Die Rolle von Cytokinin und CKX Genen bei der Ertragssteuerung in Gerste und Raps

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Schmülling
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538195513

Aufgrund der weiter stark wachsenden Erdbevölkerung hat die Stabilisierung oder Erhöhung der Erträge landwirtschaftlich genutzter Pflanzen eine große Bedeutung. Die Regulation des Ertrags von Nutzpflanzen ist ein komplexer Vorgang, an dem zahlreiche Gene beteiligt sind, die zum größten Teil unbekannt sind. Für CKX-Gene wurde in ein- und zweikeimblättrigen Nutzpflanzen eine Rolle bei der Ertragssteuerung gezeigt. Diese Gene kodieren für Proteine, die den Abbau des Pflanzenhormons Cytokinin katalysieren. Es ist das Ziel dieses Antrags, die Rolle bestimmter CKX-Gene für die Regulierung des Ertrags in Gerste (Hordeum vulgare L.) und Raps (Brassica napus L.) genauer zu untersuchen. In einem ersten Projektteil steht die Untersuchung der Bedeutung von zwei Genen, HvCKX2.1 und HvCKX2.2, die mit dem bekannten Ertragsgen OsCKX2 aus Reis verwandt sind, für die Ertragsbildung in der Gerste im Fokus. Der Schwerpunkt liegt auf der molekularen und phänotypischen Charakterisierung entsprechender Hvckx2.1 und Hvckx2.2 Einzel- und Doppelmutanten, die durch Genom-Editierung hergestellt wurden. Die reproduktive Entwicklung der Mutanten und die Ertragsbildung werden im Gewächshaus und im Feldversuch analysiert, wobei der Schwerpunkt auf der Entwicklung der Ähren und Samen liegt. Die zweite untersuchte Nutzpflanze ist Raps, die wichtigste Ölpflanze in Europa. Die Arbeitsgruppe des Antragstellers hat zwei CKX-Gene entdeckt, die ganz wesentlich an der Steuerung der für einen hohen Ertrag wichtigen Sink-Stärke beteiligt sind. Das gleichzeitige Ausschalten von BnCKX3 und BnCKX5 führt zu einem höheren Cytokiningehalt und dadurch zur Aktivierung des Infloreszenzmeristems und anderer reproduktiver Gewebe. Dies hat die Bildung von mehr Blüten, mehr Schoten mit mehr Samenanlagen und letztendlich einen höheren Samenertrag zur Folge. Im beantragten Projekt soll in einer bestimmten Bnckx3,5 Rapsmutante die Gründe für einen erhöhten Ölgehalt in den Samen untersucht werden. Ferner wird der Beitrag einzelner der insgesamt sechs BnCKX3 und BnCKX5 Allele bei der Ertragsbildung im Gewächshaus und im Feld analysiert. Die Wirkung zusätzlicher Ertragsgene, die insbesondere die Source-Bildung verstärken, wird in Raps und vergleichend in Arabidopsis untersucht. In genomischen Daten von Wild-, Land- und Zuchtlinien von Raps und Gerste wird die Selektion von CKX-Genen während der Domestikation erforscht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen