Forschung in der Präzisionslandwirtschaft identifiziert ein Gen, das die Produktion von Blüten und Früchten in Erbsenpflanzen steuert

Das Ende der Fortpflanzungsperiode, wenn Blüten und Früchte entstehen, ist ein entscheidender Moment im Lebenszyklus der Pflanzen. Allerdings müssen die Faktoren, die diesen Prozess steuern, besser verstanden werden.

Ein Forschungsteam unter der Leitung des Forschungsinstituts für Pflanzenmolekular- und Zellbiologie (IBMCP), einem gemeinsamen Zentrum des Consejo Superior de Investigaciones Científicas (Spanisches Nationales Forschungsrat; CSIC) und der Universitat Politècnica de València (UPV), hat herausgefunden, dass a Das FUL genannte Gen steuert die Dauer der Fortpflanzungsphase in Nutzpflanzen wie Erbsen. Dieses Gen könnte als biotechnologisches Werkzeug genutzt werden, um diese Phase zu verlängern und so die Produktion von Früchten und Samen in Erbsen und anderen Hülsenfrüchten wie Kichererbsen, Linsen oder Bohnen zu steigern.

Die Arbeit war veröffentlicht im Tagungsband der National Academy of Sciences (PNAS).

Einjährige Pflanzen haben nur eine Fortpflanzungsperiode und produzieren Blüten und Früchte. Wissenschaftler suchen nach genetischen Faktoren, die dazu führen, dass Pflanzen die Blüte stoppen, um die Länge ihrer Fortpflanzungsphase zu steuern. Vor einigen Jahren identifizierte die Gruppe um Cristina Ferrándiz, CSIC-Forschungsprofessorin am IBMCP, ein Gen namens FUL (FRUITFULL) als wichtigen Regulator der Blütestopps.

„Die ersten Studien wurden nur an Arabidopsis durchgeführt, einer Laborpflanze ohne agronomisches Interesse“, erinnert sich Ferrándiz. „Wir wollten wissen, ob diese Funktion von FUL auch bei anderen Arten, insbesondere bei Nutzpflanzen, der Fall ist, und ob wir dieses Wissen nutzen können, um Pflanzen zu erzeugen, die länger Blüten und Früchte produzieren und daher einen höheren Ertrag erzielen“, fasst sie zusammen.

Zu diesem Zweck untersuchte das Team um den CSIC-Forscher Francisco Madueño am IBMCP, an dem französische und kanadische Wissenschaftler beteiligt waren, die Rolle des FUL-Gens in Erbsenpflanzen, einer Hülsenfrucht mit hohem Nährwert.

„Wir haben gesehen, dass Mutationen, die zu einem Funktionsverlust der FUL-Gene in Erbsen führen, dazu führen, dass die Pflanzen viel länger Blüten und damit Früchte produzieren. Das sagt uns, dass FUL nicht nur die Dauer der Fortpflanzungsphase steuert.“ Laborpflanze Arabidopsis, sondern auch bei anderen Arten, einschließlich Nutzpflanzen“, erklärt Ferrándiz.

„Die verlängerte Blüten- und Fruchtproduktion bedeutet, dass Mutationen in den FUL-Genen bei bestimmten Erbsensorten die Samenproduktion verdoppeln können, mit identischen Ernährungseigenschaften wie nicht mutierte Pflanzen, sowohl im Gewächshaus als auch auf dem Feld“, sagt sie.

Mit klassischen Methoden erzeugte Mutanten

Die Autoren der Studie betonen, dass sie zur Gewinnung der Mutationen in den analysierten FUL-Genen Mutantenbanken verwendeten, die mit klassischen Methoden gewonnen wurden, ohne transgene Pflanzen zu erzeugen.

Infolgedessen „kann die Methode zur Gewinnung neuer Pflanzensorten auf der traditionellen Mutagenese basieren, wie sie heute und in dieser Studie verwendet wird, oder auf der Genbearbeitung mit CRISPR, dem vielversprechendsten und leistungsstärksten Werkzeug für die Präzisionslandwirtschaft in naher Zukunft“, heißt es Madueño.

„Die potenzielle Anwendung dieser Ergebnisse besteht darin, die FRUITFULL-Gene als biotechnologisches Werkzeug zur Verbesserung des Ertrags von Hülsenfrüchten zu nutzen. Der deutlichste Anstieg des Samenertrags wurde bei Erbsensorten mit mittlerem Ertrag beobachtet. Im Gegensatz dazu bei Sorten mit hohem Ertrag.“ , die bereits einen sehr hohen Ertrag aufweisen, ist der Effekt von Mutationen in den FUL-Genen gering“, sagt Ferrándiz.

Für die IBMCP-Forscher könnten die FRUITFULL-Gene von Nutzen sein, um Hülsenfruchtsorten schnell und direkt zu verbessern. Sie sind sehr wertvoll, da sie interessante Eigenschaften aufweisen, wie z. B. eine hohe Resistenz gegen Krankheitserreger oder Trockenheit, werden jedoch derzeit aufgrund ihrer geringen Erträge nicht verwendet.

„Die Mutation der FUL-Gene in diesen Sorten würde sie höchstwahrscheinlich auch zu ertragreichen und nützlichen Sorten für die Landwirtschaft machen. Dies könnte angesichts der Herausforderungen, denen wir im Zusammenhang mit der Klimakrise gegenüberstehen, und der Notwendigkeit, Sorten zu entwickeln, die ihr besser standhalten, sehr wichtig sein.“ , sagen die Forscher.