Das interdisziplinäre Projekt SHAPE befasst sich mit der Aufklärung der Komplexität struktureller Variation sowie der Bestimmung des sogenannten Core- und des Pan-Genoms der Gerste. Anhand der neu-erzeugten Genominformationen, sowie unter Berücksichtigung vorhandener Genomdaten werden Ansätze entwickelt und überprüft, um zu klären, welche Bedeutung oder welchen Einfluss die Kenntnis über strukturelle Variation auf den Erfolg genomischer Selektion in einem Gerste-Zuchtprogramm haben kann. Das Projekt wird, in bisher unerreichtem Maße, die Komplexität genetischer und struktureller Variation des Gerste Genoms beschreiben und in Zusammenarbeit mit einer der führenden Getreide Züchtungsfirmen Deutschlands und Europas, für eine nachhaltige Gerste-Züchtung erschließen. Potential und Nutzen der erzeugten, hoch-dichten und hoch-auflösenden, genomischen Variations-Matrix für eine Anwendung in der Assoziations Genetik und für Genom-weite Vorhersagen in einem modernen Gerste Züchtungsprogramm werden demonstriert. Es wird außerdem gezeigt wie die neu erzeugte Information genutzt werden kann, um sehr diverse aber kompatible Haplotypen aus Sammlungen genetischer Ressourcen zu rekrutieren und so eine vorhersagbare und damit besser planbare Zunahme genetischer Diversität in Zuchtprogrammen erreicht werden kann.

Wissenschaftliche und technische Ziele:

• Erfassung des Gerste Core- und Pan-Genoms durch:

(i) de novo whole genome shotgun sequence Assemblies für zwei Haplotypen, die sich stark vom Referenzgenotypen ‘Morex’unterscheiden;
(ii) Gen-Annotation der de novo Genom-Assemblies;
(iii) Transkript Sequenzierung (RNA-seq, HiSeq2500) und de novo Assemblierung für 200 diverse Haplotypen.

• Bestimmung des Ausmaßes an kleinen und großen strukturellen Variationen (SV) sowie Kopienzahl oder Vorhanden/Nicht-Vorhanden Variationen (CNV/PAV) durch:

(i) Katalogisierung von kleinen SV durch paired-end Sequenz-Read Kartierung basierend auf 10-fach coverage whole genome shotgun paired-end Resequenzierungs-Daten von mindesten 50 50 entfernt verwandten Haplotypen;
(ii) Kartierung größerskalierter SV in denselben 50 Haplotypen durch tethered 3D-conformation capture Sequenzierung;

• Die neuerzeugten sowie bereits vorhandene Variations-Informationen werden in eine hoch-dichte und hoch-auflösende Genomische Variationsdatenmatrix integriert und ihr Wert in Bezug auf genomische Selektion in einem modernen Gerste-Züchtungsprogramm getestet.