Identifiziert: Gene, die Mais- und Reiserträge steigern können

29.03.2022 - USA

Forscher, die die Domestikationswege von Mais und Reis - zwei der weltweit wirtschaftlich wichtigsten Nutzpflanzen - verglichen haben, haben ein Gen identifiziert, das an der Anzahl der Körnerreihen in Mais beteiligt ist und dessen Manipulation zu einer Steigerung des Maisertrags führte. Die Manipulation eines verwandten Gens in Reis führte ebenfalls zu einer Ertragssteigerung bei diesem Grundnahrungsmittel, wie die Studie ergab.

Die Erforschung der Rolle dieser Gene bei Getreidearten wie Weizen könnte Möglichkeiten für die Entwicklung neuer globaler Nahrungsmittelpflanzen mit verbesserter Produktion bieten, so die Autoren der Studie. Mais und Reis wurden vor fast 100.000 Jahren domestiziert. Obwohl beide Arten weitgehend unabhängig voneinander domestiziert wurden, scheinen sie eine Reihe landwirtschaftlich erwünschter Eigenschaften gemeinsam zu haben, darunter einfache Kultivierung, hoher Kornertrag und Nährstoffreichtum. Während diese Eigenschaften in den verschiedenen Getreidelinien offenbar einer konvergenten Selektion unterlagen, ist nicht bekannt, ob sie von konservierten Genen gesteuert wurden. Sollte dies der Fall sein, könnte die gezielte Nutzung dieser Gene in Züchtungsprogrammen einen Weg zur Entwicklung verbesserter Getreidesorten bieten.

Um dies herauszufinden, untersuchten Wenkang Chen und Kollegen die Genome von Mais und seinem evolutionären Vorfahren, der Teosinte, auf evolutionäre Selektionssignale und identifizierten einen quantitativen Merkmalslocus (QTL), der mit einer erhöhten Anzahl von Körnern verbunden ist. Durch Feinkartierung dieser genomischen Region fanden Chen et al. ein Kandidatengen, KRN2, das ein Homolog in Reis hat(OsKRN2). Die Autoren stellten fest, dass beide Gene mit WD40-Proteinen assoziiert sind, die die Kornzahl in beiden Kulturpflanzen negativ regulieren. Mit Hilfe von Gene-Editing-Experimenten und kontrollierten Feldversuchen in beiden Kulturen konnten Chen et al. zeigen, dass das Ausschalten des Gens zu einer Steigerung des Kornertrags um 10 % bzw. 8 % bei Mais und Reis führte, ohne offensichtliche negative Auswirkungen auf andere agronomische Merkmale. Die Ergebnisse zeigen, dass dieses Gen und andere konvergente, selektionsgesteuerte genetische Elemente attraktive Ziele für die Entwicklung neuer Nutzpflanzen darstellen.

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