Seltene Gersten-Mutation mit Potenzial Universitäten Bonn und Bologna entschlüsseln Ursache für kerzengerade nach unten wachsende Wurzeln
Wie wichtig das Wurzelsystem für die Höhe landwirtschaftlicher Erträge ist, wird häufig unterschätzt. Ob Wurzeln effektiv an Wasser und Nährstoffe herankommen, entscheidet auch darüber, wie widerstandsfähig wichtige Kulturpflanzen gegenüber Dürre und Klimawandel sind. Forschende der Universitäten Bonn und Bologna (Italien) haben eine Mutante in Gerste entdeckt und beschrieben: Ihre Wurzeln wachsen deutlich steiler nach unten als normalerweise. Diese Entdeckung bietet potenziell einen Ansatzpunkt für die Züchtung dürreresistenterer Sorten. Die Studie ist nun in PNAS erschienen.
Sieben Tage alte Gerstenwurzeln der Mutante egt2: - Sie wächst strikt nach unten [hypergravitrop]. (© Foto: Gwendolyn Kirschner | INRES)
Gerste gehört zu den wichtigsten Getreidearten. Ihre Nutzung reicht vom Bierbrauen über Grütze, Graupen und Gerstenflocken bis hin zum Gerstenmehl. Wissenschaftler um Prof. Dr. Silvio Salvi von der Universität Bologna entdeckten vor einiger Zeit eine ungewöhnliche Mutante von Gerste: Ihre Wurzeln spreizen sich nicht zur Seite wie normalerweise, sondern sie wachsen kerzengerade nach unten. Die Wissenschaftler nannten diese Mutante “hypergravitrop” – also viel stärker der Schwerkraft folgend als ihre Artgenossen. Die Teams um Prof. Dr. Frank Hochholdinger vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn und um Prof. Salvi erforschten gemeinsam mit weiteren Kollegen, welche Ursachen dahinter stecken.
Die Forschenden verglichen das Genom der Mutante mit normalwachsenden Gerstenpflanzen. Dabei entdeckten sie auf dem Chromosom Nummer fünf eine Mutation, die sie “enhanced gravitropism 2” (egt2) tauften, was soviel wie “verstärkt auf die Schwerkraft ausgerichtet” bedeutet. Die “2” deutet darauf hin, dass das Team eine weitere Studie zu einer ähnlichen Mutation (egt1) in Bearbeitung hat. Dass egt2 tatsächlich für die steil nach unten wachsenden Wurzeln verantwortlich ist, bewiesen die Wissenschaftler, indem sie bei normal ausgeprägten Gerstenpflanzen mit der Genschere CRISPR/Cas9 künstlich eine solche Mutation erzeugten. “Das Ergebnis zeigt ein ähnliches Erscheinungsbild der Wurzeln”, berichtet Erstautorin Dr. Gwendolyn K. Kirschner vom INRES der Universität Bonn. “Damit konnten wir nachweisen, dass wir das richtige Gen identifiziert haben.”
Wurzeln im Kernspintomographen
Die Wissenschaftler zogen die kleinen Gerstenpflanzen in Keimpapier oder Erde an und erfassten die Wurzelwinkel mit einem Scanner und einer speziellen Software. Darüber hinaus nutzten sie Ressourcen des Forschungszentrums Jülich: Dort wuchs die Gerste in speziellen “Blumentöpfen”, die in einen Kernspintomographen passen. Mit dem bildgebenden Verfahren “durchleuchteten” die Wissenschaftler die Erde und erfassten auf diese Weise das Wachstum der Wurzeln.
Pflanzen mit der egt2-Mutation reagieren weitaus sensibler auf den Einfluss der Schwerkraft als normale Exemplare. Dies zeigten die Wissenschaftler, indem sie die Wurzeln der Gerstenkeimlinge um 90 Grad zur Richtung der Schwerkraft gedreht platzierten. “Daraufhin wuchsen die Wurzeln der Mutanten deutlich stärker in Richtung der Schwerkraft als die Vergleichsexemplare ohne diese Mutation”, sagt Dr. Kirschner [...]
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www.doi.org/10.1073/pnas.2101526118
