Het oplossen van het wereldvoedsel, uitdagingen op het gebied van voer en bio-energie vereisen de integratie van meerdere benaderingen en uiteenlopende vaardigheden. Andrea Eveland, doctoraat, assistent-lid bij het Donald Danforth Plant Science Center, en haar team identificeerden een genetisch mechanisme dat ontwikkelingskenmerken regelt die verband houden met de graanproductie in granen. Het werk werd uitgevoerd in Setaria viridis, een opkomend modelsysteem voor grassen dat nauw verwant is aan economisch belangrijke graangewassen en bio-energiegrondstoffen zoals maïs, sorghum, switchgrass en suikerriet.

De onderzoeksresultaten van het Eveland-laboratorium, "Brassinosteroïden moduleren het lot van het meristeem en de differentiatie van de unieke bloeiwijzemorfologie in Setaria viridis", werden onlangs gepubliceerd in het tijdschrift De plantencel . In hun studie hebben Yang et al. een genetische locus in het S. viridis-genoom in kaart gebracht die de groei van steriele takken, borstelharen genaamd, regelt, die worden geproduceerd op de korreldragende bloeiwijzen van sommige grassoorten. Uit hun onderzoek bleek dat deze steriele borstelharen aanvankelijk zijn geprogrammeerd als aartjes; gras-specifieke structuren die bloemen en graan produceren. Eveland's werk toonde aan dat de omzetting van een aartje in een borstelhaar vroeg in de ontwikkeling van de bloeiwijze wordt bepaald en wordt gereguleerd door een klasse van plantenhormonen die brassinosteroïden (BR's) worden genoemd. die een reeks fysiologische processen in de plantengroei moduleren, ontwikkeling en immuniteit. Naast het omzetten van een steriele structuur in een zaaddragende, het onderzoek toonde ook aan dat lokale verstoring van de BR-synthese kan leiden tot de productie van twee bloemen per aartje in plaats van de enkele die zich gewoonlijk vormt. Deze BR-afhankelijke fenotypes vertegenwoordigen daarom twee mogelijke wegen voor het verbeteren van de graanproductie in gierst, inclusief zelfvoorzieningsgewassen in veel ontwikkelingslanden die grotendeels onaangeboord blijven voor genetische verbetering.

"Dit werk is een geweldige demonstratie van hoe Setaria viridis kan worden gebruikt om fundamenteel inzicht te krijgen in de mechanismen die de zaadproductie in de grassen regelen - onze belangrijkste groep planten, waaronder maïs, sorghum, rijst, tarwe en gerst, " zei Thomas Brutnell, doctoraat, directeur van het Enterprise Institute for Renewable Fuels, Danforth Centrum. "Het is ook vermeldenswaard dat dit project is bedacht en het werk is gestart nadat Dr. Eveland zich bij het Danforth Center aansloot - een indrukwekkende prestatie voor een junior faculteitslid dat zowel de voordelen van het werken aan een modelsysteem als het geweldige team dat ze heeft samengesteld uitspreekt in het Danforth Center."

In het Danforth Center, Eveland's onderzoek richt zich op de ontwikkelingsmechanismen die de eigenschappen van plantarchitectuur in graangewassen beheersen. specifiek, ze onderzoekt hoe plantenorganen worden gevormd uit stamcellen, en hoe variatie in de onderliggende genregulerende netwerken de plantvorm precies kan moduleren. Haar team integreert zowel computationele als experimentele benaderingen om te onderzoeken hoe verstoringen van deze gennetwerken de morfologie kunnen veranderen, zowel binnen een soort als over de grassen heen, met als uiteindelijk doel doelstellingen te definiëren voor het verbeteren van de graanopbrengst in granen.

"De genetica en genomica-instrumenten die voor Setaria opkomen, maken een snellere ontleding van moleculaire routes zoals deze mogelijk, en ons in staat stellen ze direct te manipuleren in een systeem dat nauw verwant is aan de voedselgewassen die we willen verbeteren, "Zei Eveland. "Het betekent dat we net zo veel dichter bij het ontwerpen en implementeren van optimale architecturen voor graangewassen zijn. Het vooruitzicht om deze bevindingen te gebruiken voor de verbetering van verwante grassen die ook weesgewassoorten zijn, zoals parel- en vossenstaartgierst, is vooral spannend."