Jüngste Forschungen haben die genetischen Mechanismen hinter der Salztoleranz des Strandflieders (Limonium bicolor) durch die Untersuchung grundlegender Helix-Loop-Helix-Transkriptionsfaktoren (bHLH) aufgedeckt. Die Studie identifizierte 187 bHLH-Gene und beleuchtete deren Rolle bei der Entwicklung von Salzdrüsen und Stressreaktionen. Die CRISPR-Cas9-Validierung zeigte die entscheidende Rolle spezifischer bHLH-Gene bei der Verbesserung der Salztoleranz und ebnete damit den Weg für zukünftige Anwendungen in der Nutzpflanzenverbesserung und der Bewirtschaftung salzhaltiger Böden.
Basic Helix–Loop–Helix (bHLH)-Transkriptionsfaktoren sind für verschiedene Prozesse in Pflanzen, wie Wachstum, Entwicklung und Stressreaktionen, unerlässlich. Strandflieder, ein Rekretohalophyt mit einzigartigen Salzdrüsen, weist eine hohe Salztoleranz auf und ist daher ein ideales Modell für die Untersuchung von Salzresistenzmechanismen.
Da die Versalzung von Böden eine zunehmende Bedrohung für die globale Landwirtschaft darstellt, ist es von entscheidender Bedeutung, die genetischen Grundlagen der Salztoleranz zu verstehen. Angesichts dieser Herausforderungen könnte die Erforschung der bHLH-Genfamilie in Limonium bicolor wertvolle Anwendungsmöglichkeiten zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen und der Verbesserung salzhaltiger Böden aufzeigen.
Forscher der Shandong Normal University haben bedeutende Fortschritte beim Verständnis der Salztoleranzmechanismen des Strandflieders gemacht und ihre Ergebnisse In Gartenbauforschung am 2. Februar 2024.
Die Studie konzentriert sich auf die genomweite Identifizierung von bHLH-Transkriptionsfaktoren in Strandflieder und ihre Rolle bei der Entwicklung von Salzdrüsen. Durch die Analyse der Eigenschaften, Lokalisierung und phylogenetischen Beziehungen von 187 bHLH-Genen deckten die Forscher ihre bedeutende Rolle bei der Regulierung des Pflanzenwachstums und der Stressreaktionen auf.
Die Studie identifizierte 187 bHLH-Transkriptionsfaktorgene im Genom von Limonium bicolor und enthüllte ihre Rolle bei Pflanzenwachstum, Entwicklung und Stressreaktionen. Bioinformatische Analysen hoben konservierte bHLH-Domänen und cis-regulatorische Elemente hervor, die mit Stresstoleranz und der Entwicklung der Epidermisstruktur verbunden sind. Die Forscher konzentrierten sich auf neun wichtige bHLH-Gene und untersuchten deren Lokalisierung und Expression.
CRISPR-Cas9-Knockout- und Überexpressionslinien unterstrichen die entscheidende Rolle von Lb1G07934 bei der Bildung von Salzdrüsen und der Salzresistenz. Knockout-Linien zeigten eine erhöhte Salztoleranz und einen Na+-Efflux, während Überexpressionslinien eine reduzierte Salztoleranz aufwiesen. Diese Erkenntnisse deuten auf ein komplexes regulatorisches Netzwerk hin und ebnen den Weg für zukünftige landwirtschaftliche Anwendungen.
Dr. Baoshan Wang, Forscher im Bereich Pflanzenstressbiologie an der Shandong Normal University, erklärte: „Diese Studie stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis der genetischen Mechanismen hinter der Salztoleranz bei Halophyten dar. Die Identifizierung und Funktionsanalyse von bHLH-Genen in Limonium bicolor eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung salztoleranter Nutzpflanzen, die angesichts der zunehmenden Bodenversalzung für die globale Nahrungsmittelsicherheit von entscheidender Bedeutung sind.“
Diese Forschung hat tiefgreifende Auswirkungen: Die Integration der Salztoleranz des Strandflieders in Nutzpflanzen kann die Produktivität auf salzhaltigen Böden steigern und so die globale Nahrungsmittelsicherheit und nachhaltige Landnutzung verbessern. Der Ansatz der Studie zur Genomanalyse und genetischen Modifikation ebnet zudem den Weg zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen gegenüber verschiedenen Stressfaktoren.
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Xi Wang et al., Genomweite Identifizierung von bHLH-Transkriptionsfaktoren und Funktionsanalyse in der Salzdrüsenentwicklung des Recretohalophyten Strandflieders (Limonium bicolor), Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae036