Characterization and analysis of mat-b in Hordeum vulgare

Abstract

When cultivating barley (Hordeum vulgare), access to cultivars with shorter flowering time can be helpful in various agricultural settings, such as the effort of expanding agricultural capabilities into colder regions with shorter growing seasons. The recently identified gene Praematurum-b (Mat-b) is known to cause the plants to flower 7 days early on average. This thesis aimed to analyze the effects of mutations in Mat-b utilizing a set of 49 sequenced mutants, focusing on both the resulting protein structure and the expression pattern of key flowering-related genes. In parallel, generation of Mat-b knockout mutants using CRISPR-Cas9 was attempted. The sequenced mutants were analyzed using both structure prediction with AlphaFold3 and experimentally using western blot. Using an early stop-codon mutant, comparison of expression pattern in genes such as Flowering Locus T (FT2) could be done using qPCR. It was attempted, although the protein could not be detected in Western blot. The mutations were still successfully mapped upon predicted structural models to help infer their effects. CRISPR-Cas9 produced mixed results, although one mutant may have been generated, but backcrossing is needed to confirm this. The results from the expression analysis showed high upregulation of especially FT2 and Mat-b ligand FON2-Like CLE Protein 1 (FCP1). In conclusion, these findings suggest that Mat-b is highly similar to AtCLV1 in Arabidopsis thaliana, both in its structure, but also in its function and interactions. Given that AtCLV1 is a more thoroughly studied protein, this may offer valuable insights into the role of Mat-b in meristem regulation and flowering control. The expression analysis also covered genes Trehalose 6-phosphate synthase (TPS1) and Sister of Ramosa (SRA3) to study a potential connection between trehalose 6-phosphate (T6P) and flowering regulation, however these results remained inconclusive and require further study.

Popular Abstract (Swedish)

Praematurum – mutanterna som snabbar på blomningen i korn

Hordeum vulgare (känt som ”korn” i vardagligt språk) är idag världens fjärde mest odlade sädesslag och används framför allt som djurfoder och till ölbryggning. På grund av den globalt ökande populationen och ett nyligen återfunnet intresse i nationell självförsörjning så blir vikten av forskning inom växtförädling bara större och större. En strategi för effektivisering är att skapa kornsorter som blommar tidigare. Detta sker dock ofta på bekostnad på avkastningen, men detta vägs upp av att sådd och skörd bättre kan anpassas till längden av odlingssäsonger. Detta innefattar att sädesslaget kan odlas i regioner som annars har för korta odlingssäsonger eller att bönder helt enkelt kan hinna med två skördar inom tiden av en normal säsong.

Praematurum är benämningen på en grupp gener som är funna att vara väsentliga för blomning i korn. I den här studien var målet att förstå den bakomliggande funktionen som gör att mutationer i genen praematurum-b (mat-b) gör att korn blommar en vecka tidigare än vanligt. För att undersöka detta användes ett förvar av 49 olika mat-b mutanter för att analysera dess effekt på både gen- och protein-nivå. Parallellt till detta gavs också försök till att skapa en ny mat-b mutant med hjälp av CRISPR-Cas9.

Då det ännu inte finns någon forskning som beskriven strukturen av Mat-b, så användes den AI-baserade prediktionsmodellen AlphaFold3 för att skapa teoretiska strukturer (se bild). Detta användes till att förutsäga de strukturella effekterna av de 49 tillgängliga mutationerna. Experimentell analys testades också genom att detektera proteinet med antikroppar, men detta fungerade inte i slutändan. För att analysera genens sammanhang i växten så användes kvantitativ PCR, en metod som tillåter kvantifiering av genexpression. Detta tillåter analys av förändring i hur gener regleras i mat-b mutanter.

Resultaten proteinmodellerna tyder på att Mat-b delar stor strukturell likhet med relaterade proteiner i andra arter, vilket är av betydelse då dessa relaterade proteinerna är mer undersökta. Detta kan i framtiden användas för att härleda karaktären av Mat-b utifrån de besläktade proteinerna. Genexpressionsanalysen visade att Flowering Locus T (FT2), en gen som är väsentlig för reglering av blomning, blir kraftigt uppreglerad i en mutant som saknar funktionen av Mat-b. Resultaten visade även uppreglering, i avsaknad av funktionen av Mat-b, av Mat-b liganden FON2-LIKE CLE PROTEIN1 (HvFCP1). Denna förändring tyder på att Mat-b deltar i liknande proteinnätverk som de som redan är beskrivna i andra växter, nämligen CLV-feedback loopen i Arabidopsis thalina. Ännu en gång så kan detta vara hjälpsamt för att i framtiden för att hitta indikationer hur Mat-b bäst studeras i korn.

Masterexamensprojekt i molekylär biologi, 60 hp, 2025
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Mats Hansson
Biologiska institutionen

• author: Eriksson, Hampus
• supervisor: Mats Hansson
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBN03 20242
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9215068
• date added to LUP: 2025-11-07 11:39:56
• date last changed: 2025-11-07 11:39:56