N remobilisation during barley grain filling and the influence of sink-strength alteration in developing wheat grains - [kumulative Dissertation]

Abstract

Die Kornentwicklung in Getreiden ist ein streng regulierter Prozess und abhängig von der Nährstoffzufuhr aus vegetativen Geweben. Die Entwicklung der Spelzen in Gerste ist eng an die Kornentwicklung gekoppelt und kann in drei Phasen unterteilt werden. Diese kennzeichnen den Übergang der Spelzen von Sink- zu Source-Geweben. Während der Vorspeicherphase dienen die Spelzen als temporäre Speicher und akkumulieren N-Verbindungen. Die beginnende Speicherstoffsynthese in den sich entwickelnden Körnern erhöht deren Sink-Stärke, wodurch in den Spelzen Remobilisierungsprozesse ausgelöst werden. N-Verbindungen werden ins Korn transportiert und anschließend beginnen die Spelzen zu seneszieren. Effiziente Nährstoffverlagerung ist von aktiven Transportprozessen abhängig. Anhand der Expressionsprofile von N-Transportern lassen sich Kandidaten mit spezifischen Funktionen in Sink- oder Source-Geweben unterscheiden. Die Erhöhung der Sink-Stärke während der Kornentwicklung kann sich positiv auf Ertrag und Proteingehalt in Weizen auswirken und stellt somit einen vielversprechenden Ansatzpunkt zur Verbesserung von Getreidesorten dar.

Seed development in cereals is a highly controlled process and depends on nutrient supply from vegetative tissues. The development of barley glumes is tightly coordinated with the developmental status of the grain, and can be separated into three phases that characterise glumes´ transition from sink to source tissues. During the pre-storage phase, glumes act as temporary resource buffers that accumulate N compounds. When grain sink-strength increases due to storage product accumulation, remobilisation processes are triggered, and N compounds are relocated to the grains, before glumes undergo senescence. Efficient nutrient exchange depends on active transport processes, and expression patterns of N transporters allows identifying candidates with specific functions either in sink or source tissues. The increase of sink-strength in developing grains can positively influence yield and protein content in wheat, and thus represents a promising approach for further crop improvement.