Stabilität und Vererbbarkeit von DNA-Methylierungen in Zuckerrübe: Einfluss auf phänotypische Plastizität, Aktivierung von transponiblen Elementen und Potential für die Pflanzenzüchtung
Koordinator: Frau Dr. Tony Heitkam – (Technische Universität Dresden)
Projektbeschreibung
Obwohl epigenetische Modifikationen ursächlich für auffällige Phänotypen und mangelnde Vererbbarkeit im Züchtungsprozess sein können, wird bisher nicht epigenetisch selektioniert. Nur Regionen mit stabil vererbter DNA-Methylierung sind für eine epigenomische Selektion geeignet. Da die Stabilität und Vererbbarkeit der DNA-Methylierung bisher ausschließlich für Modellpflanzen untersucht wurde, fehlt derzeit die Grundlage für eine epigenetische Pflanzenzüchtung.
Da durch veränderte DNA-Methylierungen häufig auch mobile DNAs aktiviert werden, können genetische Variationen nachfolgen. Um das Zusammenspiel von DNA-Methylierung, Aktivierung von mobiler DNA und (epi)genetischer Veränderung für die Züchtung zu nutzen, bedarf es artspezifische Untersuchungen.
Der Lebenszyklus der zweijährigen Zuckerrübe (Beta vulgaris ssp. vulgaris) ist von einer Reihe epigenetischer Signale (z.B. Vernalisation) abhängig. Das Genom ist klein, sequenziert und verfügt über methylierte, gut charakterisierte mobile DNAs. Um die epigenetische Vererbbarkeit zu untersuchen, stehen erste Mutanten mit veränderter DNA-Methylierung zur Verfügung. Somit ist die Zuckerrübe eine ideale Kulturpflanze, um die DNA-Methylierung, die Abdeckung mit regulatorischen RNAs und die Mobilisierung von DNA-Bereichen über mehrere Generationen zu verfolgen.
Alle Versuche werden durch morphologische, molekulare und cytogenetische Phänotypisierung begleitet. Das EpicBeet-Projekt wird somit klare Empfehlungen für den Aufbau von epigenetischen Zuchtlinien bereitstellen und grundlegende Informationen liefern, um die Vererbbarkeit und Stabilität der DNA-Methylierung und deren Einfluss auf die TE-Landschaft in der Zuckerrübe besser zu verstehen.
Stability and heritability of DNA methylation patterns in sugar beet: impact on phenotypic plasticity, influence on TE activity and potential for beet breeding
Coordinator: Frau Dr. Tony Heitkam – (Institut)
Project description
Although epigenetic modifications are causal to some plant phenotypes, epigenetically informed selection is not yet integrated in modern breeding. Potentially, DNA methylation accounts for the lack of heritability observed after genomic selection. However, only regions with stably inherited DNA methylation are useful for epigenomic selection. As the DNA methylation’s stability and heritability have been investigated only scarcely, and solely for model plants, the fundamental basis for epigenetic crop breeding is still lacking. On top, as perturbance of DNA methylation is often followed by transposable element (TE) mobilization, it will also yield genetic variation. To exploit DNA methylation, TE mobilization, and (epi)genetic changes for breeding requires studying in the species in question.
The biannual crop sugar beet (Beta vulgaris ssp. vulgaris) has a long life-cycle, depending on a range of additional epigenetic signals (e.g. vernalization). Its genome is small, has an annotated reference genome sequence, and has highly methylated, well-characterized repeats. To study epigenetic heritability, we have first mutants with perturbed DNA methylation identified and partially available. Thus, sugar beet is an ideal crop to trace DNA methylation, coverage with small interfering RNAs, and TE mobilization over several generations.
All screens are accompanied by morphological, molecular, and cytogenetic phenotyping. The EpicBeet project will provide clear recommendations for the setup of epigenetic breeding lines as well as generate fundamental, new information to better understand the heritability and stability of DNA methylation and its impact on the TE landscape in the sugar beet crop.
Teilprojekte
Laufzeit 01.07.2022 – 30.06.2025
Frau Dr. Tony Heitkam
Technische Universität Dresden
Tel: +49 351 46339593
Lehrstuhl für Zell- und Molekularbiologie der Pflanzen
Zellescher Weg 20 b
01069 Dresden
Deutschland
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Laufzeit 01.07.2022 – 30.06.2025