RecREdit
Modern Breeding Research for Climate- and Site-Adapted Crops of Tomorrow


Erzeugung einer rezessiven Resistenz gegenüber blattlausübertragbaren Viren in Zuckerrübe mittels neuer Züchtungstechnologien – Fallstudie zur Etablierung gezielter Genommodifikation in einer vielseitigen Kulturpflanze

Koordinator: Herr Prof. Dr. Mark Varrelmann – (Institut für Zuckerrübenforschung)

Projektbeschreibung

Seit dem EU-weitem Verbot von Neonikotinoiden im Jahr 2018 wird die Zuckerwirtschaft, durch blattlausübertragbare Viren bedroht. Die sogenannte Viröse Vergilbung (VY) ist ein Krankheitskomplex, der aus dem beet chlorosis virus (BChV), beet mild yellowing virus (BMYV), beet mosaic virus (BtMV) und beet yellows virus (BYV) besteht. In einem vorangegangenen Forschungsprojekt wurde bereits eine gezielte Erzeugung von rezessiver Resistenz gegen BMYV, BChV und BtMV über Knockout (KO) von zwei Translationsinitiationsfaktoren (Bv-eIF4E + Bv-eIF(iso)4E) untersucht. Die eIFs sind zelluläre Partner für die virale Translation, die direkt mit dem viralen Protein genome linked (VPg) interagieren; gleichzeitig sind sie aber auch für die mRNA-Translation der Pflanze verantwortlich. Eine Resistenz gegen das VPg-tragende BChV wurde bereits durch Bv-eIF(iso)4EKO erreicht, nicht jedoch für die anderen Viren BMYV und BtMV. Ein Grund dafür könnte sein, dass diese beiden Viren mit weiteren eIF4E-Isoformen interagieren. Eine multipler KO für die entsprechenden eIF4Es wurde nicht erreicht, da dies letale Auswirkungen auf die Pflanze hatte. Außerdem wird erwartet, dass ein KO mit Fitnesseinbußen verbunden ist. Daher zielt das Projekt RecREdit darauf ab, eIF-Aminosäuren zu identifizieren, die die VPg-Interaktion für jedes Virus in vitro vermitteln. Anschließend sollen diese Mutationen durch neue genomische Techniken in die Zuckerrüben-eIFs integriert werden. Die Effizienz der „homology directed repair“ (HDR), durch die gezielte Veränderungen im Genom erzeugt werden können, ist bei Zuckerrübe aktuell noch sehr gering; hierfür soll ebenfalls die Effizienz optimiert werden. Des Weiteren sollen neue Techniken, wie das „Base Editing“ in Zuckerrüben erstmals nutzbar gemacht werden. Hauptziel ist dabei die gezielte Mutation in den eIFs der Zuckerrübe/Beta vulgaris, mit der eine Resistenz gegen mehrere Viren des VY-Komplexes erzeugt werden kann, ohne negative Auswirkungen auf die Pflanze zu haben.


Generation of recessive resistance against aphid transmitted viruses in sugar beet using new breeding technologies – a case study for the establishment of precise genome modification in a multiuse crop.

Coordinator: Herr Prof. Dr. Mark Varrelmann – (Institut)

Project description

The EU-wide neonicotinoid ban is threatening the sugar beet economy, facing since 2019 severe infestations of aphid-borne viruses, resulting in virus yellows (VY) disease. VY is a disease complex consisting of beet chlorosis virus (BChV), beet mild yellowing virus (BMYV), beet mosaic virus (BtMV) and beet yellows virus (BYV). Current challenges for growers include unpredictable infestation, high yield loss, and a lack of virus-resistant varieties. Initial research attempts aimed generating beets with recessive resistance against BMYV, BChV and BtMV via knockout (KO) of two translation elongation factor isoforms (Bv-eIF4E Bv-eIF(iso)4E) using CRISPR/Cas. These eIFs are cellular partners for the viral translation initiation by interacting with the viral protein genome linked (VPg). They also have an essential role in plants as they are involved in plant mRNA translation. Resistance was achieved against the VPg carrying BChV by Bv-eIF(iso)4EKO, but not against the other VPg carrying viruses BMYV and BtMV. Indeed, these two viruses interact with both eIF4E isoforms. A double eIF4E KO was not obtained since it has lethal effects. Moreover, it is expected that KO of only one eIF isoform might be associated with fitness penalties. Therefore, this project aims to identify eIF amino acids that mediate VPg interaction for each virus respectively in vitro. Subsequently, these mutations shall be integrated into the beet-eIFs by new genomic techniques. As the efficacy of homology directed repair (HDR) through which targeted changes can be obtained is still very low in plants, and in B. vulgaris more specificallythis project aims to improve the HDR efficacy via optimization of the current HDR workflow in sugar beet protoplasts. We will also explore approaches such as base editing. By inducing targeted changes within the sugar beet eIFs we aim at generating resistance against multiple viruses of the VY complex, without negative effects on the plant fitness.

Teilprojekte

031B1543A
Fördersumme: 672.946,21 €

Laufzeit 01.05.2025 – 30.04.2029


Herr Prof. Dr. Mark Varrelmann

Institut für Zuckerrübenforschung


E-Mail-Kontakt

Tel: +49 30 206189510

Holtenser Landstraße 77

37079 Göttingen

Deutschland