Aufgrund des Klimawandels werden Sorten mit verbesserter Trockentoleranz benötigt. Die Phänotypisierung der Trockentoleranz im Feld ist jedoch eine Herausforderung, vor allem weil die Trockenheitsbedingungen im Feld sowohl räumlich als auch zeitlich unvorhersehbar sind. Dies hat dazu geführt, dass die genetischen Mechanismen, die für die Dürretoleranz verantwortlich sind, nur unzureichend verstanden werden. Der Forscher Clinton Steketee von der University of Georgia versucht, die Trockentoleranz von Sojabohnen zu verbessern, indem er verbesserte Screening-Techniken für Trockentoleranz-Merkmale einsetzt, neues trockentolerantes Sojabohnen-Keimplasma identifiziert und klärt, welche genomischen Regionen für Merkmale verantwortlich sind, die Sojabohnen helfen, mit Wasserdefiziten fertig zu werden.

WELCHE EIGENSCHAFTEN SIND WICHTIG?

Clinton und seine Kollegen evaluieren über zwei Jahre lang ein genetisch vielfältiges Panel von 211 Sojabohnenlinien in zwei verschiedenen Staaten, Kansas und Georgia, um seine Forschungsziele zu erreichen. Diese 211 Linien stammen aus 30 Ländern und wurden aus geografischen Gebieten mit geringen jährlichen Niederschlägen und neu entwickelten Sojabohnenlinien mit verbesserten trockenheitsbezogenen Merkmalen sowie trockenheitsanfälligen Kontrollen ausgewählt.Die Forscher untersuchen Merkmale wie die Kronenwelke. Einige Pflanzen brauchen ein paar Tage länger, um zu welken, so dass diese Pflanzen ihre photosynthetische Fähigkeit zur Produktion von Biomasse für die Saatgutproduktion beibehalten können. Weitere Merkmale, die er untersuchen möchte, sind stomatäre Leitfähigkeit, die Temperatur der Baumkronen mit Hilfe von Wärmebildern, der relative Wassergehalt und die Unterscheidung von Kohlenstoffisotopen.

Zusätzlich zu den METER-Bodenfeuchtesensoren verwendete das Team METER-Mikroklima-Wetterstationen, um die Wasserzufuhr an den beiden Feldforschungsstandorten zu überwachen und die idealen Zeiträume für die Phänotypisierung trockenheitsbezogener Merkmale zu bestimmen. Steketee sagt: "Wir haben Mikroklima-Monitore in der Nähe des Feldes aufgestellt, auf dem wir unser Versuchsmaterial anbauen. Beide Standorte nutzen diese Monitore, um die Wetterbedingungen während der gesamten Vegetationsperiode im Auge zu behalten und Temperatur, Feuchtigkeit und Niederschlag zu messen. Da wir aus der Ferne auf die Daten zugreifen konnten, nutzten wir diese Informationen, um zu bestimmen, wann es an der Zeit war, auf das Feld zu gehen und die Parzellen zu untersuchen. Wir wollten möglichst große Unterschiede zwischen den Sojapflanzen sehen, insbesondere bei Trockenheit. Durch die Überwachung der Bedingungen konnten wir einfach auf unsere Wetterdaten zurückgreifen, um zu zeigen, dass es drei Wochen lang nicht geregnet hatte, bevor wir diese Messung vornahmen, was beweist, dass wir tatsächlich unter Trockenheit litten."

ERGEBNISSE BISHER

Obwohl 2015 kein besonders gutes Jahr für die Trockenheit in Georgia war, sagt Clinton, dass es Ende Juli eine Periode gab, in der er die Verwelkung der Baumkronen messen konnte und einige Linien identifizierte, die gut abschnitten. Er sagt: "Wir haben unsere Daten mit den Daten unseres Kooperationspartners in Kansas verglichen, und es gibt einige Linien, die an beiden Standorten gut abgeschnitten haben. Wir hoffen, dass die Daten eines weiteren Jahres bestätigen werden, dass diese Pflanzen vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf Trockenheitstoleranz haben, und dass wir in der Lage sein werden, die vorteilhaften Eigenschaften dieser Linien zu untersuchen und sie in unser Zuchtprogramm zu integrieren."

ZUKUNFTSPLÄNE

Das Team wird einen so genannten genomweiten Assoziationsstudien-Ansatz verwenden, um genomische Regionen zu identifizieren, die für die interessierenden Merkmale der Trockentoleranz verantwortlich sind. Bei diesem Ansatz werden phänotypische Informationen aus den Feldexperimenten zusammen mit DNA-Markern im gesamten Sojabohnengenom verwendet, um festzustellen, ob dieser Marker mit dem gewünschten Merkmal assoziiert ist. Wenn die Wissenschaftler die Stelle im Genom finden, die mit dem gewünschten Merkmal in Verbindung steht, werden sie genomische Instrumente für die Selektion entwickeln, dieses Merkmal in Elite-Keimplasma integrieren und schließlich die Trockentoleranz von Sojabohnen verbessern.

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