Das Ende einer Ähre

AP2L-5 verantwortlich für unterschiedlichen Aufbau von Weizen- und Gerstenähren

11.03.2021 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Gerstenähre. (Bildquelle: © Erich Westendarp / Pixabay / CC0)

Gerstenähre. (Bildquelle: © Erich Westendarp / Pixabay / CC0)

Getreidearten bilden Ähren aus, an denen die Körner sitzen. Doch obwohl sich Weizen- und Gerstenähren ähneln, gibt es deutliche Unterschiede. Mitverantwortlich dafür ist das Protein AP2L-5, dass dafür sorgt, dass das teilungsfähige Gewebe an der Ährenspitze der Gerste erhalten bleibt.

Auf den ersten Blick ähneln sich die Ähren von Gerste und Weizen. Der größte Unterschied scheint darin zu bestehen, dass Gerstenähren lange Grannen aufweisen, Weizenähren nicht. Doch schaut man genauer hin, dann sieht man mehr: Die gesamte Ährenarchitektur unterscheidet sich. Bei Gerste gibt es theoretisch unbegrenzt viele Ährchenprimordien, die jedoch jeweils nur eine Blüte und ein Korn ausbilden. Weizen hingegen hat eine begrenzte Anzahl von Ährchenprimordien, aus denen jedoch jeweils drei bis vier Körner hervorgehen.

„Weizen und Gerste haben sich da beide etwas Gutes ausgedacht“, sagt Prof. Dr. Maria von Korff Schmising. Sie leitet an der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf das Institut für Pflanzengenetik und betreut gleichzeitig eine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln. Gemeinsam mit einem Team hat Maria von Korff Schmising jetzt ein Protein identifiziert, dass für diese Unterschiede mitverantwortlich ist. Es handelt sich um den Transkriptionsfaktor AP2L-5, der in Weizen- und Gerste unterschiedlich exprimiert wird und auf das Apikalmeristem einwirkt.

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Frühes Entwicklungsstadium der Ähre in einer untersuchten Gersten-Mutante. Grün markiert ist das Meristem der Hüllspelze, das ein endständiges Blütchen umschließt.

Frühes Entwicklungsstadium der Ähre in einer untersuchten Gersten-Mutante. Grün markiert ist das Meristem der Hüllspelze, das ein endständiges Blütchen umschließt.

Bildquelle: © HHU / Jinshun Zhong

Teilungsfähigkeit erhalten oder ausdifferenzieren

Denn der Grund für die Unterschiede in der Ährenarchitektur liegt genau hier begründet. Im teilungsfähigen Gewebe an der Sprossspitze sitzen undifferenzierte Zellen, die mit den tierischen Stammzellen vergleichbar sind. Sie bilden neue Organe: in der jungen Pflanze zunächst Blätter, später einen Blütenstand mit Ährchen, Blüten und Körnern. Bei der Gerste bleibt das Apikalmeristem immer erhalten, hört aber irgendwann damit auf, neue Ährchen auszubilden. Bei Weizen hingegen wandelt sich das Apikalmeristem nach einer gewissen Zeit in ein endständiges Ährchen um.

Doch es ist nicht so, dass eine Strategie von vornherein besser wäre als die andere. Es handelt sich vielmehr um zwei unterschiedliche Wege, die Kornanzahl zu maximieren. Am Ende bestimmt zudem nicht nur die Anzahl der Blüten über den Ertrag, sondern auch Umweltfaktoren wie Nährstoff- und Wasserhaushalt oder Temperatur.

Ein Schritt auf dem Weg zu ertragreicheren Getreiden

Als nächstes will Maria von Korff Schmising herausfinden, wie genau AP2L-5 in verschiedenen Meristemen wirkt und in welche Regelnetzwerke es eingebunden ist. „Wir kennen jetzt ein Gen, dass dabei hilft, dass das Apikalmeristem am Leben bleibt“, sagt sie. „Doch wie genau das funktioniert, müssen wir erst noch verstehen“.

Die Erkenntnisse könnten dabei helfen, Getreidesorten mit einem höheren Kornertrag zu züchten. Möglich wäre zum Beispiel eine Kombination der Strategien von Weizen und Gerste: Pro Ährchen mehrere Körner (Weizen) und dazu ein ständig aktives Apikalmeristem, was insgesamt eine größere Anzahl von Ährchen ausbildet (Gerste).


Quelle:
Zhong, J. et al. (2021): INTERMEDIUM-M encodes an HvAP2L-H5 ortholog and is required for inflorescence indeterminacy and spikelet determinacy in barley. In: Proc Natl Acad Sci U S A, 118(8):e2011779118, (23. Februar 2021), doi: 10.1073/pnas.2011779118.

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Titelbild: Gerstenähre. (Bildquelle: © Erich Westendarp / Pixabay / CC0)