Forskere afslører en genetisk mekanisme, der kan øge udbyttepotentialet i kornafgrøder

Løsning af verdens mad, foder- og bioenergiudfordringer kræver integration af flere tilgange og forskellige færdigheder. Andrea Eveland, Ph.D., assisterende medlem ved Donald Danforth Plant Science Center, og hendes team identificerede en genetisk mekanisme, der kontrollerer udviklingstræk relateret til kornproduktion i korn. Værket blev udført i Setaria viridis, et spirende modelsystem for græsser, der er tæt forbundet med økonomisk vigtige kornafgrøder og bioenergi-foderstoffer såsom majs, sorghum, skiftegræs og sukkerrør.

Eveland-laboratoriets forskningsresultater, "Brassinosteroider modulerer meristem skæbne og differentiering af unik blomsterstandsmorfologi i Setaria viridis", blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Plantecellen . I deres undersøgelse, Yang et al. kortlagt et genetisk locus i S. viridis-genomet, der kontrollerer væksten af ​​sterile grene kaldet børster, som produceres på nogle græsarters kornbærende blomsterstande. Deres forskning afslørede, at disse sterile børster oprindeligt er programmeret til at være spikelets; græsspecifikke strukturer, der producerer blomster og korn. Evelands arbejde viste, at omdannelse af en spikelet til en børstehår bestemmes tidligt i blomsterstandsudviklingen og reguleres af en klasse plantehormoner kaldet brassinosteroider (BR'er), som modulerer en række fysiologiske processer i plantevækst, udvikling og immunitet. Ud over at konvertere en steril struktur til en frøbærende, forskningen viste også, at lokaliseret forstyrrelse af BR-syntese kan føre til produktion af to blomster pr. spikelet i stedet for den enkelte, der typisk dannes. Disse BR-afhængige fænotyper repræsenterer derfor to potentielle veje til at øge kornproduktionen i hirse, herunder subsistensafgrøder i mange udviklingslande, der stort set forbliver uudnyttet til genetisk forbedring.

"Dette arbejde er en fantastisk demonstration af, hvordan Setaria viridis kan udnyttes til at få grundlæggende indsigt i de mekanismer, der styrer frøproduktion i græsserne - vores vigtigste plantegruppe, der inkluderer majs, sorghum, ris, hvede og byg, sagde Thomas Brutnell, Ph.D., Direktør for Enterprise Institute for Renewable Fuels, Danforth Center. "Det er også værd at bemærke, at dette projekt blev udtænkt og arbejdet påbegyndt, efter at Dr. Eveland kom til Danforth Centeret - en imponerende bedrift for et juniorfakultetsmedlem, der både taler om fordelene ved at arbejde på et modelsystem og det fantastiske team, hun har samlet. på Danforth Center."

På Danforth Center, Evelands forskning fokuserer på de udviklingsmekanismer, der styrer plantearkitekturegenskaber i kornafgrøder. Specifikt, hun undersøger, hvordan planteorganer dannes ud fra stamceller, og hvordan variation i de underliggende genregulatoriske netværk præcist kan modulere planteform. Hendes team integrerer både beregningsmæssige og eksperimentelle tilgange til at udforske, hvordan forstyrrelser til disse gennetværk kan ændre morfologi, både inden for en art og på tværs af græsserne, med det endelige mål at definere mål for forbedring af kornudbyttet i korn.

"De genetik- og genomiske værktøjer, der dukker op for Setaria, muliggør hurtigere dissektion af molekylære veje som denne, og tillade os at manipulere dem direkte i et system, der er tæt relateret til de fødevareafgrøder, vi ønsker at forbedre, " sagde Eveland. "Det betyder, at vi er lige så meget tættere på at designe og implementere optimale arkitekturer til kornafgrøder. Udsigten til at udnytte disse resultater til forbedring af relaterede græsser, der også er forældreløse afgrødearter, såsom perle- og rævehalehirse, er særligt spændende."