Forschung

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.

Die Zuckerrübe (Beta vulgaris) ist eine wichtige Kulturpflanze in Österreich. Pro Jahr werden 3 Millionen Tonnen Zuckerrüben in Österreich geerntet, eine Menge, die ausreicht, um den jährlichen Zuckerbedarf des Landes zu decken. Im Rahmen von BeetSelect werden wir die Genome von insgesamt 500 Zucker- und Wildrüben sequenzieren. Die Daten werden genutzt, um die genetische Variabilität der Spezies zu ermitteln. Im Zuckerrübengenom werden wir Domestikationsgene identifizieren. Die an Wildrüben erhobenen Daten werden die Identifizierung von Genen, die natürlicher Selektion unterliegen, ermöglichen, sowie Einblicke eröffnen, ob Genfluss zwischen Wild- und Kulturformen der Rübe vorkommt. Einer beschleunigten Evolution unterliegen Gene, die Wildrüben gegenüber biotischem oder abiotischem Stress unempfindlich machen; die entsprechenden Resistenzen sind der Kulturform häufig verloren gegangen. Das Projekt wird ein äußerst präzises Bild der Genomarchitektur einer wichtigen Kulturpflanze vermitteln. Die Daten werden uns helfen zu verstehen, wie künstliche und natürliche Selektion das Rübengenom beeinflusst haben. Anwendung können diese Erkenntnisse finden, indem sich gezielter als bisher neue Rübensorten mit verbesserten Eigenschaften züchten lassen werden.