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Claus Frohberg
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Analysis of companion cell and phloem metabolism using a transcriptome-guided model of Arabidopsis metabolism

Hilary Hunt et al.Aug 5, 2022
Abstract Companion cells and sieve elements play an essential role in vascular plants and yet the details of the metabolism that underpins their function remain largely unknown. Here we construct a tissue-scale flux balance analysis (FBA) model to describe the metabolism of phloem loading in a mature Arabidopsis leaf. We explore the potential metabolic interactions between mesophyll cells, companion cells, and sieve elements based on current understanding of the physiology of phloem tissue and through the use of cell-type-specific transcriptome data as a weighting in our model. We find that companion cell chloroplasts likely play a very different role to mesophyll chloroplasts. Our model suggests that, rather than carbon capture, the most crucial function of companion cell chloroplasts is to provide photosynthetically-generated ATP to the cytosol. Additionally, our model predicts that the metabolites imported into the companion cell are not necessarily the same metabolites that are exported in phloem sap; phloem loading is more efficient if certain amino acids are synthesised in the phloem tissue. Surprisingly, in our model predictions the H + -PP i ase is the more important contributor than the H + ATPase to the energisation of the companion cell plasma membrane.
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Variation in root system architecture among the founder parents of two 8-way MAGIC wheat populations for selection in breeding

Shree Pariyar et al.Jul 12, 2021
Abstract Root system architecture (RSA) is a target for breeding because of the interest to develop crops with roots that use nutrients and water more effectively. Breeding for RSA requires phenotypic diversity in populations amenable to QTL identification to provide markers for large breeding programs. This study examined the variation for root traits across the parents of two multi-parent advanced generation inter-cross (MAGIC) wheat populations from NIAB and CSIRO for 16 days in an upgraded version of the non-invasive, germination paper-based phenotyping platform, GrowScreen-PaGe . Across all parents, total root length varied up to 1.90 fold, root biomass 2.25 fold and seminal root angle 1.16 fold. The CSIRO parents grew faster, exhibited slightly wider seminal root angle and produced larger root systems compared to NIAB parents. Lateral root lengths, leaf lengths and biomass contrasted most between fastest (Robigus - NIAB and AC Barrie - CSIRO) and slowest growing parents (Rialto - NIAB and G204 Xiaoyan54 - CSIRO). Lengths of lateral and total root, and leaf number and length had moderate to high heritability (0.30-0.67) and repeatability. Lengths of lateral roots and leaves are good targets for enhancing wheat crop establishment, a critical stage for crop productivity.
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