Der Apfel gehört zu den ökonomisch bedeutendsten Obstarten weltweit. Klimatische Veränderungen und das Auftreten neuer Schaderreger erfordern stetig die Züchtung neuer und besser adaptierter Sorten. Dies ist jedoch ein langwieriger Prozess, der eine zeitnahe Reaktion auf aktuell existierende Probleme nicht ermöglicht. Mit modernen CRISPR/Cas9-basierten Genom Editing Verfahren sollte es jedoch möglich sein, am Markt etablierte Sorten in einem überschaubaren Zeitraum in einzelnen Merkmalen (z.B. durch gezielte Mutagenese oder Integration/Austausch ganzer Gene) zu verbessern. Der allgemeine Ansatz einer stabilen Integration des CRISPR/Cas9-Systems und dessen anschließende Auskreuzung, wie es bei vielen selbstbefruchtenden Arten angewendet wird, ist für Genom Editing bei Apfel nicht zielführend. Der Apfel ist ein Fremdbefruchter. Sein Genom ist deshalb stark heterozygot. Eine nachträgliche Entfernung von stabil integrierten CRISPR/Cas9-Sequenzen durch sexuelle Auskreuzung führt folglich durch Rekombinationen zu neuen Genotypen und damit zu einem Verlust der sortentypischen Eigenschaften. Deshalb ist die Entwicklung einer transienten CRISPR/Cas9-Technologie für Genom Editing Anwendungen bei Apfel unerlässlich.

Der Focus des Projekts liegt in der Etablierung eines transienten CRISPR/Cas9-basierten Systems für Genom Editing bei Apfel, als eine neue und effiziente Methode für gezielte Züchtung, die ebenfalls für andere vegetativ vermehrte Kulturarten angewendet werden kann. Es werden verschiedene Methoden für die transiente Expression des CRISPR/Cas9-Systems etabliert und optimiert, wie zum Beispiel die Transfektion mithilfe Zell-penetrierender Peptide, Agrobakterium-vermittelte und biolistische Transformation. Die effizienteste dieser Methoden soll anschließend in zwei Proof-of-Concept-Experimenten angewandt werden. Im ersten Experiment soll ein Knockout eines endogenen Apfelgens durchgeführt werden, das als Reporter für eine erfolgreiche, zielgerichtete Mutagenese fungiert. Das zweite Experiment zielt auf einen Allel-Austausch einer endogenen Sequenz ab. In beiden Proof-of-Concept Experimenten werden erfolgreiche Genome Editing Ereignisse durch eine Farbänderung des Gewebes detektiert. Genom-editierte Pflanzen werden regeneriert und die Zielsequenzen (On-Target sites) werden auf molekulargenetischer Ebene im Detail untersucht. Weiterhin werden mögliche Off-Target Loci identifiziert und analysiert. Im Erfolgsfall wird eine Genom Editing Technologie für Apfel entwickelt, die für die gezielte Induktion von Mutationen eingesetzt werden kann, sowie auch für die Integration von gewünschten Merkmalen (z. B. Resistenzgene) die durch längere DNA-Abschnitte von genetisch entfernten, aber kreuzbaren Genotypen (z. B. Wildarten) vermittelt werden.