Doppelkorn

Eine einzige Mutation verdoppelt die Kornzahl in Hirseähren

12.03.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Hirse (Sorghum bicolor) ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen der Welt. Wissenschaftler haben jetzt einen Mechanismus entdeckt, mit Hilfe dessen sich die Kornanzahl verdoppeln lässt. (Bildquelle: © simikov / Fotolia.com)
Hirse (Sorghum bicolor) ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen der Welt. Wissenschaftler haben jetzt einen Mechanismus entdeckt, mit Hilfe dessen sich die Kornanzahl verdoppeln lässt. (Bildquelle: © simikov / Fotolia.com)

Hirse ist eines der wichtigsten Getreide weltweit. Ähnlich wie Hafer bildet sie Rispen mit vielen kleinen Körnern aus. Wissenschaftler haben jetzt herausgefunden, wie sich die Anzahl der Körner verdoppeln lässt. Lässt sich das Prinzip auch auf andere wichtige Getreide wie Reis, Mais und Weizen übertragen?

Die Hirse (Sorghum bicolor) fristet in Deutschland ein Nischendasein. In vielen Entwicklungsländern in Asien und Afrika ist sie hingegen Grundnahrungsmittel. Ihre Körner werden gemahlen und zu Brei, Grütze oder Fladen verarbeitet, ihre Fasern dienen als Bau- oder Brennmaterial. Am meisten Hirse verbrauchen Indien, Nigeria, Niger und Mali.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat jetzt herausgefunden, wie sich die Anzahl von Körnern an den Hirseähren verdoppeln lässt. Es kommt darauf an, zur richtigen Zeit die Konzentration des Pflanzenhormons Jasmonsäure zu drosseln.

Gleiche Architektur, doppelt so viele Körner

Die Forscher untersuchten dafür hochertragreiche Sorghum-Linien, die bereits vor Jahren mit Hilfe von chemischer Mutagenese entwickelt worden waren. Diese sogenannten multiseed-Mutanten (msd) zeichnen sich dadurch aus, dass sich an ihren Rispen doppelt so viele Körner entwickeln wie bei allen anderen bekannten Sorghum-Varianten.

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Hirse: Das linke Bild zeigt Ährchen, die direkt mit dem Blütenstand verbunden sind und Körner produzieren sowie solche, die über einen kurzen Blütenstiel damit verbunden sind und keine Körner bilden. Bei der Mutante auf der rechten Seite enthalten alle Ährchen Körner.

Hirse: Das linke Bild zeigt Ährchen, die direkt mit dem Blütenstand verbunden sind und Körner produzieren sowie solche, die über einen kurzen Blütenstiel damit verbunden sind und keine Körner bilden. Bei der Mutante auf der rechten Seite enthalten alle Ährchen Körner.

Bildquelle: © Ware Lab, CSHL

Sorghum-Ähren sind aus zwei unterschiedliche Arten von Ährchen aufgebaut. Die einen sind direkt mit dem Blütenstand verbunden (sessile spikelet, SS), die anderen über einen kurzen Blütenstiel (pedicellate spikelet, PS). Normalerweise entwickeln sich nur aus den direkt verbundenen Ährchen Blüten und Körner. Nicht aber bei den msd-Mutanten. Hier bildeten alle Ährchen Körner aus.

Jasmonsäure behindert Kornausbildung

Genetische Analysen zeigten, dass bei den Pflanzen mit doppelter Kornzahl das Gen msd1 mutiert ist. Es enthält die Informationen für einen Transkriptionsfaktor vom Typ TCP, der die Produktion von Jasmonsäure reguliert. In herkömmlichen Sorghum-Varianten ist Jasmonsäure dafür verantwortlich, dass in einem späten Entwicklungsstadium sowohl Staubbeutel als auch Fruchtknoten in den PS-Ährchen absterben. In den Mutanten wird aber die Jasmonsäure-Produktion unterdrückt und daher entwickeln sich in allen Ährchen Körner.

TCP-Transkriptionsfaktoren kommen in vielen Nahrungspflanzen vor. Die Vermutung liegt also nahe, dass sich dieses Prinzip auch auf andere Getreidearten wie Reis, Mais oder Weizen übertragen lässt.

Aber auch Hirse selbst könnte in Zukunft eine wichtigere Rolle auf unserem Speiseplan spielen. Die Pflanze liebt warmes Klima und kommt mit wenig Wasser aus, weil sie zur Fixierung von Kohlendioxid aus der Luft den effizienten C4-Zyklus nutzt. Kurz gesagt: Hirse wächst dort, wo es anspruchsvolleren Getreidearten wie Weizen zu warm und zu trocken ist. Einige Wissenschaftler glauben daher, dass der Hirse im Zuge des Klimawandels bald eine viel bedeutendere Rolle zukommen wird.

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