Nach Angaben der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben die Chao Daiyin-Forschungsgruppe des Center for Excellence in Molecular Plant Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und die Tian Zhixi-Forschungsgruppe des Instituts für Genetik und Entwicklungsbiologie am 22. November eine Online-Publikation veröffentlicht in Current Biology mit dem Titel „Natürliche Varianten von Molybdattransportern tragen zu Ertragsmerkmalen von Sojabohnen bei“ durch Forschungsarbeiten, die die Auxinsynthese beeinflussen. In dieser Studie wurden zwei Schlüsselgene, die die natürliche Variation des Molybdängehalts in Sojabohnenkörnern regulieren, GmMOT1.1 und GmMOT1.2, durch genomweite Assoziationsanalyse geklont. Die Ergebnisse zeigten, dass diese beiden Gene die Photosynthesefläche von Sojabohnenblättern vergrößerten, indem sie die molybdänabhängige Auxinsynthese in Sojabohnenblättern förderten und dadurch den Sojabohnenertrag steigerten. Darüber hinaus ergab die Studie, dass die beiden Gene fünf Haplotypen aufweisen und die geografische Verteilung dieser Haplotypen eng mit dem pH-Wert des Bodens zusammenhängt, was molekulare Marker für eine maßgeschneiderte Sojabohnenzüchtung liefern kann, die an verschiedene Bodentypen angepasst ist.
Molybdän (Mo) ist ein unverzichtbares Spurenelement im Pflanzenwachstum und spielt eine wichtige Rolle in mehreren biologischen Prozessen. Für Hülsenfrüchte ist Molybdändünger besonders wichtig. In der landwirtschaftlichen Produktion ist es häufig erforderlich, das Produktionspotenzial von Hülsenfrüchten durch den Einsatz von Molybdän-Blattdünger zu steigern. Es wird allgemein angenommen, dass der extrem hohe Bedarf an Molybdändünger in Leguminosen mit dem hohen Bedarf an Molybdän im Prozess der biologischen Stickstofffixierung von Leguminosen zusammenhängt. Diese Theorie steht jedoch im Widerspruch zur Notwendigkeit, bei der Produktion Molybdändünger auf die Blätter zu streuen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Stickstofffixierung in Knötchen in den Wurzeln erfolgt, es gibt jedoch keine Berichte über den Transport mineralischer Nährstoffe von den Blättern zu den Wurzeln in Pflanzen. Daher könnte es einen unbekannten Mechanismus dafür geben, dass Blattmolybdändünger die Produktion fördert.
Sojabohnen gehören zu den wichtigsten Nutzpflanzen und sind die Hauptprotein- und Ölquelle für den Menschen. Es ist jedoch unklar, ob es natürliche Unterschiede in der Fähigkeit verschiedener Sojabohnensorten gibt, Molybdän aufzunehmen und zu nutzen, wie sich diese Unterschiede auf die Sojabohnenproduktion auswirken und wie diese Unterschiede genutzt werden können.
In dieser Studie haben wir mithilfe von Ionomik und genomweiter Assoziationsanalyse zwei Gene geklont, die die natürliche Variation des Molybdängehalts in Sojabohnen regulieren, GmMOT1.1 und GmMOT1.2. Durch weitere Analysen wurde festgestellt, dass der natürliche Sojabohnenstamm fünf Haupthaplotypen von GmMOT1.1 und GmMOT1.2 enthielt. Unter ihnen waren das Expressionsniveau und die Molybdäntransportkapazität des fünften Haplotyps bei Sojabohnen am höchsten, während das Expressionsniveau und die Molybdäntransportkapazität des Haplotyps 4 am niedrigsten waren. Eine Reihe genetischer und molekularer Experimente zeigte, dass GmMOT1.1 und GmMOT1.2 an der Aufnahme von Molybdän durch Sojabohnenwurzeln und dem Transport von Molybdän aus Trieben durch Wurzeln beteiligt sind. Wenn die Funktion von GmMOT1.1 und GmMOT1.2 abnahm, wurden der Molybdängehalt und der Ertrag der Mutanten deutlich reduziert, während die Verstärkung von GmMOT1.1 den Molybdängehalt und den Sojabohnenertrag deutlich steigern konnte. Daher regulierten diese beiden Gene den Molybdängehalt in den Sojabohnensprossen und beeinflussten den Sojabohnenertrag weiter.
Die Studie zeigte, dass GmMOT1.1 und GmMOT1.2 weder die Stickstofffixierungsfähigkeit von Wurzelknöllchen noch andere Stickstoffassimilationsprozesse beeinflussten. Der Auxingehalt der Blätter war bei Mutanten und bei Überexpression von GmMOT1.1 und GmMOT1.2 signifikant verändert. Unter ihnen war der Auxingehalt in den Blättern der Mutante deutlich verringert, während der Auxingehalt in den Blättern der überexprimierten Linien erhöht war. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass es in Sojabohnenblättern eine an Molybdän gebundene Aldehydoxidase gab, die die Synthese von Indol-3-acetaldehyd (IAAld) aus Auxinindol-3-essigsäure (IAA) katalysieren konnte, die katalytische Aktivität war jedoch davon abhängig der Gehalt an Molybdän. Als daher die Funktionen von GmMOT1.1 und GmMOT1.2 stärker wurden, stieg der Molybdängehalt in den Blättern, was die Synthese von Auxin und das Wachstum der Blätter förderte, was wiederum den Ertrag an Sojabohnen steigerte. Dies erklärt, warum die Sojaerträge in der Landwirtschaft gesteigert werden können, indem Molybdändünger direkt aus den Blättern gesprüht wird.
Darüber hinaus ergab die Studie auch, dass ein enger Zusammenhang zwischen der Verteilung verschiedener Haplotypen der beiden Gene in verschiedenen Anbaugebieten in China und dem pH-Wert des Bodens besteht. Die hochfunktionellen Haplotypen waren hauptsächlich in sauren Bodengebieten mit niedrigem Molybdängehalt verbreitet, während die schwach funktionellen Haplotypen stärker in alkalischen Bodengebieten mit hohem Molybdängehalt verbreitet waren, was darauf hindeutet, dass die beiden künstlich selektiert wurden. Dies legt nahe, dass diese beiden Gene zur Entwicklung molekularer Marker für die Entwicklung maßgeschneiderter ertragreicher Sojabohnensorten verwendet werden können, die an Böden mit unterschiedlichen pH-Werten angepasst sind.
Diese Studie enthüllte den genetischen Mechanismus der natürlichen Variation des Molybdängehalts in Sojabohnenkörnern, klärte das Prinzip der Molybdändüngung in Hülsenfrüchten und erforschte die molekularen Marker der Sojabohnenzüchtung, die an den pH-Wert des Bodens angepasst sind, was eine wissenschaftliche Grundlage für die weitere Optimierung des Sojabohnenanbaus lieferte und Züchtungsstrategien sowie den Anbau ernährungseffizienter Sojasorten.
