Nuclear mutations affecting chloroplastic pigments of photoperiod-insensitive barley

English. Three photoperiod-sensitive spring barley cultivars (Hordeum vulgare L.) and three independently derived, single-gene, nuclear mutants expressing photoperiod insensitivity and extremely early heading time under short daylengths were investigated for chloroplastic pigment variation in three environments using reverse-phase high-performance liquid chromatography (HPLC) to account for differences in laminae colour. In a greenhouse, non-stress environment and in a full sunlight, high-temperature stress environment, no systematic differences were observed among pigments of the mutant-parent pairs. However, under 12 h of daily light (600 microE per square metre and second) and stress temperatures (20/10 degrees C, night/day) in a growth chamber, the three mutants appeared similar to each other in chlorotic appearance and laminae pigment contents, but differed from the three nonchlorotic parents, which were similar to each other. The mutants had less chlorophyll a and b, beta-carotene, lutein, taraxanthin, violaxanthin, and neoxanthin but more zeaxanthin than their parents. When shaded, the mutants became less chlorotic. How phenotypic differences for heading time and perception of daylength might be related to altered chloroplast contents remains unclear. The single-gene mutants conferring photoperiod insensitivity were more sensitive to photothermal stress than their photoperiod-sensitive counterparts and as a result, their zeaxanthin content increased but the level of other pigments decreased.

German. Die Variation von Chloroplastenpigmenten wurde unter drei verschiedenen Umweltbedingungen bei photoperiodisch empfindlichen Sommergerstensorten (Hordeum vulgare L.) und drei voneinander unabhaengig entstandenen, auf jeweils ein Gen zurueckzufuehrenden, lichtunempfindlichen Mutanten untersucht. Der Zeitpunkt des Aehrenschiebens trat bei diesen Mutanten unter Kurztagsbedingungen sehr frueh ein. Um Unterschiede in der Blattfarbe nachzuweisen, wurde HPLC angewendet. Wenn die Pflanzen im Gewaechshaus einerseits stressfreien Bedingungen ausgesetzt waren und andererseits bei vollem Sonnenlicht und hoher Temperatur kultiviert wurden, konnten zwischen den nichtmutierten Eltern und den Mutanten keine systematischen Unterschiede der Pigmentierung beobachtet werden. Bei 12 h Tageslicht (600 microE pro Quadratmeter und Sekunde) und Stresstemperaturen (20/10 Grad C, Nacht/Tag) in einer Klimakammer waren die Mutanten chlorotisch und wiesen etwa die gleichen Gehalte an Blatt-Pigmenten auf; sie unterschieden sich aber von den sich untereinander aehnlich aussehenden, nichtchlorotischen Eltern. Die Mutanten besassen weniger Chlorophyll a und b, beta-Karotin, Lutein, Taraxanthin, Violaxanthin und Neoxanthin, aber mehr Zeaxanthin als ihre Eltern. Bei Beschattung wurden die Mutanten weniger chlorotisch. Es bleibt noch unklar, in welcher Weise die phaenotypisch erkennbaren, unterschiedlichen Zeitpunkte des Aehrenschiebens und die Reaktionen auf die Tageslaenge mit den verschiedencn Pigmentgehalten der Chloroplasten zusammenhaengen. Die lichtunempfindlichen Mutanten reagierten auf photothermale Stressbedingungen deutlicher als ihre photoperiodisch empfindlichen Eltern, wobei als Ergebnis mehr Zeaxanthin, aber weniger andere Pigmente gebildet wurden.