Forscher erschließen das wassersparende Potenzial von Weizen mit TabHLH27, das Stress und Wachstum ausgleicht

Weizen spielt eine entscheidende Rolle für die globale Ernährungssicherheit, aber Wasserknappheit in ariden und semi-ariden Regionen behindert seine effiziente Produktion, was erhebliche Möglichkeiten zur Wassereinsparung bietet. Daher ist das Verständnis der Gene, die die Trockenheitstoleranz und die Wassernutzungseffizienz von Weizen steuern, von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der genetischen Widerstandsfähigkeit und die Züchtung wassereffizienter Sorten.

In einer aktuellen Studie unter der Leitung von Prof. Xiao Jun vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben Forscher gezeigt, wie TabHLH27, ein vielversprechender quantitativer Trait-Locus-Kandidat sowohl für das relative Wurzeltrockengewicht als auch für die Ährchenzahl pro Spike in Weizen, verbessert die Trockenheitstoleranz und die Wassernutzungseffizienz von Weizen, indem es Stress und Wachstum ausgleicht.

Die Studie, veröffentlicht in Zeitschrift für Integrative Pflanzenbiologiebeleuchtet die vielfältige Regulierung von TabHLH27.

Die Forscher identifizierten einen gemeinsamen genetischen Ort, der mit Dürretoleranz sowohl im Sämlings- als auch im Reifestadium verbunden ist, und identifizierten TabHLH27-A1 durch eine Analyse des Expressionsprofils als Schlüsselkandidaten. Das Ausschalten von TabHLH27 verringerte die Trockenheitstoleranz des Weizens, die Ährchenzahl pro Ähre, den Getreideertrag und die Wassernutzungseffizienz erheblich.

Die Rolle von TabHLH27 beinhaltet eine duale Transkriptionsaktivität, die Aktivierung von Stressreaktionsgenen bei gleichzeitiger Unterdrückung von Entwicklungsgenen, möglicherweise durch Interaktionen mit Co-Faktoren wie TabZIP62-D1 und TaABI3-D1. Sein dynamischer Ausdruck unter Trockenstress, der schnell induziert wird, aber mit der Zeit abnimmt, lässt auf eine differenzierte Reaktion für eine verbesserte Anpassung schließen. Die Interaktion mit Transkriptionsfaktoren wie TaNAC29-A1 bildet ein hierarchisches regulatorisches Netzwerk, das für die Reaktion von Weizen auf wasserarme Umgebungen entscheidend ist.

Darüber hinaus wirkte sich die natürliche Variation in der Promotorregion TabHLH27-A1 auf die Transkriptionsreaktion auf Trockenstress aus, wobei der Haplotyp TabHLH27-A1Hap-II eine überlegene Trockenheitstoleranz, größere Wurzeln, einen höheren Ertrag und eine effizientere Wassernutzung aufwies.

Die Verteilung der TabHLH27-A1-Allele in China korreliert mit dem Niederschlag, was aufgrund seiner geringen Häufigkeit in modernen Sorten das überlegene TabHLH27-A1Hap-II in der Zucht begünstigt, was auf ein starkes Zuchtpotenzial hinweist. Die Rückkreuzung des überlegenen Haplotyps in wichtige Weizensorten verbesserte die Dürretoleranz, den Ertrag und die Wassernutzungseffizienz.

Diese Studie erläutert den molekularen Mechanismus von TabHLH27, der die Dürretoleranz und die Wassernutzungseffizienz bei Weizen reguliert, vertieft unser Verständnis der Reaktion von Weizen auf Dürrestress und das Stress-Wachstums-Gleichgewicht und liefert wesentliche genetische Ressourcen und Selektionsziele für die Züchtung dürreresistenter, wassersparender Pflanzen , ertragreiche Weizensorten.