Att lösa världens mat, Foder- och bioenergiutmaningar kräver integrering av flera tillvägagångssätt och olika färdigheter. Andrea Eveland, Ph.D., assisterande medlem vid Donald Danforth Plant Science Center, och hennes team identifierade en genetisk mekanism som kontrollerar utvecklingsegenskaper relaterade till spannmålsproduktion i spannmål. Verket utfördes i Setaria viridis, ett framväxande modellsystem för gräs som är nära relaterat till ekonomiskt viktiga spannmålsgrödor och bioenergifoder som majs, durra, switchgrass och sockerrör.

Eveland-laboratoriets forskningsrön, "Brassinosteroider modulerar meristems öde och differentiering av unik blomställningsmorfologi i Setaria viridis", publicerades nyligen i tidskriften Växtcellen . I deras studie, Yang et al. kartlade ett genetiskt ställe i S. viridis-genomet som kontrollerar tillväxten av sterila grenar som kallas borst, som produceras på de kornbärande blomställningarna hos vissa gräsarter. Deras forskning avslöjade att dessa sterila borst från början är programmerade att vara spikelets; grässpecifika strukturer som producerar blommor och spannmål. Evelands arbete visade att omvandlingen av en spikelet till ett borst bestäms tidigt i blomställningsutvecklingen och regleras av en klass av växthormoner som kallas brassinosteroider (BRs), som modulerar en rad fysiologiska processer i växttillväxt, utveckling och immunitet. Förutom att konvertera en steril struktur till en fröbärande, forskningen visade också att lokaliserad störning av BR-syntesen kan leda till produktion av två blommor per spikelet snarare än den enda som vanligtvis bildas. Dessa BR-beroende fenotyper representerar därför två potentiella vägar för att förbättra spannmålsproduktionen i hirs, inklusive försörjningsgrödor i många utvecklingsländer som i stort sett förblir outnyttjade för genetisk förbättring.

"Det här arbetet är en fantastisk demonstration av hur Setaria viridis kan utnyttjas för att få grundläggande insikter i mekanismerna som styr fröproduktionen i gräset - vår viktigaste grupp av växter som inkluderar majs, durra, ris, vete och korn, sa Thomas Brutnell, Ph.D., Direktör för Enterprise Institute for Renewable Fuels, Danforth Center. "Det är också värt att notera att detta projekt skapades och arbetet inleddes efter att Dr. Eveland gick med i Danforth Center - en imponerande bedrift för en juniorfakultetsmedlem som talar om både fördelarna med att arbeta på ett modellsystem och det fantastiska team som hon har satt ihop på Danforth Center."

På Danforth Center, Evelands forskning fokuserar på de utvecklingsmekanismer som styr växtarkitekturegenskaper i spannmålsgrödor. Specifikt, hon undersöker hur växtorgan bildas av stamceller, och hur variation i de underliggande genreglerande nätverken exakt kan modulera växtformen. Hennes team integrerar både beräknings- och experimentella metoder för att utforska hur störningar i dessa gennätverk kan förändra morfologin, både inom en art och över gräsen, med det slutliga målet att definiera mål för att förbättra spannmålsutbytet i spannmål.

"De genetik- och genomikverktyg som växer fram för Setaria möjliggör snabbare dissektion av molekylära vägar som den här, och tillåta oss att manipulera dem direkt i ett system som är nära relaterat till de livsmedelsgrödor vi vill förbättra, ", sa Eveland. "Det betyder att vi är precis så mycket närmare att designa och distribuera optimala arkitekturer för spannmålsgrödor. Utsikten att utnyttja dessa fynd för förbättring av relaterade gräs som också är föräldralösa grödor, såsom pärl- och rävsvanshirs, är särskilt spännande."