Forschung

Wilde Verwandte von Kulturpflanzen ("crop wild relatives", CWRs) sind Wildpflanzenarten, die genetisch mit Kulturpflanzen verwandt sind. Ihre ungenutzte Vielfalt kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber biotischem und abiotischem Stress sowie die Nährstoffqualität moderner Kulturpflanzen verbessern. Weizen, Zuckerrüben und Raps wurden von Pro-Wild ausgewählt, weil sie für die Ernährungssicherheit und die Landwirtschaft in der EU wichtig sind und weil einige ihrer wilden Verwandten in Europa endemisch sind. Darüber hinaus stellen diese CWRs eine reichhaltige und wenig genutzte Ressource dar, die benötigt wird, um die mit dem Klimawandel und dem Übergang zu einer Landwirtschaft mit geringem Input verbundenen Herausforderungen zu bewältigen. Die genetische Vielfalt und die Anfälligkeit dieser CWRs müssen besser charakterisiert werden, um ihre Erhaltung und Nutzung zu optimieren. Die Ziele von Pro-Wild bestehen darin, Prioritäten für die In-situ-Erhaltung der ausgewählten CWR-Genpools zu ermitteln, die Sammlungen von CWR-Genbanken zu erfassen und zu ergänzen und die Nutzung von CWR bei der Verbesserung von Kulturpflanzen zu steigern. An Pro-Wild sind 18 Partner aus 11 EU- und assoziierten Ländern beteiligt, die über Fachwissen in den Bereichen Ökologie, konservatorischen Maßnahmen, Genomik, Pathologie, Mikrobiologie, Pflanzenzucht, Landwirtschaft und Soziologie verfügen. Pro-Wild wird Karten zum Vorkommen von CWRs in-situ erstellen und analysieren. Pro-Wild wird die Anfälligkeit verschiedener CWR-Arten und -Populationen gegenüber Klimaveränderungen vorhersagen. Die Ex-situ-Sammlungen werden durch gefährdete CWR-Zugänge ergänzt. Pro-Wild wird die Widerstandsfähigkeit von CWRs gegenüber relevanten biotischen und abiotischen Stressfaktoren untersuchen. Die Identifizierung erwünschter CWR-Merkmale und deren Übertragung in Elitesorten wird durchgeführt, um die Nutzung von CWRs zu fördern. Insgesamt werden die spezifischen Ziele von Pro-Wild mit Beiträgen von Züchtern, Landwirten und Verbrauchern koordiniert. Die Ergebnisse von Pro-Wild werden durch Forschung, Bildung und Ausbildung zu den europäischen "Green-Deal"-Initiativen beitragen. Sie dienen der EU-Biodiversitäts- und der "Farm to Fork"-Strategie durch Schutz, Charakterisierung und Nutzung von Wildarten, die für die Erhaltung unserer Lebensgrundlagen von einzigartiger Bedeutung sind. (Übersetzt mit DeepL)

Die Zuckerrübe (Beta vulgaris ssp. vulgaris) ist eine relative junge Nutzpflanze, welche von der Wild Rübe (Beta vulgaris ssp. maritima) abstammt, einer in West- und Südeuropa beheimateten Küstenpflanze. Transposons haben einen massiven Einfluss auf die Genomstruktur und der Funktionalität von Genen. Von den vielen verschiedenen Transposons und repetitiven Elementen, die in einem Genom enthalten sind, ist nur eine kleine Teilmenge intakt und voll funktionsfähig. Selbst dieser kleine Anteil hat eine große Einflussnahme auf das Genom, durch dem alternativen Splicing von Genen, der Einführung von neuen Promotoren, geänderten Genregulierung oder durch die Inaktivierung von Genfunktionen. Diese Änderungen haben schlussendlich auch Einfluss auf den Phänotyp der Rüben. Das Genom ist nicht statisch, sondern in ständiger Bewegung: Transposons werden an neuen Positionen im Genom eingefügt; danach wirken Selektions- und Mutationsprozesse auf sie ein. Repetitive Elemente, die sich negativ auf den Organismus auswirken, verschwinden schnell, während andere, die sich neutral zeigen oder sogar nützlich sind, erhalten bleiben. Durch den Vergleich verschiedener Genomsequenzdaten der domestizierter Zuckerrübe und ihrer wilden Verwandten bewerten wir die mutagenen Ereignisse, die in der jüngeren evolutionären Vergangenheit im Rübengenom stattgefunden haben, und untersuchen die Rolle, die Transposons bei der Evolution des Rübengenoms gespielt haben. Erkenntnisse über das Rübengenom und der repetitiven Genomlandschaf können neue Erkenntnisse über die jüngste Genomentwicklung der Zuckerrübe liefern und eine Grundlage für deren weitere Verbesserungen als Kulturpflanze bilden.

Zusammenfassung Domestizierung und Diversifizierung sind die treibenden Kräfte, die für die große Anzahl von existierenden Kulturpflanzen und ihren davon abgeleiteten Sorten sind. Aufgrund von Diversifizierung lassen sich bei der Rübe vier verschiedene Gruppen von Kultivaren unterscheiden, nämlich Mangold, Futterrübe, Zuckerrübe und Rote Rübe. Im vorliegenden Projekt wird der Frage nachgegangen, ob die Domestizierung der Rübe einmal oder mehrmals erfolgte. Es wird untersucht werden, wie unterschiedlich die Genome von Kultivaren zueinander sind. Diversifizierungsgene werden identifiziert werden, um die phänotypischen Unterschiede zwischen Kultivaren auf molekularer Ebene erklären zu können. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir nach Regionen im Genom suchen, die in der Rübe unter künstlicher Selektion stehen. Die Sequenzierung ganzer Genome wird durchgeführt, gefolgt von einer Analyse, die Kultivar-spezifische Referenzsequenzen und statistische Interpretation der Differenzierung von Populationen miteinbezieht. Kartierung mit hoher Auflösung wird die Identifizierung von Kandidatengenen, die für die Diversifizierung der Kultivargruppen verantwortlich sind, erleichtern. Das Projekt “CultiBeet” wird wertvolles Wissen zu Domestizierungsgeschichte der Rübe generieren und es werden die an der Diversifizierung beteiligten Schlüsselgene identifiziert werden. Die vorgeschlagene experimentelle Versuchsanordung und die Strategie zur Datenauswertung wird sich auf der Untersuchung der Diversifzierung andere Kulturpflanzen übertragen lassen Leitende beteiligte Wissenschaftler/innen Das Projekt wird gemeinsam von Ass. Prof. Dr. Juliane Dohm und Prof. Dr. Heinz Himmelbauer geleitet.