Risolvere il cibo del mondo, le sfide relative ai mangimi e alla bioenergia richiedono l'integrazione di molteplici approcci e competenze diverse. Andrea Eveland, dottorato di ricerca, membro assistente presso il Donald Danforth Plant Science Center, e il suo team ha identificato un meccanismo genetico che controlla i tratti di sviluppo legati alla produzione di cereali nei cereali. Il lavoro è stato eseguito a Setaria viridis, un sistema modello emergente per le graminacee che è strettamente correlato alle colture cerealicole economicamente importanti e alle scorte di mangimi bioenergetici come il mais, sorgo, erbaccia e canna da zucchero.

I risultati della ricerca del laboratorio di Eveland, "I Brassinosteroidi modulano il destino del meristema e la differenziazione della morfologia unica dell'infiorescenza in Setaria viridis", sono stati recentemente pubblicati sulla rivista La cellula vegetale . Nel loro studio, Yang et al. mappato un locus genetico nel genoma di S. viridis che controlla la crescita di rami sterili chiamati setole, che si producono sulle infiorescenze granulose di alcune specie erbacee. La loro ricerca ha rivelato che queste setole sterili sono inizialmente programmate per essere spighette; strutture erba-specifiche che producono fiori e grano. Il lavoro di Eveland ha mostrato che la conversione di una spighetta in una setola è determinata all'inizio dello sviluppo dell'infiorescenza e regolata da una classe di ormoni vegetali chiamati brassinosteroidi (BR), che modulano una serie di processi fisiologici nella crescita delle piante, sviluppo e immunità. Oltre a convertire una struttura sterile in una portatrice di semi, la ricerca ha anche mostrato che l'interruzione localizzata della sintesi di BR può portare alla produzione di due fiori per spighetta invece del singolo che si forma tipicamente. Questi fenotipi BR-dipendenti rappresentano quindi due potenziali strade per migliorare la produzione di grano nei miglio, comprese le colture di sussistenza in molti paesi in via di sviluppo che rimangono in gran parte non sfruttate per il miglioramento genetico.

"Questo lavoro è una grande dimostrazione di come Setaria viridis può essere sfruttato per acquisire conoscenze fondamentali sui meccanismi che regolano la produzione di semi nelle graminacee - il nostro gruppo più importante di piante che include mais, sorgo, Riso, grano e orzo, " ha detto Thomas Brutnell, dottorato di ricerca, Direttore dell'Enterprise Institute for Renewable Fuels, Centro Danforth. "Vale anche la pena notare che questo progetto è stato concepito e il lavoro è stato avviato dopo che la dottoressa Eveland è entrata a far parte del Danforth Center - un'impresa impressionante per un membro della facoltà junior che parla sia dei vantaggi di lavorare su un sistema modello sia della grande squadra che ha assemblato al Danforth Center."

Al Danforth Center, La ricerca di Eveland si concentra sui meccanismi di sviluppo che controllano i tratti dell'architettura delle piante nelle colture di cereali. Nello specifico, indaga su come si formano gli organi delle piante dalle cellule staminali, e come la variazione nelle reti regolatorie geniche sottostanti può modulare con precisione la forma della pianta. Il suo team integra approcci sia computazionali che sperimentali per esplorare come le perturbazioni a queste reti di geni possono alterare la morfologia, sia all'interno di una specie che attraverso le erbe, con l'obiettivo finale di definire obiettivi per migliorare la resa in granella dei cereali.

"Gli strumenti di genetica e genomica che stanno emergendo per Setaria consentono una dissezione più rapida di percorsi molecolari come questo, e ci consentono di manipolarli direttamente in un sistema strettamente correlato alle colture alimentari che miriamo a migliorare, " ha detto Eveland. "Significa che siamo molto più vicini alla progettazione e alla distribuzione di architetture ottimali per le colture di cereali. La prospettiva di sfruttare questi risultati per il miglioramento di graminacee correlate che sono anche specie di colture orfane, come miglio perlato e coda di volpe, è particolarmente emozionante."