Genetische Grundlagen der Grannen- und Stigmabehaarung in Gerste - oder, warum braucht Kulturgerste raue Grannen?

• Antragsteller: Professor Dr. Nils Stein
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428798945

Gerstengrannen sind rau, weil sie mit stark verkieselten Haaren/Widerhaken beschichtet sind. Raue Grannen verursachen Gefahren für die Atemwege des Menschen während der Getreideernte sowie für den Verdauungstrakt einiger Wiederkäuer und anderer Tiere, wenn sie Gerste beweiden. Das Merkmal wird durch einige wenige Hauptgene kontrolliert, so dass die Züchtung von glattgrannigen Gersten relativ einfach zu erreichen ist. Aufgrund einer Korrelation von Glattgrannigkeit mit reduzierter Fruchtknoten- (Stigma-)behaarung, die häufig bei Gerste mit einer geringen Fruchtbarkeit verbunden ist, blieb raugrannige Gerste die vorherrschende kultivierte Form.Vor kurzem haben wir ein Hauptgen Raw1 isoliert, das die Rauigkeit der Granne in Gerste kontrolliert. Auf der Grundlage von GWAS und bi-parentaler Kartierung haben wir einen zweiten Lokus, in einer für die Genklonierung vielversprechenden Region auf dem Gerstenchromosom 7HS, eingrenzen können.Unser Ziel ist es, das zweite Gen durch genombasiertes, positionelles Klonieren zu isolieren und eine Funktionsanalyse der beiden klonierten Grannen-Rauigkeitsgene durchzuführen. Durch die Kenntnis der beiden Gene, die auch unter natürlicher Selektion standen und unter Einbeziehung, des bei uns am IPK in der Entwicklung befindlichen Gerste Pan-Genoms und der genetischen Diversitätsressourcen, wird es möglich sein, die Selektions- / Domestizierungsgeschichte des Merkmals Grannen-Rauigkeit zu verfolgen und die Verbindung / Korrelation zum Grad der Fruchtknotenbehaarung verbunden mit Einschränkungen der Fruchtbarkeit aufzuklären. Dieses Wissen wird die zukünftige Züchtung glattgranniger Gerste ohne Fertilitätseinschränkungen ermöglichen.Das geplante Projekt zielt darauf ab, die genetischen Grundlagen der Grannen-Rauigkeit bei Gerste sowie den Zusammenhang zwischen der Grannen- sowie der Fruchtknotenbehaarung aufzuklären, die die Fruchtbarkeit und den Ertrag beeinflusst. Folgende Ziele werden verfolgt:• Genetische Kartierung und Klonierung des funktionellen Gens, des neu identifizierten Glatt-Grannigkeit Lokus auf Gerstechromosom 7HS (Raw7HS);• Funktionale Validierung des neu isolierten Gens Raw7HS durch TILLING und Gene editing;• Funktionale Validierung der Raw1-kontrollierten Grannen-Rauigkeit und Stigma-Behaarung durch Gene editing;• Analyse der natürlichen Sequenzdiversität sowie Bestimmung von Selektionssignaturen in den Genen Raw1 und Raw7HS;• Test auf funktionale Korrelation zwischen Grannen-Rauigkeit und Fruchtknotenbehaarung durch systematische Phänotypisierung von rauen, glatten und halbglatten Gersteakzessionen der IPK Gerste-Diversitätssammlung;• Phänotypische und genotypische (Raw1 und Raw7HS) Charakterisierung einer Sammlung unabhängig voneinander induzierter glatter / halbglatter Mutanten, zur Bestimmung des jeweiligen Allelie-Status.• Etablierung genetischer Kreuzungen zwischen raw1- und raw7HS-Genotypen und der Gruppe induzierter Mutanten, um auf kumulative oder epistatische Wechselwirkungen zu tes

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen