Gerstenblüten im Fokus
Wichtige Erkenntnisse zur Optimierung des Ernteertrags
Ein Forschungsteam des IPK Leibniz-Instituts hat die molekularen Grundlagen der Ährenbildung bei Gerste erforscht. Ziel ist es, das Ertragspotenzial der Getreidepflanze besser zu erschließen. (Bildquelle: © T. Schnurbusch / PK Leibniz-Institut)
Eine neue Studie des IPK Leibniz-Instituts hat bahnbrechende Erkenntnisse zur Blütendegeneration bei Gerste zu Tage gefördert. Die Forscher identifizierten den Abbau von Zucker und Aminosäuren sowie die verstärkte Produktion von Abscisinsäure als zentrale Prozesse während der Degeneration der Ährenspitze. Zudem wurde das Gen GRASSY TILLERS1 (HvGT1) als bedeutender Modulator der Degeneration identifiziert. Durch Mutationen in HvGT1 konnte der Degenerationsprozess verzögert und der Ertrag gesteigert werden.
Die Gerste besitzt einen ährenartigen Blütenstand, der entlang der Mittelachse, auch als Rachis bezeichnet, Blüten bildet - die Ährchen. An jedem Sprossknoten der Ähre entstehen schließlich drei Ährchen. Doch oft schon vor Abschluss der Ährchenentwicklung beginnt das Meristem in der Ährenspitze zu kollabieren. „Wir konnten zeigen, dass bis zu 50 Prozent der Blütenansätze vor der Blüte absterben, was ein ungenutztes Ertragspotenzial darstellt", erklärt Thorsten Schnurbusch, Leiter der IPK-Forschungsgruppe "Pflanzenarchitektur". "Das Verständnis der molekularen Grundlagen der Ährenbildung kann daher dazu beitragen, den Kornertrag zu verbessern," so der Forscher.
Der ährenartigen Blütenstand der Gerste bildet entlang seiner Mittelachse (Rachis) die Ährchen. An jedem Sprossknoten der Ähre entwickeln sich drei Ährchen.
Bildquelle: © Leopictures / Pixabay
Abbauprozesse in der Ährenspitze
Die Forscher enthüllten nun, dass während der Degeneration der Ährenspitze ein Abbau von Zucker- und Aminosäuren stattfindet, begleitet von einer verstärkten Produktion und Signalgebung des Hormons Abscisinsäure.
Darüber hinaus identifizierte das Team das Gen GRASSY TILLERS1 (HvGT1) als einen bedeutenden Modulator für die Blütendegeneration. Durch Mutationen im HvGT1-Gen konnte der Beginn der Degeneration verzögert werden, und es bildeten sich differenziertere Ährchen an der Ährenspitze. Dies führte schließlich zu einer signifikanten Zunahme an fruchtbaren Ährchen und Blüten. "Erstmals konnten wir die molekularen Grundlagen für das große, nicht genutzte Ertragspotenzial erklären. Unsere Studie liefert aber nicht nur den molekularen Rahmen für Gerste, sondern auch für verwandte Getreidearten des Stammes der Triticeae wie Weizen und Roggen", so Nandhakumar Shanmugaraj, Erstautor der Studie.
Hoffnung auf mehr Ernährungssicherheit
Die optimale Nutzung des Ertragspotenzials der Gerste ist von großer Bedeutung, da sie zu den wichtigsten Getreidearten weltweit zählt. Durch eine Ertragssteigerung kann ein wertvoller Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit geleistet werden. Dies ist besonders relevant angesichts der Herausforderungen durch den Klimawandel, Naturkatastrophen und Konflikte, die zu Hungerkrisen führen können.
Quelle:
Shanmugaraj, N. et al.: (2023) „Multilayered regulation of developmentally programmed preanthesis tip degeneration of the barley inflorescence.“ In: Plant Cell (2023). doi: 10.1093/plcell/koad164
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Titelbild: Ein Forschungsteam des IPK Leibniz-Instituts hat die molekularen Grundlagen der Ährenbildung bei Gerste erforscht. Ziel ist es, das Ertragspotenzial der Getreidepflanze besser zu erschließen. (Bildquelle: © PK Leibniz-Institut / T. Schnurbusch)
