Influence of post-anthesis drought stress on germination and malting quality in barley

Abstract

Trockenheit ist einer der Hauptfaktoren, die den Ertrag und die Kornqualität mindern können. Trockenstress besitzt einen wichtigen Einfluss auf die Kornkeimung, die Vermehrung, und auch auf die Veredlung der Körner zu Malz. Zwei Gesternmalz-Elitesorten mit unterschiedlichen Strategien zur Trockenstresstoleranz und davon abgeleitete Doppelt-Haploid-Population wurden auf Keimungsraten getestet. Die Körner, die sich an der Mutterpflanze unter Trockenstressbedingungen entwickelt hatten, zeigten eine signifikant schnellere Keimung. Die Zusammenhänge zwischen der Keimrate und den Mälzeigenschaften wurden identifiziert und die genomische Region, welche mit diesem quantifizierbaren Merkmals (QTL) verknüpft war, lokalisiert. Abscisinsäure (ABA) ist das wichtigste abiotische Stress- und Dormanz induzierende Pflanzenhormon, dessen Rolle mit Hilfe von ABA manipulierten transgenen Linien untersucht wurde. Nach terminalem Trockenstress konnte ein verstärkter ABA Abbau in reifen Körner nachgewiesen werde. Dies korrelierte auch mit einer schnelleren Keimung. Die Microarray-basierte Transkriptomanalyse erlaubte es, die für die Keimung essentiellen Transkripte im Embryo und in der Aleuronschicht zu identifizieren sowie Kandidatengene zu identifizieren die für die Mälzqualität von Bedeutung sind.

Drought is one of the major factors that limit yield and impairs grain quality, while cereal grain germination has a central role in crop propagation and malting. Two malting elite varieties with distinct drought tolerance mechanisms and their double haploid population were tested for germination rates. Grains that had developed on the mother plant under drought condition showed a significant increase in germination rate. Relations of germination rate with malting traits were identified and confirmed by quantitative trait locus (QTL) detection. Abscisic acid (ABA) is the key abiotic stress and dormancy inducing hormone, and its role was studied using ABA manipulated transgenic lines. After terminal drought stress increased ABA degradation is detected in mature grains, which also showed faster germination behaviour. Microarray based transcriptome analysis enabled to identify germination essential transcripts in the embryo and the aleurone layer as well as candidate genes important for malting quality traits.