de.wedoany.com-Bericht: Am Abend des 23. Juli Pekinger Zeit veröffentlichte das Team von Professor Xiong Lizhong von der Huazhong-Universität für Landwirtschaft online im Magazin „Cell“ eine neueste Forschungsergebnis. Die Studie identifizierte ein reisspezifisches, dürreresistentes „Orphan-Gen“ namens „ROAD1“ und stellte fest, dass Reis, der dessen funktionelles Allel ROAD1C trägt, unter Feldbedingungen mit Trockenheit einen signifikant höheren Ertrag im Vergleich zur Kontrolle erzielte.
Gleichzeitig zeigte ROAD1 auch in verschiedenen getesteten Pflanzen wie Arabidopsis thaliana, Raps, Mais, Weizen und Pappel ein artübergreifendes Potenzial zur Anwendung bei der Dürreresistenz.
Xiong Lizhong erklärte, dass Pflanzen über ein klassisches Dürresignalsystem verfügen, dessen Kernkomponenten in verschiedenen Pflanzen hoch konserviert sind und weitgehend an Schlüsselprozessen wie Pflanzenwachstum, -entwicklung und Umweltreaktionen beteiligt sind.
Ein direkter Eingriff in diese Kernkomponenten führt jedoch oft zu Nebenwirkungen wie Wachstumshemmung und Ertragsrückgang. Daher ist es ein dringendes wissenschaftliches Problem, wie die Dürreresistenz von Pflanzen präzise verbessert werden kann, ohne ihr normales Wachstum zu beeinträchtigen.
Das Team von Xiong Lizhong verwendete 240 Reiskeimplasma-Ressourcen und identifizierte erfolgreich ein reisspezifisches „Orphan-Gen“ – ROAD1. Diese Art von Gen existiert nur in bestimmten Arten und weist keine nachweisbaren entfernten homologen Gene auf.
Die Studie ergab, dass Reis, der das funktionelle Allel ROAD1C trägt, unter Trockenstress einen geringeren Grad an Blattrollen und geringere Ertragsverluste aufwies. Evolutionsanalysen zeigten, dass ROAD1 auf eine Ahnen-Sequenz im südlichen Wildreis zurückverfolgt werden kann. Im Laufe der weiteren Evolution bildete sich allmählich das funktionelle Allel ROAD1C. Populationsgenetische Analysen zeigten weiterhin, dass ROAD1C während der Domestizierung von Japonica-Reis selektiert wurde und in Japonica-Reis-Materialien aus Regionen mit relativ geringen Niederschlägen eine höhere Häufigkeit aufweist.
Die Studie ergab auch, dass im Dürresignalweg von Reis das Protein OsPP2C68 eine „Brems“-Rolle spielt. Wenn die Pflanze unter Bedingungen mit ausreichender Wasserversorgung wächst, unterdrückt es die Dürrereaktion. Bei einsetzender Trockenheit akkumuliert das ROAD1-Protein in großen Mengen und bindet an OsPP2C68, wodurch die „Brems“-Wirkung von OsPP2C68 aufgehoben und die Dürrereaktion der Pflanze verstärkt wird.
Xiong Lizhong sagte, dass das ROAD1-Protein wie ein „stressabhängiger Verstärkungsfaktor“ wirkt. Bei ausreichender Wasserversorgung ist sein Proteinspiegel extrem niedrig und beeinträchtigt das normale Wachstum nicht; es akkumuliert und wirkt nur unter Trockenstress in großen Mengen. Dieser „bedarfsgesteuerte“ Mechanismus vereint perfekt die Dürreresistenz und Ertragsstabilität von Reis.
Um den praktischen Anwendungswert von ROAD1 zu überprüfen, führte das Forschungsteam das funktionelle Allel ROAD1C in hochwertige Reissorten ein und testete es im Feld. Die Ergebnisse zeigten, dass unter Trockenbedingungen der Ertrag von Reis mit der nahezu isogenen Linie, die ROAD1C trägt, im Vergleich zur Kontrolle um etwa 21 % bis 35 % gesteigert wurde. Unter normalen Bewässerungsbedingungen wurden keine signifikanten nachteiligen Veränderungen des Wachstums und Ertrags beobachtet. Der Akademiemitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Forscher am Institut für Botanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Zhong Kang, ist der Ansicht, dass die Studie eine vollständige Beweiskette von evolutionären Ursprüngen, molekularen Mechanismen bis hin zu Feldbewertungen und artübergreifenden Validierungen etabliert hat, das Verständnis der Beteiligung von Orphan-Genen an der Anpassung von Pflanzen an die Umwelt vertieft und neue Ideen für die Erschließung von Dürreresistenz-Genressourcen und die Züchtung dürreresistenter und ertragsstabiler Nutzpflanzen liefert.
