Ungefähr ein Drittel des Ackerlandes der Welt ist von Wasserknappheit betroffen, und da der Klimawandel dieses Gebiet immer weiter ausdehnt, benötigen Landwirte mehr dürreangepasste Pflanzen. Mandour und Kollegen haben die Landwirte der dürreresistenten Ackerbohne einen Schritt näher gebracht Identifizierung genetischer Marker, die mit der Wassernutzungseffizienz verbunden sind in Experimenten veröffentlicht in Annals of Botany.
Ackerbohne ist eine äußerst anpassungsfähige, produktive und nahrhafte Hülsenfrucht mit einer langen Tradition im Anbau in der alten Welt. Zwei Faba bohne Sorten, von denen bekannt ist, dass sie eine relativ hohe Wassernutzungseffizienz aufweisen, wurden verwendet, um eine Population rekombinanter Inzuchtlinien (RILs) zu erzeugen. RILs sind genetisch sehr ähnliche Pflanzen, die durch Kreuzung zweier Inzuchteltern und anschließender Selbstbefruchtung der Nachkommen über aufeinanderfolgende Generationen hinweg entwickelt werden, um genetisch unterschiedliche Linien mit einem ähnlichen genetischen Hintergrund zu schaffen. Dieses Züchtungsschema führt zu eng verwandten Pflanzen, die experimentell genutzt werden können, um Gene zu identifizieren, die zu komplexen genetischen Merkmalen beitragen.
In diesem Fall identifizierten die Botaniker Gene, die mit der Wassertranspirationsrate verbunden sind. Unter Transpiration versteht man die Wassermenge, die von den Wurzeln einer Pflanze aufgenommen wird und dann aus ihren Blättern verdunstet. Pflanzen regulieren die Transpiration, indem sie mikroskopisch kleine Poren, sogenannte Stomata, auf der Blattoberfläche öffnen und schließen. Aus den Blättern verlorenes Wasser muss ständig durch Wasser aus dem Boden ersetzt werden, was zu einem Interesse an verbesserten Transpirationsraten im Rahmen von Züchtungsprogrammen zur Dürreresistenz führt.
Mithilfe der RIL-Strategie identifizierten Mandour und Kollegen mit der Transpiration assoziierte Gene, die sich als nützlich erweisen könnten Wasserschutz. Die Transpiration der Pflanzen wurde bei sechs nacheinander abnehmenden Feuchtigkeitsniveaus gemessen, indem das Verhältnis von trockener zu feuchter Luft innerhalb einer Gasaustauschkammer für die gesamte Pflanze verändert wurde. Anschließend wurde DNA aus den 165 RILs und ihren Elternlinien isoliert und mithilfe eines DNA-Arrays genotypische Daten generiert. Zur Identifizierung quantitativer Trait Loci (QTLs) wurde eine Verknüpfungskarte erstellt, die ein Merkmal wie die Transpirationsreaktion statistisch mit einem Gen oder einem genetischen Marker verknüpft. QTLs sind genomische Regionen, die statistisch mit einer physischen (z. B. Größe) oder physiologischen (z. B. Trockenheitstoleranz) Antwort. Sie werden durch die Messung eines Merkmals wie der Transpirationsrate und die anschließende statistische Identifizierung einer genetischen Region identifiziert, die allen RILs, die dieses Merkmal aufweisen, gemeinsam ist.
Es wurden dreizehn mit der Transpirationsrate assoziierte QTLs identifiziert. Die QTLs sind auf den Chromosomen 1, 3 und 5 abgebildet, und die meisten QTLs befinden sich in oder in der Nähe von Genen, von denen bekannt ist, dass sie Pflanzenreaktionen auf abiotischen Stress regulieren. Noch besser, mit dem neu veröffentlichten Genom der Ackerbohne, können diese Gene von Interesse schnell auf ihren Beitrag zur Transpirationsrate untersucht und als Teil eines markergestützten Zuchtprogramms verwendet werden. Letztendlich kann die Identifizierung dieser Gene dazu führen Ackerbohnensorten die ihre Transpirationsrate unter trockenen Bedingungen effizienter regulieren. Wenn Pflanzen ihre Wasserversorgung effizienter gestalten können, sind sie besser auf trockenere Bedingungen vorbereitet.
LESEN SIE DEN ARTIKEL
Hend Mandour, Hamid Khazaei, Frederick L. Stoddard, Ian C. Dodd, Identifizierung physiologischer und genetischer Determinanten der Transpirationsreaktion von Ackerbohnen auf den Verdunstungsbedarf, Annals of Botany, Band 131, Ausgabe 3, 16. Februar 2023, Seiten 533–544, https://doi.org/10.1093/aob/mcad006.
