Wenn Reis (oryza sativa) beginnt ihren Fortpflanzungszyklus mit dem Booting-Stadium, die Rispe (oder Blütentraube) entwickelt sich geschützt durch den Blattstiel. Es ist ein gewisser Schutz vor Kälte, und das ist entscheidend für Reis. Kältestress in dieser Phase verursacht Pollensterilität. Es wurde angenommen, dass das Tapetum, die Zellen, die die Pollenkörner ernähren, gestört ist, was zu einer Störung führt Hypertrophie. Der Effekt ist, dass der programmierte Zelltod verzögert oder gehemmt wird, wodurch Mikrosporen in den frühen Stadien der Pollenentwicklung ausgehungert werden. Koichi Yamamori und Kollegen habe mal genauer hingeschaut und festgestellt, dass es nicht so einfach ist.
Die Botaniker untersuchten bei 13 Reissorten die Auswirkungen auf die Pollenfruchtbarkeit durch Kältestress in der Startphase. Anfangs zogen sie in einem Gewächshaus auf jeder Parzelle zwanzig Pflanzen an. Die Tage erreichten 25 °C und die Nächte sanken nur auf 19 °C. Als die Pflanzen in die Booting-Phase eintraten, wurden sie vier Tage lang bei nur 12 °C gehalten, um sie Kältestress auszusetzen. Nach dieser Behandlung sammelten sie einige Staubbeutel, ließen aber die anderen Pflanzen blühen und sammelten dann Staubbeutel im Blütestadium.
Gleichzeitig züchteten sie ähnliche Pflanzen unter normalen Bedingungen, um einen geeigneten Vergleich zu haben. War also Tapetum-Hypertrophie der Übeltäter?
Es wäre sicherlich sinnvoll, wenn es so wäre. Das Tapetum wächst dank einer Ansammlung von Saccharose, die die Tapetumschicht nicht abbauen kann. Die Folge: Die verdaute Saccharose wird dem wachsenden Pollen nicht zur Nutzung zugeführt – und dieser verhungert. Das Problem mit dieser Erklärung ist, wenn Sie sich ansehen, was auf der Pflanze vor sich geht, sehen Sie nicht genug Tapetum-Hypertrophie, um den sterilen Pollen zu erklären. Yamamori und Kollegen suchten nach sogenannten locule-related abnormalities (LRAs), zu denen die Tapetum-Hypertrophie gehörte.
„Eine sorgfältige Untersuchung von Antherenabschnitten von 13 Sorten identifizierte acht Arten von LRAs, einschließlich Tapetum-Hypertrophie“, schreiben die Autoren. „Der Korrelationskoeffizient von Pearson zwischen Tapetum-Hypertrophie und Pollenfruchtbarkeit war r = –0·35, während das zwischen Gesamt-LRA und Pollenfruchtbarkeit war r = −0·6, was darauf hindeutet, dass die Tapetum-Hypertrophie, obwohl sie eine gewisse Wirkung hat, nicht die einzige Art von Läsion ist, die die Pollensterilität nach einer Kältebehandlung erklärt, und dass LRA als Gesamtkategorie stärker zur Pollensterilität beiträgt als die Tapetum-Hypertrophie allein.“
„Die in dieser Studie erzielten Ergebnisse legen nahe, dass multivalente Faktoren an den morphologischen Anomalien der Antheren beteiligt sind, die mit der Pollensterilität verbunden sind, die durch Kältestress während der Booting-Phase von Reis verursacht wird. Tatsächlich zeigten mehrere Genexpressionsanalysen, dass verschiedene Netzwerke mit Pollensterilität aufgrund von Kältestress assoziiert waren.“
„Zum Beispiel führen niedrige Temperaturen zu einer erhöhten Abscisinsäureproduktion und einer verringerten Gibberellinsäureproduktion in Reisantheren … Diese beiden Phytohormone wirken während des Wachstums und der Entwicklung antagonistisch; daher könnte ein Koordinationsverlust zwischen ihnen aufgrund niedriger Temperaturen zu einer abnormalen Staubbeutelentwicklung führen. Jede Anomalie der Lokula wird als eine solche Signatur angesehen, die die normale Entwicklung der Pollen- und Staubbeutelstruktur stört.“
Die Ergebnisse zeigen, dass die Fixierung der Tapetum-Hypertrophie allein den Kältestress in Reis nicht beheben wird. Stattdessen gibt es ein viel komplexeres Zusammenspiel von Aktivitäten, die durch die Kälte gestört werden. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die offensichtlichen physischen Mängel dies möglicherweise nicht sind sich Pollensterilität verursachen, sondern eher ein Zeichen tiefer Probleme innerhalb der Pflanze, die mit der Kälte zu kämpfen hat.
FORSCHUNGSARTIKEL
Yamamori K., Ogasawara K., Ishiguro S., et al. 2021. Überarbeitung der Beziehung zwischen Antherenmorphologie und Pollensterilität durch Kältestress in der Booting-Phase von Reis. Annals of Botany 128: 559-575. https://doi.org/10.1093/aob/mcab091
Spanische Übersetzung von Lorena Marchant
