Wie gentechnisch veränderte Walnüsse durch Veredelung der Dürre trotzen

Dürre ist eine große Bedrohung für die weltweite Walnussproduktion und führt häufig zu geringeren Erträgen und schwächeren Bäumen. Während traditionell das Pfropfen eingesetzt wird, um die Widerstandsfähigkeit von Obst- und Nussbäumen zu verbessern, sind die genauen Mechanismen der Signalübertragung zwischen Unterlagen und Edelreisern noch immer unklar. Angesichts dieser Herausforderungen besteht dringender Bedarf an der Erforschung, wie genetische Veränderungen in Unterlagen genutzt werden können, um die Dürretoleranz von Walnussbäumen zu verbessern.

Forscher der Zhejiang A&F University haben veröffentlichte eine Studie In Gartenbauforschung am 24. Mai 2024, untersucht, wie sich genetisch veränderte Wurzelstöcke auf Dürrereaktionen bei veredelten Walnussbäumen auswirken. Die Forschung konzentrierte sich auf das Gen JrGA20ox1, das eine Schlüsselrolle bei der Gibberellinproduktion spielt, und untersuchte, wie seine Überexpression oder Unterdrückung in Wurzelstöcken die Leistung der Edelreiser bei Dürre beeinflusst. Diese Studie beleuchtet das Potenzial der Verwendung von Wurzelstockmodifikationen zur Entwicklung dürreresistenterer Baumsorten.

Die Studie verwendete eine fortschrittliche Pfropftechnik, bei der Wildtyp-Walnuss-Edelreiser auf gentechnisch veränderte Unterlagen gepfropft wurden, die das Gen JrGA20ox1 entweder überexprimierten oder unterdrückten. Unter dürreähnlichen Bedingungen zeigten Edelreiser, die auf JrGA20ox1-überexprimierende Unterlagen gepfropft wurden, eine verringerte Dürretoleranz, die sich durch niedrigere Chlorophyllwerte, vermehrte Blattvergilbung und erhöhten oxidativen Stress auszeichnete.

Umgekehrt zeigten auf Unterlagen gepfropfte Edelreiser, bei denen JrGA20ox1 unterdrückt wurde, eine höhere Dürretoleranz, behielten mehr Chlorophyll, litten unter weniger oxidativem Stress und hatten weniger Wasserverlust. Weitere Analysen ergaben, dass Gibberelline, insbesondere GA4, bei dieser Signalübertragung von der Unterlage zum Edelreiser eine entscheidende Rolle spielen, da sie von der Unterlage zum Edelreiser wandern und die Dürrereaktion direkt beeinflussen.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass kleine RNAs aus dem JrGA20ox1-RNAi-Vektor in den Unterlagen in die Edelreiser wandern, wodurch die JrGA20ox1-Expression weiter herunterreguliert und die Dürretoleranz gestärkt wird. Diese Ergebnisse unterstreichen das erhebliche Potenzial der Genmanipulation in Unterlagen zur Verbesserung der Dürreresistenz veredelter Bäume.

Der leitende Forscher Dr. Qixiang Zhang hob die weitreichenden Auswirkungen der Studie hervor und sagte: „Diese Forschung liefert entscheidende Erkenntnisse darüber, wie genetische Veränderungen in Wurzelstöcken genutzt werden können, um die Dürretoleranz bei veredelten Bäumen zu verbessern. Unsere Erkenntnisse erweitern nicht nur unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Wurzelstock und Edelreis, sondern ebnen auch den Weg für die Entwicklung widerstandsfähigerer Pflanzensorten als Reaktion auf den Klimawandel. Die Fähigkeit, Dürrereaktionen durch die Genexpression von Wurzelstöcken präzise zu steuern, könnte die Baumzucht und die landwirtschaftlichen Praktiken revolutionieren.“

Die Ergebnisse haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Landwirtschaft, insbesondere in dürregefährdeten Regionen. Durch die genetische Veränderung von Wurzelstöcken können Landwirte die Widerstandsfähigkeit ihrer Nutzpflanzen erhöhen, ohne das Erbgut der Früchte zu verändern. Dieser Ansatz ist auch für die Anwendung bei anderen Baumarten vielversprechend und ermöglicht die Entwicklung neuer dürreresistenter Sorten. Die Studie unterstreicht die dringende Notwendigkeit weiterer Forschungen zu Veredelungstechnologien als nachhaltige Strategie zur Gewährleistung der globalen Nahrungsmittelsicherheit.