Germany
November 14, 2016
An international team of researchers under the leadership of Dr. habil. Thorsten Schnurbusch, head of the independent HEISENBERG-Research Group „Plant Architecture“ at the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), and his fellow Dr. Helmy Youssef published their findings about molecular and hormonal mechanism essential for the regulation of inflorescence and shoot development in barley in the renowned scientific journal ‘Nature Genetics’.
The typical patterning of cereals such as barley which develops a regular two- or six-row arrangement of grains, has a considerable influence on its yield. Despite the clear agronomic and economic implications of the architecture of crop plants, only little molecular information is available about how grain-bearing inflorescences, called spikes, are formed and maintain their regular, distichous pattern.
Dr. habil. Thorsten Schnurbusch, Dr. Helmy Youssef and their Japaneese and Swedish partners elucidated the molecular and hormonal role of the Six-rowed spike 2 (Vrs2) — a SHORT INTERNODES (SHI) transcriptional regulator during barley inflorescence and shoot development. Their study shows that Vrs2 is specifically involved in floral organ patterning and phase duration by maintaining hormonal homeostasis and gradients (auxins, gibberellic acid and cytokinins) during normal spike development; but similarly influenced plant stature traits.
„These new findings do not only help us to understand the development and maintenance of the regular and distichous pattern of grain-bearing inflorescences in barley. They also may have implications for deeper molecular insights into crops’ inflorescence and plant architecture,“ said Thorsten Schnurbusch, leader of the project and head of the independent research Group ‘Plant Architecture’ at IPK. Helmy Youssef, lead autor of the article adds: „Our results are interesting from a scientific point of view, bu they may also offer a resource for new breeding strategies adressing crop yield and therefore societal and economic challenges.“
Futher analysis established a link between the SHI-protein family, which have also been found in other cereals, and sucrose metabolism during organ growth and development. This may indicate, that the new findings are not only of importance for the understanding of spike development in barley but also in other important crops such as wheat, rice and maize.
Publikation:
VRS2 regulates hormone-mediated inflorescence patterning in barley, Helmy M. Youssef et al. (2015), Nature Genetics, DOI: 10.1038/ng.3717
IPK Forscher decken zentralen Regulationsmechanismus für die Ährenarchitektur in Gerste auf
Ein internationales Team um Dr. Helmy Youssef und Dr. habil. Thorsten Schnurbusch von der Arbeitsgruppe „Pflanzliche Baupläne“ am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), veröffentlicht im renommierten Fachblatt Nature Genetics seine Erkenntnisse über die molekularen Mechanismen, welche maßgeblich an der Regulation von Sprosswachstum und Blütenentwicklung in Gerste beteiligt sind.
Das ändert sich nun mit der Publikation Dr. habil. Thorsten Schnurbusch (Foto) und Dr. Helmy Youssefs. Die beiden Forscher haben zusammen mit wissenschaftlichen Partnereinrichtungen in Schweden und Japan die zentrale Rolle des Transkriptionsfaktors VRS2 (SIX-ROWED SPIKE2) für die Entwicklung von Blütenstand und Spross in Gerste aufgeklärt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das Protein VRS2 für die Regulation der Konzentration von Zucker und der Pflanzenhormone Auxin, Giberelline und Cytokinine verantwortlich ist. Letztere spielen eine wichtige Rolle für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. VRS2 beeinflusst auf diese Weise nicht nur die Entwicklung der Architektur der Gerstenähren, sondern auch die Dauer, welche ein bestimmter Entwicklungsschritt in Anspruch nimmt.
„Die gewonnenen Erkenntnisse helfen uns dabei, ein besseres Verständnis für die ertragsrelevante Entwicklung von Gerstenähren zu gewinnen.“, sagt Thorsten Schnurbusch, der Leiter der unabhängigen Arbeitsgruppe Pflanzliche Baupläne am IPK in Gatersleben und Leiter des Projekts. Sein Mitarbeiter und Erstautor der Studie Helmy Youssef ergänzt: „Unsere Ergebnisse sind nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht interessant, denn sie könnten später auch für die Zucht ertragreicher Gerstensorten erschlossen werden.“
Weitere Analysen des Forscherteams zeigen, dass VRS2 zur Familie der SHI-Proteine gehört, die u.a. auch in anderen Getreidearten nachgewiesen werden konnten. Die Erkenntnisse sind daher nicht nur für ein besseres Verständnis der Ährenentwicklung von Gerste von Bedeutung, sondern ebenso bei weiteren, für die globale Ernährung wichtigen Getreidekulturpflanzen wie Mais, Reis oder Weizen.
Publikation:
VRS2 regulates hormone-mediated inflorescence patterning in barley, Helmy M. Youssef et al. (2016), Nature Genetics, DOI: 10.1038/ng.3717
Mehr Informationen:
Das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben ist eine außeruniversitäre, mit Bundes- und Ländermitteln geförderte Forschungseinrichtung und Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Am IPK forschen und arbeiten mehr als 500 Mitarbeiter/-innen aus über 30 Nationen. Zentrales Anliegen der wissenschaftlichen Arbeiten am IPK ist die Untersuchung der genetischen Vielfalt von Kultur- und verwandten Wildpflanzen und der Prozesse, die zu ihrem Entstehen geführt haben. Daraus abgeleitet erfolgt die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die zur Ausprägung und Variation pflanzlicher Merkmale beitragen. Hieraus erwachsende Erkenntnisse ermöglichen die Entwicklung und Anwendung von Strategien zu einer vertieften Charakterisierung und darauf aufbauend zu einer wissensbasierten Nutzbarmachung der in der Genbank vorgehaltenen pflanzengenetischen Ressourcen.
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