Wie viel Weizen brauchen wir? Eine Vorhersage ist Wir müssen die Produktion zwischen 2005 und 2050 verdoppeln. Diese Herausforderung wird durch den abiotischen Stress im Zuge des Klimawandels erschwert. Lange Li und Kollegen haben die Morphologie des Wurzelsystems untersucht. Die Morphologie des Wurzelsystems ist wichtig für eine nachhaltige Landwirtschaft, aber die genetische Grundlage der Wurzelmerkmale und ihre Beziehung zu den Sprossmerkmalen müssen noch verstanden werden. Das Ziel dieser Studie war es, die genetische Basis von Wurzelmerkmalen in späten Wachstumsstadien und ihre Auswirkungen auf Sprossmerkmale bei Weizen zu analysieren.

Root-Merkmal-Phänotypisierung.
Phänotypisierung der Wurzeleigenschaften. (A) PVC-Rohre wurden in einer Erdgrube vergraben. (B) In jedes Rohr wurden mit Erde gefüllte Beutel gesteckt. (C) Pflanzen im Stadium der Verschmelzung. (D) Die Wurzeln wurden vorab mit einem Sieb gewaschen. (E) Die Wurzeln wurden in Plastikboxen weiter gewaschen. (F) Minirhizotron-Rohre wurden mit einem Neigungswinkel von 45° in Erde vergraben, um die Wurzeleigenschaften in jedem Versuchsfeld zu messen. (G) Minirhizotron-Bilder wurden mit einem CI-600-Wurzelüberwachungssystem aufgenommen. Bild: Long Li et al. 2019.

Tiefwurzelnde Sorten wiesen eine niedrigere Kronentemperatur (CT) und einen höheren Kornertrag pro Pflanze (YPP) auf als flachwurzelnde Sorten. Es wurde jedoch kein signifikanter Zusammenhang zwischen Wurzel-Trockengewicht und Sprossmerkmalen festgestellt. Mithilfe des gemischten linearen Modells wurden 93 signifikant assoziierte Loci (SALs) identifiziert, darunter drei zentrale SALs (Co-6A, Co-6B und Co-6D) im Zusammenhang mit der Wurzeltiefe sowohl in der Boot- als auch in der Mid-Grain-Fill-Phase sowie in CT und YPP.

Die Scanergebnisse des Minirhizotron-Systems deuteten darauf hin, dass die kausalen Gene in den drei SALs die Wurzeldehnung im Feld regulieren könnten. Die vererbbare Unabhängigkeit zwischen Wurzeltiefe und PH wurde durch Kopplungsungleichgewichtsanalyse nachgewiesen. Der YPP war signifikant höher bei Genotypen, die günstige Markerallele (FMAs) für Wurzeltiefe und PH kombinierten, was darauf hindeutet, dass eine tiefe Wurzel und eine kürzere Pflanzenhöhe geeignete Merkmale für die Pyramidenbildung von Zielallelen durch molekularmarkergestützte Züchtung sind.

Diese Ergebnisse deckten vielversprechende genomische Regionen für die funktionelle Genentdeckung von Wurzelmerkmalen in der späten Wachstumsperiode auf, verbesserten das Verständnis der Korrelation zwischen Wurzel- und Sprossmerkmalen und werden intensive Studien zur Wurzelmorphologie und Züchtung durch molekulares Design erleichtern.