Doorbraak in plantenonderzoek: nieuwe inzichten in gerstveredeling!

Doorbraak in plantenonderzoek: nieuwe inzichten in gerstveredeling!

Biologen van de Heinrich Heine Universiteit Düsseldorf (HHU) hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar de bloemarchitectuur van grassen. Deze innovaties kunnen een sleutelrol spelen bij het verbeteren van de landbouwproductie. In één in het vakblad Natuurcommunicatie In de gepubliceerde studie identificeerden wetenschappers een specifiek peptide en receptor die de groei van bloeiwijzen in grassen, waaronder gerst, controleren.

De grassen hebben een verscheidenheid aan bloeiwijzen, waarbij gerst wordt gekenmerkt door zijn eenvoudigere bloeiwijzen, die hun korrels vormen op een korte as, de “rachilla”. De onderzoeken zijn gebaseerd op de conclusie dat de vorm van de bloeiwijzen al vroeg in de plantontwikkeling wordt bepaald door de grootte, positie en levensduur van de meristemen. Er is nu een signaalroute ontdekt die de activiteit van bepaalde meristemen in gerst reguleert.

Invloed van peptiden en receptoren

Het peptide HvFCP1, uitgescheiden door rachillacellen, speelt een centrale rol in dit proces. Het werkt samen met de receptor HvCLV1 om de meristeemgroei te controleren. Professor dr. Jürgen Schmid en zijn team ontdekten dat mutaties in de genen voor HvFCP1 of HvCLV1 ervoor zorgen dat de bloeiwijzen en rachilla's groter worden, wat resulteert in meerdere bloemen en granen uit één rachilla. Interessant genoeg zijn deze mutanten qua architectuur vergelijkbaar met tarwebloeiwijzen.

De resultaten van dit onderzoek leggen de basis voor nieuwe veredelingsbenaderingen die gebaseerd zijn op genoombewerking en die zo een snellere productie van hoogproductieve plantenrassen mogelijk kunnen maken. Het werk maakt deel uit van het project “Cereal Stem Cell Systems” (CSCS), gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting en de Cluster of Excellence for Plant Research CEPLAS van de HHU.

Aanvullende onderzoeksresultaten over oorvorming

Parallel aan deze ontwikkelingen rapporteerde een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het IPK-Leibniz Instituut over de mechanismen van oorvorming in gerst. De resultaten, gepubliceerd in Huidige biologie laten zien dat meristeemactiviteit en differentiatie cruciale factoren zijn voor de bloeiwijze-architectuur. De karakterisering van een bepaalde mutant, genaamd gerstoor flo.a, bevestigt de bevindingen dat het gen HvALOG1 een cruciale rol speelt bij de regulatie van het oormeristeem en de grensvorming tussen bloemorganen.

Mutaties in HvALOG1 leiden niet alleen tot extra vorming van aartjes, maar ook tot de fusie van bloemorganen. Deze bevindingen zijn belangrijk in vergelijking met tarwe omdat de identificatie van het tarwegen ALOG-1 en zijn functie in een parallelle studie aantoont hoe nauw deze onderzoeksgebieden met elkaar verbonden zijn.

De invloed van technische veredeling

Bovenstaande onderzoeken illustreren de langetermijnontwikkeling in de plantenveredeling, die al tientallen jaren zoekt naar manieren om de genetische variatie te vergroten. Hoewel de selectie van nieuwe plantenvariëteiten met wenselijke eigenschappen traditioneel beperkt is door natuurlijke genetische veranderingen, bieden nieuwere technieken zoals mutatieveredeling veelbelovende vooruitgang. Sinds de jaren vijftig hebben fokkers methoden als ioniserende straling en chemicaliën gebruikt om genetische modificaties door te voeren.

Mutatieveredeling wordt beschouwd als een conventionele fokmethode en valt niet onder de wetgeving inzake genetische manipulatie. Deze methoden hebben geleid tot de ontwikkeling van succesvolle gewassen, resulterend in meer dan 3.000 röntgen- of gammagerelateerde mutantvariëteiten die zijn opgenomen in de gezamenlijke FAO/IAEA-database. Enkele voorbeelden van succesvolle rassen zijn:

• 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.

Deze succesvolle ontwikkelingen in het plantenonderzoek houden rechtstreeks verband met huidige onderzoeken naar bloemenarchitectuur, die niet alleen wetenschappelijke belangstelling wekken, maar ook belangrijke gevolgen kunnen hebben voor de toekomstige landbouw.