GRAIN

Projektbeschreibung

Dürre ist einer der bedeutendsten umweltbedingten Faktoren, der die Produktivität von Kulturpflanzen stark einschränkt. Die Sicherung des Ertrages könnte verbessert werden, indem zukünftige Züchtungsprogramme auf neue Erkenntnissen über diejenigen Entwicklungsprogramme begründet werden, die die Stabilität des Ertrages erhöhen und die Kornqualität unter Trockenheit verbessern.

Ziel des anwendungsorientierten Projektes ist es, Gerste als eine Modellkulturpflanze zu verwenden, um die natürliche genetische Variation zu nutzen in

(i) Elite-Züchtungsmaterial
(ii) einer Kernkollektion von Gerste-Genbankmaterial
(iii) in zwei Populationen von nahezu 120 Introgressionslinien mit zwei Wildgerste-Akzessionen als Donor

Ziel dabei ist es die Mechanismen zu verstehen, die zum Erreichen erhöhter Ertragsstabilität bei gleich bleibender Samenqualität unter Trockenstress während der Samenfüllung führen. Das Programm in diesem Verbundprojekt beinhaltet zwei Teile:

(1) Erforschung der Mechanismen der Trockentoleranz basierend auf bisher weitgehend unerschlossenen genetischen Ressourcen
(2) Selektion und spätere Entwicklung hoch leistungsfähiger Elitelinien durch sowohl nicht-GMO als auch GMO-Ansätze

Im Detail wurde das beschriebene genetische Material 2007 in einem Feldversuch sowie unter kontrollierten Gewächshausbedingungen Trockenstress während der Samenfüllung ausgesetzt. Dabei galt das besondere Interesse Remobilisierungsprozessen. Gerste-Linien, die starke Unterschiede in ihren Trockenstress-Antworten zeigten, wurden Transkriptom-, Proteom-, Metabolom- und enzymatischen Analysen unterzogen. Zusammen mit anspruchsvollen bioinformatischen Methoden wird dies die Identifizierung von günstigen Allelen und regulatorischen Netzwerken ermöglichen, die einer verbesserten Leistungsfähigkeit zugrunde liegen.

Basierend auf den Erkenntnissen, die aus unserer eigenen Arbeit während der GABI-SEED II Phase gewonnen und mit dem neusten Wissen anderer wissenschaftlicher Untersuchungen ergänzt wurden, haben wir ein Konzept für die mögliche Rolle von ABA bei der Verbesserung von Samenqualitätsmerkmalen unter ungünstigen Bedingungen, wie z.B. Trockenheit, abgeleitet (siehe Reviews, Sreenivasulu et al., 2007). Innerhalb des Rahmenprogramms GABI-GRAIN ist es das Ziel eines Arbeitspakets zu testen, ob gleichzeitig erhöhte Mengen an funktionell aktivem ABA in source- (Fahnenblatt) und sink-Geweben (sich entwickelnde Gerstensamen) zu signifikanten Änderungen in der Effizienz der Samenfüllung unter Trockenstress-Bedingungen führen. Wir werden transgene Pflanzen mit erhöhtem ABA-Gehalt durch Überexpression von Schlüsselgenen der ABA-Biosynthese sowie durch Herunterregulieren des Schlüsselgens des ABA-Katabolismus unter Kontrolle eines Trockenstress-induzierbaren Promotors erzeugen. Um die Hypothese zu testen, dass veränderte Mengen an funktionell aktivem ABA während der Samenreifung signifikante Änderungen in der Samenfüllungseffizienz unter Trockenstress induzieren, ist eine Immunmodulation des ABA-Gehaltes in transgenen Gerstensamen geplant. Die transgenen Pflanzen sollen immunologisch charakterisiert und biochemisch analysiert werden.

Erwartete Ergebnisse sind:

(a) verbessertes Wissen über regulatorische Netzwerke, die Ertrags- bzw. Qualitätsparametern unter Umweltstressbedingungen zugrunde liegen, um wissensbasierte Züchtung mit dem Ziel der Verbesserung von Samenmerkmalen zu unterstützen
(b) verifizierte Kanditatengene für die Entwicklung von verschiedenen trockentoleranten GMO-Kulturpflanzen
(c) merkmalsassoziierte DNA- und Proteinmarker für die Marker-unterstützte Selektion (MAS)
(d) Entwicklung von zahlreichen F1 DH Gerstenlinien sowie der GMO-Modifizierung von ABA-Antworten bezüglich eines minimalen Ertragsverlustes unter Trockenstress. 

Partner

Dr. Nese Sreenivasulu (Project Coordinator)
IPK Gatersleben
Samen Entwicklung
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
srinivas@ipk-gatersleben.de

Prof. Ulrich Wobus (Project Coordinator)
IPK Gatersleben
Samen Entwicklung
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
wobusu@ipk-gatersleben.de

Dr. Hardy Rolletschek (co-PI)
IPK Gatersleben
Samen Entwicklung
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
rollet@ipk-gatersleben.de

Dr. Winfriede Weschke (co-PI)
IPK Gatersleben
Samen Entwicklung
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
weschke@ipk-gatersleben.de

Dr. Marion Röder (co-PI)
IPK Gatersleben
Gene and Genome Mapping
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
roder@ipk-gatersleben.de

Dr. Jochen Kumlehn (co-PI)
IPK Gatersleben
Plant Reproductive Biology
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
kumlehn@ipk-gatersleben.de

Dr. Udo Conrad (co-PI)
IPK Gatersleben
Phytoantibodies
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
conradu@ipk-gatersleben.de

Dr. Andreas Börner (co-PI)
IPK Gatersleben
Resources Genetics and Reproduction
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
boerner@ipk-gatersleben.de

Dr. Marc Strickert (co-PI)
IPK Gatersleben
Data Inspection
Corrensstr. 3
06466 Gatersleben
stricker@ipk-gatersleben.de

Prof. Klaus Pillen (co-PI)
University of Halle-Wittenberg
Plant Breeding
Ludwig-Wucherer-Str. 2
06108 Halle
klaus.pillen@landw.uni-halle.de

Prof. Dr. Mark Stitt (co-PI)
MPI for Molecular Plant Physiology
Golm Metabolic Networks
Am Mühlenberg 1
14476 Golm
mstitt@mpimp-golm.mpg.de

Dr. Björn Usadel (co-PI)
MPI for Molecular Plant Physiology
Golm Metabolic Networks
Am Mühlenberg 1
14476 Golm
usadel@mpimp-golm.mpg.de

Dr. Lissy Kuntze (co-PI)
Nordsaat Saatzucht GmbH
Breeder, Summer barley
Hauptstraße 1
38895 Böhnshausen 
l.kuntze@nordsaat.de

Dr. Viktor Korzun (co-PI)
KWS LOCHOW GmbH
cereals biotechnology
Bollersener Weg 5
29303 Bergen-Wohlde
korzun@lochow-petkus.de