Cloning of the plant development regulatory genes MANY NODED DWARF (MND) and LAXATUM-A (LAX-A) by taking advantage of an improved barley genomics infrastructure

Abstract

Die Optimierung der Pflanzenarchitektur ist ein Ansatz um zukünftig höhere Erträge von Kulturpflanzen zu erzielen. Die Identifikation von Genen, welche für die Merkmalsausprägung des Pflanzenwachstums verantwortlich sind, ist eine Grundvoraussetzung um eine gezielte Züchtung der Pflanzenarchitektur zu ermöglichen. Diese Arbeit beschreibt die Identifikation und Charakterisierung der Gene MANY NODED DWARF (MND) und LAXATUM-A (LAX-A), welche wichtige Regulatoren für die Pflanzenarchitektur der Gerste sind. Mutanten mnd Pflanzen zeigen, im Gegensatz zu herkömmlichen Wild-typ Pflanzen, eine schnellere Blattanlage (verkürztes „Plastochron“) und ein verzwergtes Wachstum auf. Die lax-a Mutanten zeigen hingegen pleiotrope Veränderungen in der Ähre. Es wurde eine Verbesserung der Isolation von Genen in der Gerste angestrebt. Durch den Einsatz modernster Sequenziertechniken und verfügbaren genomischen Ressourcen konnten anhand der zwei Gene, welche in Regionen mit stark unterschiedlichen Rekombinationshäufigkeiten liegen, neue Erkenntnisse für zukünftige Genidentifikationen geliefert werden.

Optimizing plant architecture is one major target towards increasing yield potential of crop plants. To identify underlying genes regulating plant growth is one major requirement to understand and intervene towards breeding plants with improved plant architecture. This study describes the identification and characterization of the genes MANY NODED DWARF (MND) und LAXATUM-A (LAX-A), which are important growth regulators of barley plant architecture. Mutant mnd plants have, in comparison to wild-type plants, a faster leaf initiation (shortened plastochron) and a dwarf growth habit. The lax-a mutant plants exhibit pleiotropic changes in the spike architecture. It was aimed to improve the gene isolation procedure in barley by using modern sequence techniques and available genomic resources. The two genes, localized in genomic environments with strong differences in recombination frequency, delivered beneficial insights for future gene isolation studies.