BARLEY-FORTRESS
PLANT BIOTECHNOLOGY


Gezielte Nutzung von Genen der basalen Abwehr für Pathogenresistenz in Gerste

Koordinator: Herr Dr. habil. Patrick Schweizer – (Leibniz)

Projektbeschreibung

Der Verbund „BARLEY-fortress“ will Gene der Gerste nutzen, um die quantitative Resistenz gegen den Mehltaupilz Blumeria graminis und möglicherweise weiterer Schadpilze gezielt zu erhöhen. Im Vordergund des Interesses stehen dabei Kandidatengene der zellwandbasierten Abwehr, für welche Konsortiumspartner konvergente Evidenz aus einem „gene-silencing“ (RNAi) Ansatz, aus Transkriptprofilierungs-, und aus (assoziations)genetischen Studien besitzen: Enzyme der Zellwandverholzung, Klasse III Peroxidasen, germinartige Proteine und Zellulosesynthase-ähnliche Proteine.

Diese Kandidatengene werden in zwei komplementären Ansätzen in krankheitsanfällige Gerstesorten ein- und rückgekreuzt oder mittels genetischer Transformation eingebracht. Der Rückkreuzungsansatz verwendet die Kandidatengene selbst als genetische Marker. Der transgene Überexpressionsansatz basiert auf einer Dreierkassette von Transgenen unter der Kontrolle von Promotoren dreier verwandter, pathogeninduzierbarer germinartiger Gene (HvGER4). In einem weiteren Arbeitspaket werden ausgewählte Kandidatengene für potentielle Anfälligkeitsfaktoren durch RNAi in ihrer Expression unterdrückt, unter der Kontrolle der pathogeninduzierbaren HvGER4c Promotors. Die Pathogenresistenz der erzeugten Linien wird im Feld (Rückkreuzungslinien) und Gewächshaus getestet. Interessante Linien sollen ferner hinsichtlich veränderter Zellwandstruktur- und Zusammensetzung untersucht werden, vor und nach Pathogenbefall.

Die erzeilten Ergebnisse werden Erkenntnisse über Gene zellwandbasierter Abwehr und über potentielle Anfälligkeitsfaktoren der Gerste liefern. Die erzeugten Rückkreuzungslinien mit zwei modernen Hochertragssorten der Sommergerste werden unmittelbar für die am Projekt beteiligten Züchter nutzbar sein. Die transgenen dreifach-Überexpressions- oder RNAi Linien der Gerste werden mittelbar nutzbar sein, nach Einkreuzung der transgenen Loci in modernes Zuchtmaterial. Die Ergebnisse des Projekts werden voraussichtlich auch für Weizen und Roggen relevant sein, da zellwandbasierte Abwehrmechanismen und die beteiligten Gene dieser Triticeae-Arten funktionell ähnlich zu sein scheinen.


Targeted exploitation of basal defense genes for pathogen resistance in barley

Coordinator: Herr Dr. habil. Patrick Schweizer – (Institut)

Project description

During co-evolution with pathogens plants have evolved a multigenic, broad-acting basal defence system that is triggered by highly conserved pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). PAMP-triggered immunity (PTI) is the most important mechanism of quantitative host- as well as nonhost resistance. In many cultivars, however, PTI is often not very efficient against major host pathogens due to poor combinations of favourable alleles (QTL).

BARLEY-fortress is an international research consortium for the targeted exploitation of basal defence genes in barley with the aim to introgress and engineer broad and durable pathogen resistance into this major crop. In a combined marker-assisted backcrossing and transgenic approach in two German elite varieties of spring barley, valuable haplotypes of functionally validated genes of PTI are introgressed from landraces or wild barley, and selected combinations of genes are being used for stacked over-expression or RNAi. Transgene stacking is strongly facilitated and speeded up by creating a triple over-expression cassette based on pathogen-induced promoters of three different barley HvGER4 genes. The transgene locus driven by GER4 is allowing local over-expression in pathogen-attacked epidermis of cereals including barley, wheat and maize and will be valuable to engineer resistance against powdery mildew, scald, net blotch, spot blotch, rice (cereal) blast, and possibly Fusarium head blight. Special emphasis is put on the improvement of penetration resistance via re-inforcing cell walls of attacked tissue by a series of genes that have been identified by project partners during the last years (RNAi) and that are involved in targeted secretion, cell-wall synthesis/re-modelling and crosslinking. Additional genes derived from previous GABI-projects should also be included for stacked over-expression and RNAi. Plant resistance is analysed in the greenhouse (transgenes) and field (backcrossing) by microscopic and macroscopic assays using tools of automated pattern recognition. Promising genotypes will be further analysed by genome-wide transcript profiling and by cell-wall analysis.

Results from BARLEY-fortress are expected to generate new knowledge about cell-wall based defense in grasses, and to be directly useful in barley breeding.  We also expect the results to be transferrable to wheat and rye due of close phylogenetic relatedness of the three Triticeae crops and because mechanisms of PAMP-triggered immunity were found to be highly conserved.

Teilprojekte

0315955A
Fördersumme: 1.048.876,30 €

Laufzeit 01.07.2011 – 31.12.2014


Herr Dr. habil. Patrick Schweizer

Leibniz


E-Mail-Kontakt

Tel: +49 39482 5-0

Institut f. Pflanzengenetik u Kulturpflanzenforschung

Corrensstrasse 3

06466 Seeland OT Gatersleben

Deutschland


zur Website
0315955B
Fördersumme: 84.142,80 €

Laufzeit 01.07.2011 – 30.06.2014


Frau Dr. Anja Hanemann

Saatzucht Josef Breun GmbH & Co. KG


Amselweg 1

91074 Herzogenaurach

Deutschland


zur Website
0315955C
Fördersumme: 167.486,00 €

Herr PD Dr. Ulrich Schaffrath

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen


Templergraben 55

52062 Aachen

Deutschland


zur Website
0315955D
Fördersumme: 251.016,00 €

Laufzeit 01.07.2011 – 31.12.2014


Herr Prof. Dr. Udo Seiffert

Fraunhofer


Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung

Sandtorstraße 22

39106 Magdeburg

Deutschland


zur Website
0315955E
Fördersumme: 261.800,10 €

Laufzeit 01.07.2011 – 31.12.2014


Herr Prof. Dr. Ralph Hückelhoven

Max Planck Institute for Molecular Genetics


Ihnestraße 63-73

14195 Berlin

Deutschland

0315955F
Fördersumme: 394.892,20 €

Laufzeit 01.07. – 31.07.2015


Herr Prof. Dr. Klaus Pillen

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg


E-Mail-Kontakt

Tel: +49 345 55 20

Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften

Betty-Heimann-Str. 3

06120 Halle (Saale)

Deutschland


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