Entwicklung einer RNAi-basierten Screeningmethode zur Charakterisierung der Trockenstressantwort bei Gerste (Hordeum vulgare L.)

Abstract

Das sich rapide ändernde Weltklima stellt zahlreiche Pflanzenpopulationen vor neue Herausforderungen und zwingt sie sich an immer extremere Umweltverhältnisse anzupassen. Infolge dessen haben sie unterschiedliche Abwehrmechanismen entwickelt, die es ihnen einerseits ermöglichen Stress zu vermeiden bzw. andererseits ihn zu tolerieren. Einer der bedeutendsten abiotischen Faktoren, der gleichzeitig die Hauptursache für steigende Ernteverluste darstellt, ist der Stress durch Trockenheit. Ziel dieser Arbeit war es, ein Testsystem zu etablieren mit Hilfe dessen die Gene identifiziert werden können, die zur Toleranz von Trockenstress benötigt werden. Hierfür wurde ein bei der Untersuchung der Gerste-Mehltau Interaktion erstmals eingesetztes System zur transienten Ausschaltung von Genen adaptiert und für die Analyse der Trockenstressantwort optimiert. Mit Hilfe des TIGS (Transient-induced gene silencing) und der Verwendung bekannter Gene, deren Beteiligung an der Stressantwort durch verschiedene Überexpressions- und Mutationsstudien schon erwiesen wurde, konnten im Sinne eines proof of concept vier Kandidaten (HvDRF1, HvNHX1, HvDHN6 und HvHVA1) ermittelt werden, die das Verhältnis zwischen den zur Beurteilung eingesetzten Fluoreszenzmarkern in gestressten Blättern signifikant beeinflussten. Nach Optimierung im Sinne einer weiteren Durchsatzerhöhung wurden insgesamt 19 von 63 untersuchten Kandidaten als signifikant wirkend identifiziert. Um das Gesamtergebnis besser mit Felddaten vergleichen zu können wurden zusätzlich Bestimmungen zum relativen Wassergehalt (RWC) der Blätter unter Stress durchgeführt. Diese zeigten, dass der Stresslevel in den Experimenten mit ~60% RWC relativ stringent ist, und eher extrem trockenen Standortbedingungen entspricht. Mit dieser Arbeit konnte ebenfalls gezeigt werden, dass es möglich ist Kandidaten der Trockenstressantwort unabhängig vom verwendeten Genotyp funktionell zu charakterisieren. Der Test bietet darüber hinaus die Möglichkeit der Erweiterung auf andere abiotische Stressformen und stellt somit eine attraktive Methode der revers-genetischen Analyse dar.