Diese Studie wurde von Shisheng Chens Gruppe am National Key Laboratory of Wheat Improvement des Peking University Institute of Advanced Agricultural Sciences veröffentlicht. Die Pflanzenarchitektur hat einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenentwicklung und -produktivität und wurde daher bei verschiedenen Pflanzenarten umfassend untersucht. Studien zu den Genen und molekularen Mechanismen, die die Pflanzenarchitektur bei Weizen regulieren, sind jedoch nach wie vor begrenzt.
Die kürzlich erfolgte Zusammenstellung von Referenzgenomsequenzen und die Erzeugung von Mutantenpopulationen haben den Forschern die notwendigen Ressourcen zur Verfügung gestellt, um Gene zu identifizieren, die an der Regulierung der Pflanzenarchitektur bei Weizen beteiligt sind. Shengsheng Bai, Guiping Wang und ihre Kollegen in Chens Gruppe wollten ein Gen identifizieren, das für die Regulierung der Weizenarchitektur verantwortlich ist. Die Studie ist veröffentlicht im Journal Wissenschaft China Biowissenschaften.
Das Team verwendete kartenbasiertes Klonen, um das TaAPA2-Gen zu identifizieren und fand heraus, dass es ein neues Protein mit vWA- und Vwaint-Domänen kodiert. Anschließend demonstrierten sie seine entscheidende Rolle bei der Regulierung verschiedener architektonischer Merkmale von Weizen mithilfe von drei Ansätzen: 20 unabhängige EMS-Mutanten, CRISPR/Cas9-vermittelte Genbearbeitung und stabile transgene Komplementation.
Die Autoren lieferten Beweise dafür, dass die semidominanten EMS-Mutationen in TaAPA2 wahrscheinlich durch dominant-negative Effekte wirken und bestätigten Interaktionen zwischen Wildtyp-TaAPA2NC4 und den mutierten Proteinen sowie Selbstinteraktionen von TaAPA2NC4. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass TaAPA2 mit TaCCDC115 interagierte, einem Protein, das an der Bildung von vakuolarer H+-ATPase (V-ATPase) beteiligt ist.
Knockout-Mutanten von TaCCDC115 in der Weizensorte Fielder zeigten eine signifikante Wachstumsverzögerung. Es wurde beobachtet, dass eine Interaktion zwischen TaCCDC115 und einer V-ATPase-Untereinheit, TaVHA-c, die Bindung zwischen TaAPA2 und TaCCDC115 in Nicotiana benthamiana-Blättern störte.
„Nachdem wir TaAPA2 geklont haben, sind wir nun bereit, tiefer in seine molekularen Mechanismen einzutauchen. TaAPA2 bietet ein erhebliches Potenzial, unser Verständnis von vWA-Domänen-haltigen Proteinen und ihrer Rolle bei der Gestaltung der Pflanzenarchitektur in Weizen zu verbessern“, sagt Chen.
Mehr Informationen:
Shengsheng Bai et al., Mutationen im Weizen-TaAPA2-Gen führen zu pleiotropen Effekten auf die Pflanzenarchitektur, Wissenschaft China Biowissenschaften (2024). DOI: 10.1007/s11427-024-2620-7