Áttörés a növénykutatásban: Új betekintés az árpanemesítésbe!

Áttörés a növénykutatásban: Új betekintés az árpanemesítésbe!

A Düsseldorfi Heinrich Heine Egyetem (HHU) biológusai jelentős előrehaladást értek el a pázsitfűfélék virágépítészetének kutatásában. Ezek az innovációk kulcsszerepet játszhatnak a mezőgazdasági termelés javításában. Az egyikben a szaklapban Nature Communications A közzétett tanulmányban a tudósok egy specifikus peptidet és receptort azonosítottak, amelyek szabályozzák a virágzat növekedését füvekben, beleértve az árpát is.

A pázsitfűféléknek változatos virágzati formái vannak, az árpát egyszerűbb virágzat jellemzi, amely egy rövid tengelyen, a „rachillán” alkotja szemét. A vizsgálatok azon a következtetésen alapulnak, hogy a virágzat alakját a növényfejlődés korai szakaszában a merisztémák mérete, helyzete és élettartama határozza meg. Felfedeztek egy jelátviteli útvonalat, amely szabályozza bizonyos merisztémák aktivitását árpában.

Peptidek és receptorok hatása

Ebben a folyamatban központi szerepet játszik a rachilla sejtek által kiválasztott HvFCP1 peptid. Kölcsönhatásba lép a HvCLV1 receptorral a merisztéma növekedésének szabályozása érdekében. Dr. Jürgen Schmid professzor és csapata azt találta, hogy a HvFCP1 vagy a HvCLV1 génjeinek mutációi a virágzat és a rachillák megnagyobbodását okozzák, ami több virágot és szemcsét eredményez egyetlen racsillából. Érdekes módon ezek a mutánsok szerkezetükben hasonlóak a búzavirágzatokhoz.

A kutatás eredményei olyan új nemesítési megközelítések alapjait teremtik meg, amelyek genomszerkesztésen alapulnak, és ezáltal lehetővé teszik a magas hozamú növényfajták gyorsabb előállítását. A munka a „Gabona Őssejtrendszerek” (CSCS) projekt része, amelyet a Német Kutatási Alapítvány és a CEPLAS Növénykutatási Kiválósági Klaszter (Cluster of Excellence for Plant Research) finanszíroz.

További kutatási eredmények a fülképzésről

Ezekkel a fejlesztésekkel párhuzamosan az IPK-Leibniz Intézet által vezetett nemzetközi kutatócsoport az árpa kalászképződésének mechanizmusairól számolt be. Az eredményeket ben tették közzé Aktuális biológia, azt mutatják, hogy a merisztéma aktivitása és differenciálódása döntő tényező a virágzat építészetében. Az árpafül flo.a nevű mutáns jellemzése megerősíti azokat az eredményeket, amelyek szerint a HvALOG1 gén döntő szerepet játszik a fülmerisztéma szabályozásában és a virágszervek közötti határvonal kialakításában.

A HvALOG1 mutációi nemcsak további tüskeképződéshez vezetnek, hanem virágszervek fúziójához is. Ezek az eredmények azért fontosak a búzához képest, mert az ALOG-1 búzagén azonosítása és funkciója egy párhuzamos vizsgálatban megmutatja, hogy ezek a kutatási területek milyen szorosan kapcsolódnak egymáshoz.

A technikai tenyésztés hatása

A fent említett tanulmányok szemléltetik a növénynemesítés hosszú távú fejlődését, amely évtizedek óta keresi a genetikai variáció növelésének módjait. Míg a kívánatos tulajdonságokkal rendelkező új növényfajták kiválasztását hagyományosan a természetes genetikai változások korlátozzák, az újabb technikák, például a mutációs nemesítés ígéretes előrelépéseket kínálnak. Az 1950-es évek óta a tenyésztők olyan módszereket alkalmaznak, mint az ionizáló sugárzás és a vegyszerek a genetikai módosítások bevezetésére.

A mutációs nemesítés hagyományos tenyésztési módszernek számít, és nem vonatkozik rá a géntechnológiai törvény. Ezek a módszerek sikeres növények kifejlesztéséhez vezettek, amelyek eredményeként több mint 3000 röntgen- vagy gamma-rokon mutáns fajta szerepel a FAO/IAEA közös adatbázisában. Néhány példa a sikeres fajtákra:

• Gerstensorte „Golden Promise“ (hoher Ertrag, verbesserte Mälzung)
• Hartweizen (für Brot und Pasta)
• Krankheitsresistente japanische Birne
• Dunkelrosa Grapefruit
• Halbzwergiger Reis
• Krankheitsresistente Bohne
• Erdnüsse mit festeren Schalen
• Sorten von Erbsen, Baumwolle, Pfefferminze, Sonnenblumen, Grapefruit, Sesam, Bananen, Maniok und Sorghum.

Ezek a sikeres növénykutatási fejlesztések közvetlenül kapcsolódnak a virágépítészet jelenlegi tanulmányaihoz, amelyek nemcsak tudományos érdeklődést váltanak ki, hanem a jövő mezőgazdaságára nézve is jelentős következményekkel járhatnak.