Identification of Mutations in Genes Regulating Culm Length in Malting Barley

Abstract

Lodging, the tendency in barley to lie down on the ground when exposed to hail and heavy fertilising, is one of the most important traits that barley breeding is trying to remove from the barley cultivars. This may be an even greater challenge when future climate changes may lead to more extreme weather leading to more severe storms with heavy rain and hail. In this project, 8 breviaristatum (ari)-mutants have been sequenced for mutations in three different genes Brassinosteorid-6 oxidase (HvBRD), Diminuto (HVDIM) and Brassinosteroid-insensitive1 (HvBRI1). These genes are involved in brassinosteroid biosynthesis and signalling. HvBRD and HvDIM encode enzymes taking part in the biosynthesis of brassinosteroids while HvBRI1 encodes the brassinosteroid receptor. Brassinosteroids are plant hormones, which among other things stimulate cell division and elongation. These genes regulate the length of the barley’s culm and a mutation in the genes leads to a shorter culm, a semi-dwarf phenotype, which is more tolerant against lodging. In 5 ari-mutants the mutation could be identified and these mutations can be used in marker-assisted barley breeding programs. These findings can be an important tool enabling more efficient barley breeding, which will be important in the future with predicted more extreme weather. F2-crosses between brassinosteroid mutants, with known mutation, and the arimutants sequenced in this project were also studied. A couple of the individuals that showed severe dwarf phenotype were sequenced in search of being homozygous for the mutations inherited from both parent lines.

Popular Abstract (Swedish)

Skrivfel ger billig öl trots framtida klimatändringar

Ölpriset är kanske inte det första man oroar sig över när man hör farorna med framtida klimatförändringar. Men var lugn, det kommer man inte att behöva göra heller. Genom att lägga ihop pusslet över hur kornets strålängd regleras kommer man kunna fortsätta att ta fram kornsorter som klarar av mer extremt väder. Kornsorter som sedan används för tillverkning av malten till ölen.

Men till att börja med, hur skulle klimatet kunna påverka kornet? Även om korn redan är en av de sädesslag som bäst kan anpassa sig till allt från torra och varma till kyliga och fuktiga miljöer finns det en egenskap som skulle kunna ställa till det i framtiden. När det regnar mycket och haglar orkar inte strået hos kornet hålla upp dess ax (där fröna sitter) och istället lägger sig kornet ner på marken. Detta kan leda till svampangrepp eller till att fröna på axet börjar gro innan det har hunnit skördas. Med fler stormar och hagelskurar skulle den här tendensen med liggande korn, så kallad liggsäd, ge lantbrukaren en mindre skörd, vilket i sin tur skulle höja priset på kornet och i längden även på ölet.

Men som tur är har man hittat de gener som bestämmer strålängden på kornet. Gener är sekvenser i kornets arvsanlag, DNA, som översätts av ett maskineri i cellen till proteiner som sedan ser till att det budskap som finns i genen utförs till organismen, i detta fall. korn. Normalt ser de här generna till att kornet växer sig högt över marken, men ibland kan det bli skrivfel, antingen när genen ska översättas till protein eller bara kopieras tillsammans med resten av DNAt för att bilda en ny cell.

DNA består av fyra kemiska grupper, så kallade baser; A, T, C och G. Dessa baser kedjar fast till varandra och bildar två kedjor som hålls samman och snurrar ihop till en spiral. Skrivfelet, som nämndes innan, kallas för en mutation och det är i princip samma sak som när man kopierar en mening fel (när en ny cell bildas) eller översätter från ett språk till ett annat med fel ord (genen översätts till protein). Antingen får man en mening med ett nytt budskap eller värre, en mening som inte betyder någonting. Om t.ex. ett A i kedjan har bytts ut mot ett C händer precis samma sak i kornets DNA; ett nytt budskap, i form av ett lite annorlunda protein, eller ett helt obegripligt budskap, som kan leda till att det här proteinet inte kan fungerar eller ens produceras.

Ibland kan det vara så att just den mutationen man letar efter sker, och i det här fallet med maltkornet är det mutationer i generna som kontrollerar strålängden som har inträffat. De mutationer som man är intresserad av är de som ändrar baserna i generna så att proteinerna som bildas blir sämre. De sämre proteinerna gör att kornet inte kan växa så högt och strålängden blir då kortare. Den kortare strålängden gör att det inte blir lika tungt för kornet att hålla uppe sitt ax, vilket i sin tur gör att kornet bättre kan stå emot hagel eller regn och inte lägga sig ned. På så sätt blir det mindre risk för svampangrepp och för tidigt groende frön, vilket gör att lantbrukaren fortfarande kan få en bra skörd.

Så även om klimatförändringarna kanske kommer att ge lite mer regn och hagel, ser skrivfelen i maltkornets DNA till att man i alla fall inte behöver oroa sig över stigande ölpris.

Handledare: Mats Hansson
Examensarbete - kandidatexamen 15hp, 2016

• author: Thorell, Emma
• supervisor: Mats Hansson
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBK01 20161
• year: 2016
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 8894181
• date added to LUP: 2016-10-27 15:47:40
• date last changed: 2016-10-27 15:47:40