Forscher enthüllen den Einfluss von Brassinosteroid- und Zuckersignalen auf die Regulierung der Weizenkorngröße

Die Korngröße spielt eine zentrale Rolle bei der Bestimmung des Weizenertrags, und die präzise Regulierung der Kornentwicklung hat sich als Schlüsselstrategie für die Ertragssteigerung mehrerer Grundnahrungsmittel wie Reis und Mais herausgestellt. Die genetischen Grundlagen und potenziellen molekularen Regulierungsmechanismen, die kritische Aspekte der Weizenkornentwicklung steuern, sind jedoch noch immer unklar, was zu einem Engpass bei der Suche nach einer Steigerung des Weizenertrags führt.

In einer aktuellen Gemeinschaftsstudie veröffentlicht in PflanzenbiotechnologieForscher unter der Leitung von Professor Xiao Jun vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben in Zusammenarbeit mit Professor Bai Mingyi von der Shandong-Universität ein genetisches Modul identifiziert, das die Länge von Weizenkörnern reguliert, und so neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen ihnen liefert Brassinosteroid (BR) und Zuckersignale beeinflussen die Korngröße.

Die Forscher verwendeten eine Kombination aus genomweiten Assoziationsstudien und Verknüpfungsanalysen, um einen atypischen Helix-Loop-Helix-Transkriptionsfaktor, TabHLH489-D1, zu identifizieren, der signifikant mit der Weizenkornlänge korreliert. Es wurde festgestellt, dass TabHLH489-D1 und seine homologen Gene sowohl die Kornlänge als auch das Tausendkorngewicht reduzieren.

Sie zeigten, dass TaSnRK1α1 den Abbau von TabHLH489 durch Phosphorylierung erleichtert und dadurch die Verlängerung der Samenschalenzellen in den frühen Stadien der Weizenkornentwicklung fördert. Zucker wiederum induziert die Akkumulation des Proteins TaSnRK1α1, was den Abbau von TabHLH489 weiter fördert und insgesamt die Weizenkornentwicklung reguliert.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass TabHLH489 ein negativer Regulator des Pflanzenhormons BR ist und dass der Abbau von TabHLH489 die Empfindlichkeit gegenüber BR in Weizen erhöht. Bei Weizenmutanten mit dem BR-Rezeptor Tabzr1 und Überexpression der BR-negativen regulatorischen Kinase TaSK2 ist eine erhöhte Expression der TabHLH489-Expression mit kürzeren Weizenkörnern und einem verringerten Tausendkorngewicht verbunden.

Umgekehrt führt eine Verringerung der TabHLH489-Expression in TaSK2-Knockout-Mutanten und Pflanzen mit überexprimiertem TaBZR1 zu längeren Weizenkörnern und einem erhöhten Tausendkorngewicht.

Bemerkenswerterweise interagiert TaBZR1 direkt mit dem TabHLH489-Promotor und hat eine unterdrückende Wirkung auf dessen Expression. Die natürliche Variation der TabHLH489-D1-Promotorregion beeinflusste die TaBZR1-Bindung, verringerte die TabHLH489-D1-Expression und erhöhte folglich die Kornlänge.

In dieser Studie wurde das Schlüsselgen TabHLH489 erfolgreich geklont und seine Rolle bei der Regulierung der Weizenkornlänge aufgeklärt. Die Identifizierung eines funktionellen Genmoduls, das die Weizenkorngröße reguliert, und die Aufklärung der Mechanismen der BR- und Zuckerregulation von TabHLH489 sowohl auf Transkriptions- als auch auf Proteinebene stellen einen wichtigen Meilenstein dar.

Die Ergebnisse liefern nicht nur wichtige theoretische Unterstützung, sondern liefern auch wertvolle allelische genetische Ressourcen für zukünftige Weizenzüchtungsbemühungen.