Verbesserung quantitativer Merkmale durch Erschließung genomischer und funktionaler Diversität aus Mais-Landrassen
Koordinator: Frau Prof. Dr. Chris-Carolin Schön – (Technische Universität München)
Projektbeschreibung
Ein zentraler Baustein der wissensbasierten Pflanzenzüchtung ist die Aufklärung von Struktur-Funktionsbeziehungen auf Basis von DNA und Protein Polymorphismen. Im Projekt MAZE werden genomische Regionen, die Merkmale wie frühe Jugendentwicklung, Wurzelmorphologie und Trockentoleranz bestimmen, molekular charakterisiert. Unser Ziel ist, die Funktion der an der Merkmalsausprägung beteiligten Gene zu verstehen und im verfügbaren Genpool des Mais Allele zu identifizieren, die die Zielmerkmale positiv beeinflussen. Dafür haben wir eine effiziente Analysepipeline für die Identifizierung und funktionale Validierung von Kandidatengenen entwickelt. Für europäisches Flint-Material wird in der dritten Projektphase die bestehende Analysepipeline um einen Transkriptom-Atlas erweitert, um die prädiktive funktionale Analyse des Flint-Mais Genoms spezifisch und im Pangenom-Kontext weiterzuentwickeln.
Neben der funktionalen Charakterisierung einzelner Gene ist die rekurrente Verbesserung von Landrassenpopulationen das Ziel in MAZE. Genombasierte Methoden erlauben die Dauer von Selektionszyklen zu verkürzen und die Anzahl der Selektionskandidaten massiv zu erhöhen. In MAZE wurde ein genombasiertes Rapid Cycling Selektionsschema etabliert. Die daraus resultierenden Ergebnisse sollen genutzt werden, um das Potenzial der genombasierten rekurrenten Selektion in Landrassen abzuschätzen und eine Kosten-Nutzen Analyse für die züchterische Nutzung zu liefern. Weiterhin erwarten wir Erkenntnisse zu genetischen Mechanismen, die dem Selektionsgewinn bei Landrassen zugrunde liegen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden die genombasierte Populationsverbesserung und ihre Implementierung in der Entwicklung von Elitesorten optimiert.
Accessing the genomic and functional diversity of maize to improve quantitative traits
Coordinator: Frau Prof. Dr. Chris-Carolin Schön – (Institut)
Project description
Genetic improvement is essential to secure sustainable crop production. The project MAZE develops solutions to access native diversity in a targeted way with the goal to improve quantitative traits relevant for crop production. Resolving structure-function relationships at the nucleotide and amino acid level is a key step in a biology-inspired breeding strategy. Building on the achievements of previous project phases, we aim to molecularly characterize genomic regions with a large effect on early development, root and drought-related traits. The goal is to understand the function of candidate genes in these regions and to search for additional alleles in the available maize gene pool. We developed an efficient pipeline for candidate gene discovery and validation through forward and reverse genetic approaches and will now fine-map several marker-trait associations down to few candidate genes. For European flint material, the MAZE analysis pipeline will be extended with a transcriptome atlas to advance the predictive functional analysis of the flint gene and intergenic space at a pan-genomic and targeted local level. In addition to functional knowledge on individual genes population improvement is required to broaden the genetic base of elite germplasm for quantitative traits. Genome-based methods open new avenues for decreasing cycle length and upscaling the number of selection candidates. During the course of the MAZE project, a genome-based rapid cycling experiment was initiated. The resulting experimental data will provide a comprehensive assessment of the potential of rapid cycling selection in landraces. It will allow to establish a framework for cost-benefit analyses of pre-breeding schemes. We aim to understand the factors that determine selection gain during pre-breeding by dissecting the factors that influence allele frequency shifts along the genome. Based on these results we will optimize and accelerate the bridging process that guides integration of landrace-derived material into elite germplasm.
Teilprojekte
Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Frau Prof. Dr. Chris-Carolin Schön
Technische Universität München
Tel: +49 8161 71-3421
Liesel-Beckmann-Str. 2
85354 Freising
Deutschland
Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Herr Prof. Dr. Frank Hochholdinger
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität
Tel: 0228 73 60334
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz
Friedrich-Ebert-Allee 144
53115 Bonn
Deutschland
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Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Herr Dr. Markus Stetter
Universität zu Köln
Tel: +49 (0)221 4703906
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zülpicherstraße 47b
50674 Köln
Deutschland
Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Herr Dr. Manuel Spannagl
Helmholtz Zentrum München
Tel: +49 89 3187-3584
Deut. Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt
Ingolstädter Landstraße 1
85764 Neuherberg
Deutschland
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Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Frau Dr. Kerstin Nagel
Forschungszentrum Jülich GmbH
Tel: 02461 61-9113
Institut für Bio- und Geowissenschaften
Pflanzenwissenschaften
Wilhelm-Johnen-Straße
52428 Jülich
Deutschland
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Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Herr Prof. Dr. Andreas Weber
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Tel: +49 211 81-12347
Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Herr Dr. Sebastian Schultheiss
Computomics GmbH
Tel: +49 7071 5683995
Eisenbahnstr. 1
72072 Tübingen
Deutschland
Laufzeit 01.02.2023 – 31.01.2026
Frau Dr. Milena Ouzunova
KWS SAAT SE
Tel: 05561-311-352