HaploTools
PLANT BREEDING RESEARCH


Erzeugung von Haploidie-Induktoren mit Hilfe des Genome Engineering - neue Werkzeuge für die schnellere Züchtung von mono- und eudikotyledonen Kulturpflanzen

Koordinator: Herr Dr. Andreas Houben – (Leibniz)

Projektbeschreibung

Die Erzeugung von Haploiden ist eine der wirksamsten Methoden um den Züchtungsprozess wesentlich zu beschleunigen. Für die meisten Nutzpflanzen ist eine brauchbare Haploidisierungstechnologie nicht vorhanden und nur für eine begrenzte Auswahl von Genotypen nutzbar. Um diese Einschränkungen zu umgehen, ist es unser Ziel (I) eine bereits für die Modellpflanze A. thaliana entwickelte Zentromer-basierte Haploidisierungsmethode für Kulturpflanzen zu adaptieren, (II) alternative Mechanismen der Haploidisierung in Mais und Arabidopsis zu entschlüsseln und (III) neuartige Methoden des Genome Engineering zu optimieren, um Haploidisierungstechnologien für ein breites Spektrum von Kulturpflanzen zu ermöglichen. Als entscheidendes Ergebnis wird erwartet, dass die technischen Möglichkeiten und die Effizienz von Züchtungsprogrammen deutlich verbessert werden. Hierbei wird die Einführung bzw. Adaptierung der neu entwickelten RNA-gesteuerten Endonukleasetechnik (auch CRISPR genannt) es für Kulturpflanzen möglich machen, erstmals gezielte in planta Mutationen von Genen, wie von Schlüsselgenen der Haploidisierung, aber auch anderer Zielgene zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Nutzpflanzen zu ermöglichen. Um diese Ziele zu erreichen, wird ein Team aus international anerkannten Spezialisten auf dem Gebiet der Zentromerbiologie, Reproduktion, Transformationsbiotechnologie und des Genome Engineering in Zusammenarbeit mit der Pflanzenzüchtungsfirma KWS kooperieren. Neben Arabidopsis thaliana (Eudicot) und Mais (Monocot) ist beabsichtigt, Gerste und die Kulturmöhre in den ersten drei Jahren des Projektes als landwirtschaftliche und gartenbauliche Leitkulturen einzusetzen. Nach Etablierung und Optimierung der angestrebten Haploidisierung und Genome Engineering Methoden, sollen in translationalen Ansätzen weitere wirtschaftlich bedeutsame Nutzpflanzenarten wie Zuckerrübe, Tomate, Sonnenblume und Roggen einbezogen werden. Das Erreichen der beschriebenen Ziele trägt wesentlich zur wissensbasierten Bioökonomie bei.

 


Generation of Haploidy-inducing Lines via Genome Engineering - Novel Tools for an Accelerated Plant Breeding Process of Mono- and Eudicot Crops

Coordinator: Herr Dr. Andreas Houben – (Institut)

Project description

The generation of haploids is one of the most powerful means to accelerate the plant breeding process. In most crop species however, viable haploid technology is not yet available or only applicable to a limited set of genotypes, although the generation of haploid plants can be achieved by various approaches. To overcome this limitation we aim, (I) to adapt an already for Arabidopsis available centromere-based haploidization method for crop plants, (II) to decipher alternative mechanisms of haploidization in maize and Arabidopsis, and (III) to optimize novel methods of genome engineering to enable the application of the uniparental chromosome elimination-based haploidization principle in a wide range of crop species.

The overall goal of the project is to apply pre-existing and additionally gained knowledge on uniparental genome elimination-based haploidization in breeding practice. As a result, both the technical opportunities and the efficacy of breeding programs are expected to be strongly improved, which will eventually lead to a sustainable contribution of the project to enhancement of selection gain in crop plant breeding. In addition, the adoption of the newly developed RNA-guided endonuclease (also called CRISPR/Cas) technology for plants will allow for the targeted in planta modification of centromeric key genes involved in haploidization, but also any other gene of interest in the context of improved crop plant performance. The first technical solutions as exemplified in the project will then be instrumental for the establishment of commercially useful haploid technology in numerous further cultivated crops.

In order to achieve these goals, a team of internationally recognized specialists in the area of centromere biology, reproduction and genome engineering in cooperation with the plant breeding company KWS joined efforts and complementary expertise to tackle these challenging aims. Beside Arabidopsis (eudicot) and maize (monocot) it is intended to employ the temperate cereal barley and the vegetable carrot in the first three years phase of the project. After establishment and optimization of targeted haploidization and genome engineering methods, other crop species like e.g. sugar beet, sunflower, tomato and rye will be included in further cooperation with KWS during subsequent more application driven phases of the project. Reaching the goals described above contributes to the knowledge-based bioeconomy as it relevant for innovative and predictive plant breeding.

Teilprojekte

031B0192A
Fördersumme: 1.116.111,00 €

Laufzeit 01.09.2016 – 30.04.2020


Herr Dr. Andreas Houben

Leibniz


E-Mail-Kontakt

Tel: +49 39482 5486

Institut f. Pflanzengenetik u Kulturpflanzenforschung

Corrensstrasse 3

06466 Seeland OT Gatersleben

Deutschland


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031B0192B
Fördersumme: 466.892,00 €

Laufzeit 01.09.2016 – 31.12.2019


Herr Prof. Dr. Thomas Dresselhaus

Universität Regensburg


E-Mail-Kontakt

Tel: 0941 943-3016

Universitätsstraße 31

93053 Regensburg

Deutschland


zur Website
031B0192C
Fördersumme: 480.335,00 €

Laufzeit 01.09.2016 – 31.08.2019


Herr Prof. Dr. Holger Puchta

Karlsruher Institut für Technologie


E-Mail-Kontakt

Tel: +49 721 608 43833

Fritz-Haber-Weg 4

76131 Karlsruhe

Deutschland


zur Website
031B0192D
Fördersumme: 298.476,00 €

Laufzeit 01.09.2016 – 31.08.2019


Herr Dr. Frank Dunemann

Julius Kühn-Institut


Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

Braunschweig

Messeweg 11-12

38104 Braunschweig

Deutschland


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