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Pflanzenforschung: Veröffentlichung in Nature Communications
Wie die Blüte von Gräsern – zu denen auch die Gerste zählt – aussieht, wird von „Meristemen“ gesteuert, die die Stammzellen der Pflanzen beheimaten. Biologinnen und Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) haben nun ein bestimmtes Peptid und den zugehörigen Rezeptor identifiziert, die das Wachstum von Blütenständen in zwei Achsen bestimmen. Dass davon auch die Zahl der gebildeten Gerstenkörner abhängt, erläutern sie in einer Studie im Fachmagazin Nature Communications.
Gräser haben viele verschiedene Formen von Blütenständen entwickelt. Wie die Körner darin angeordnet sind, ist vielfältig: Einige Arten bilden komplexe, verzweigte Blütenstände, die mehrere Körner tragen; andere wie die Gerste weisen viel einfachere Blütenstände auf. Bei der Gerste werden die einzelnen Körner jeweils an einer kurzen Achse, der „Rachilla“, gebildet.
Diese Unterschiede in der Blütenarchitektur werden schon früh während der Pflanzenentwicklung angelegt. Dabei bestimmen Größe, Position und Lebensdauer der Meristeme, wie der Blütenstand letztendlich geformt wird.
Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Simon vom Institut für Entwicklungsgenetik der HHU hat nun einen Signalweg entdeckt, der die Aktivität bestimmter Meristeme in der Gerste reguliert. In Nature Communications beschreiben sie, dass ein kleines, von Zellen der Rachilla sekretiertes Peptid namens HvFCP1 mit einem auf der Plasmamembran lokalisierten Rezeptor namens HvCLV1 interagiert und so das Wachstum der Meristeme entlang der vertikalen und horizontalen Achsen steuert. Dies bestimmt letztlich die Gestalt des Gerstenblütenstandes.
Die Forschenden untersuchten auch, was passiert, wenn die Gene mutieren, die für die Bildung von HvFCP1 oder HvCLV1 verantwortlich sind. In diesen Fällen entwickeln die Pflanzen vergrößerte Blütenstände und Rachillen. Die Blütenstände dieser Gerstenmutanten – mit Bildung von mehreren Blüten (und später Körnern) von einer Rachilla – ähneln dann in ihrer Architektur den Blütenständen von Weizen.
Die Studienautoren kombinierten in ihren Forschungen eine Genfunktionsanalyse auf zellulärer Ebene mit einer detaillierten phänotypischen Charakterisierung mit Hilfe von Rasterelektronen- und Fluoreszenzmikroskopie. Prof. Simon: „Die HHU ist durch ihr Mikroskopiezentrum, das ‚Center for Advanced Imaging‘ (CAi), hierfür hervorragend ausgestattet.“
Der Erstautor der Studie, Dr. Isaia Vardanega, sagt: „Unsere Entdeckung ermöglichen es uns nun, die Blütenstände von Gräsern neu zu gestalten. Indem wir das Stammzellsystem der Gerste genauer verstehen, können wir beispielsweise die Zahl der Körner erhöhen und somit zu einer höheren landwirtschaftlichen Produktion beitragen.“
Prof. Simon ergänzt: „Diese Arbeit legt den Grundstein für neue, gezielte Züchtungsansätze. Unsere Kenntnisse zur genetischen Steuerung der Architektur von Gerste wird es ermöglichen, mit Hilfe von Genomediting schneller neue und ertragreiche Pflanzensorten zu erzeugen.“
Die Forschungen sind eine Gemeinschaftsarbeit der durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderten Forschergruppe „Cereal Stem Cell Systems“ (CSCS) und des Exzellenzclusters für Pflanzenforschung CEPLAS an der HHU.
Ausführliche Bildunterschrift:
Von links nach rechts: reife Gerstenpflanze; Vergleich zwischen Wildtyp- und Hvclv1-Mutantengerstenblütenständen; Mikroskopieaufnahmen von Gerstenblütenständen in frühen Entwicklungsstadien. Das Bild oben rechts wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen, während das Bild darunter mit einem konfokalen Mikroskop entstand. Es zeigt einen Gerstenblütenstand, der die fluoreszierende HvFCP1-Reporterlinie ausbildet. (Fotos: HHU / Isaia Vardanega)
Vardanega, I., Maika, J.E., Demesa-Arevalo, E., Lan, T., Kirschner, G.K., Imani, J., Acosta, I., Makowska, K., Hensel, G., Ranaweera, T., Shiu, S.H., Schnurbusch, T, von Korff, M. and Simon, R. CLAVATA signalling shapes barley inflorescence by controlling activity and determinacy of shoot meristem and rachilla. Nature Communications 16, 3937 (2025).
DOI: 10.1038/s41467-025-59330-z
Gerste und Gerstenblütenstände. Ausführliche Bildunterschrift siehe Text.
HHU / Isaia Vardanega
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Tier / Land / Forst
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Gerste und Gerstenblütenstände. Ausführliche Bildunterschrift siehe Text.
HHU / Isaia Vardanega
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