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Jul 09, 2023

Genbearbeitung verbessert die Getreidequalität und reduziert Hitzestress bei Reis

Da die globalen Temperaturen weiter steigen, wird es zunehmend zu einer Herausforderung, die Qualität und den Ertrag von Pflanzen aufrechtzuerhalten, die an niedrigere Temperaturen angepasst sind. Eine Kultur ist bekanntermaßen von höheren Auswirkungen betroffen

Da die globalen Temperaturen weiter steigen, wird es zunehmend zu einer Herausforderung, die Qualität und den Ertrag von Pflanzen aufrechtzuerhalten, die an niedrigere Temperaturen angepasst sind. Eine Kulturpflanze, von der bekannt ist, dass sie während der Reifephase von höheren Nachttemperaturen betroffen ist, ist Reis, der aufgrund von Hitzestress einen Zustand aufweisen kann, der als „Kreidigkeit“ bekannt ist.

Von Kalkigkeit spricht man, wenn das Reiskorn aufgrund der verringerten Stärkekonzentration weniger kompakt ist. Dies kann zu geringeren Mahlerträgen, geringerer Kochqualität und einem geringeren Gesamtmarktwert führen.

Ein neues Papier veröffentlichtim Plant Journal von Forschern der University of Arkansas (U of A) und der University of Arkansas System Division of Agriculture, oder UADA kann sowohl gegen hitzebedingte als auch genetische Kalkbildung Abhilfe schaffen. In der Arbeit „Gezielte Mutagenese des vacuolaren H+-translozierenden Pyrophosphatase-Gens reduziert die Kreidebildung von Körnern in Reis“ wird detailliert beschrieben, wie das Team eine Sorte Japonica-Reis gentechnisch verändern konnte, um die Kreidebildung zu reduzieren.

Die Forscher zielten speziell auf ein Gen ab, das für die vakuoläre H+-translozierende Pyrophosphatase (V-PPase) kodiert, ein Enzym, von dem bekannt ist, dass es eine Rolle bei der Erhöhung der Kalkigkeit von Getreide spielt. Mithilfe der CRISPR-Cas9-Genbearbeitungstechnologie konnte das Team die Expression von V-PPase reduzieren, indem es ein Promotorelement bearbeitete, das steuert, wie stark es exprimiert wird.

Die mutierten Reislinien führten je nach Reissorte zu einer 7- bis 15-fachen Abnahme der Kalkigkeit, was zu einem Anstieg des Korngewichts führte. Die Ergebnisse hielten auch bei erhöhten Nachttemperaturen an. Insgesamt zeichneten sich die mutierten Linien durch eine kompaktere Packung der Stärkekörner und die Bildung von durchscheinenden (im Gegensatz zu kalkhaltigen) Reiskörnern aus, was eine deutliche Verbesserung der Reisqualität zeigte.

Der Prozess war so neuartig, dass der Erstautor des Papiers, Peter James Icalia Gann, ein Fulbright-Stipendiat im Programm für Zell- und Molekularbiologie, und Co-Autor Vibha Srivastava, Professorin in der Abteilung für Nutzpflanzen-, Boden- und Umweltwissenschaften, die einen Gemeinsame Ernennung mit der U of A und der UADA, beantragte ein vorläufiges Patent.

„Wenn wir das Leben auf unserem Planeten erhalten wollen, ist es wirklich wichtig, Lösungen für Probleme in unseren Nahrungsmittelsystemen zu finden, die mit steigenden Durchschnittstemperaturen einhergehen“, sagte Gann. „Wir haben uns sehr gefreut, unsere Erkenntnisse zu teilen, die mithilfe von Gen-Editing bei Reis die Kornqualität verbessern, die auch unter Hitzestress konstant bleibt.“

Weitere Co-Autoren waren Dominic Dharwadker, ein Ehrenstudent in Chemie und Biochemie an der U of A, sowie Sajedeh Rezaei Cherati, Kari Vinznat und Mariya Khodakovskaya vom Department of Biology der University of Arkansas, Little Rock.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der University of Arkansas veröffentlicht