten Assoziationsstudien und Verknüpfungsanalysen, um einen atypischen Helix-Loop-Helix-Transkriptionsfaktor, TabHLH489-D1, zu lokalisieren, der signifikant mit der Kornlänge in Weizen korreliert. Es wurde festgestellt, dass TabHLH489-D1 und seine homologen Gene sowohl die Kornlänge als auch das Tausendkorngewicht reduzieren.

Sie zeigten, dass TaSnRK1α1 den Abbau von TabHLH489 durch Phosphorylierung erleichtert und dadurch die Verlängerung der Samenschalenzellen in den frühen Stadien der Weizenkornentwicklung fördert. Zucker wiederum induziert die Akkumulation des Proteins TaSnRK1α1, was den Abbau von TabHLH489 weiter beschleunigt und insgesamt die Weizenkornentwicklung reguliert.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass TabHLH489 ein negativer Regulator des Pflanzenhormons BR ist und dass die Ausschaltung von TabHLH489 die BR-Empfindlichkeit in Weizen erhöht. Bei Weizenmutanten mit dem BR-Rezeptor Tabzr1 und Überexpression der BR-negativen Regulatorkinase TaSK2 ist eine erhöhte Expression der TabHLH489-Expression mit kürzeren Weizenkörnern und einer Abnahme des Tausendkorngewichts verbunden.

Umgekehrt führt eine Verringerung der TabHLH489-Expression in TaSK2-Knockout-Mutanten und Pflanzen mit überexprimiertem TaBZR1 zu längeren Weizenkörnern und einem Anstieg des Tausendkorngewichts.

Bemerkenswerterweise interagiert TaBZR1 direkt mit dem TabHLH489-Promotor und hat eine unterdrückende Wirkung auf dessen Expression. Natürliche Variationen in der TabHLH489-D1-Promotorregion beeinflussten die TaBZR1-Bindung, verringerten die TabHLH489-D1-Expression und erhöhten folglich die Kornlänge.

In dieser Studie wurde das Schlüsselgen TabHLH489 erfolgreich geklont und seine Rolle bei der Regulierung der Weizenkornlänge aufgeklärt. Die Identifizierung eines Genfunktionsmoduls, das die Weizenkorngröße reguliert, und die Aufklärung der Regulierungsmechanismen von BR und Zucker auf TabHLH489 sowohl auf Transkriptions- als auch auf Proteinebene stellen einen bedeutenden Meilenstein dar.

Die Ergebnisse bieten nicht nur wichtige theoretische Unterstützung, sondern liefern auch wertvolle allelische Genressourcen für zukünftige Weizenzüchtungsbemühungen.