Genidentifizierung „light“

Züchtung: Kostengünstige Suche neuer Zielgene durch Einzelpflanzen-GWAS

29.10.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Zahlreiches Gemüse wie Kürbisse, Möhren oder Bohnen könnten mit Hilfe der neuen Technik schneller analysiert und züchterisch verbessert werden. (Bildquelle: © PublicDomainPictures/Pixabay/CC0)
Zahlreiches Gemüse wie Kürbisse, Möhren oder Bohnen könnten mit Hilfe der neuen Technik schneller analysiert und züchterisch verbessert werden. (Bildquelle: © PublicDomainPictures/Pixabay/CC0)

Eine neue Methode ermöglicht es, Kandidatengene für die Pflanzenzucht schneller und günstiger zu identifizieren als bisher. Bei der sogenannten Einzelpflanzen-GWAS entfällt die Notwendigkeit, zunächst einen Pool an Inzuchtlinien zu erstellen. Die Technik eignet sich grundsätzlich für alle Pflanzen. Sie wird aber besonders den Züchtern helfen, die mit Pflanzen arbeiten, für die noch keine Inzuchtlinien zur Verfügung stehen.

Wer Maiszüchter ist, kann sich glücklich schätzen. Mais ist ein Grundnahrungsmittel und darum fließen viele Ressourcen wie Zeit, Arbeitskraft und Geld in die Erforschung dieser Pflanze. Wir wissen vom Mais längst nicht alles, aber die Grundlagen sind da: Referenzgenome, Inzuchtlinien, Datenbanken mit zahlreichen annotierten Genen. Wer sich hingegen mit weniger intensiv beforschten Feldfrüchten beschäftigt, der muss oft fast bei null anfangen.

Statt viele Klone nur eine Pflanze vermessen

Jetzt präsentiert ein internationales Forschungsteam eine neue Methode, um Gene für bestimmte Pflanzenmerkmale effizienter zu identifizieren. Reinerbige Inzuchtlinien sind dafür nicht mehr notwendig, was den Züchtern jahrelange Vorarbeit und immense Kosten ersparen kann. Als Single Plant-Genome Wide Association Study (sp-GWAS) bezeichnen sie die Technik. Leiter der Studie war Timothy Beissinger, Professor für Zuchtmethodik der Pflanze an der Universität Göttingen.

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Für die Studie wurde Mais als Versuchspflanze gewählt. Hier misst Erstautor Abiskar Gyawali die Höhen der Maispflanzen auf dem Versuchsfeld.

Quelle: © Tim Beissinger

Bei der traditionellen Genome-Wide Association Study werden mehrere identische Kopien einer Inzuchtlinie vermessen und für die weiteren statistischen Analysen der Mittelwert verwendet. „Es kann bis zu sechs Jahre dauern, um eine solche Inzuchtlinie zu entwickeln“, erklärt Beissinger. „Dieser aufwändige Arbeitsschritt kann jetzt entfallen und die Ergebnisse sind trotzdem brauchbar, wie unsere Studie zeigt.“

Ähnlich wie Studien an Tieren und Menschen

Tiere und Menschen werden schon länger mit dieser Methode untersucht – einfach weil es unmöglich oder ethisch mehr als fragwürdig wäre, zahlreiche Klone herzustellen. Beissinger und sein Team haben jetzt demonstriert, dass es auch bei Pflanzen funktioniert.

Für ihre Experimente nutzten sie die Maislinie „Shoepeg“ und fahndeten nach Genen, die die Höhe der Pflanze beeinflussen. Denn Pflanzenhöhe ist eine agronomisch wichtige Eigenschaft und steht in Zusammenhang mit Kornertrag und Biomasseproduktion. Am Ende identifizierten sie drei Gene, die mutmaßlich die Pflanzenhöhe maßgeblich bestimmen. Ergebnisse früherer Studien bestätigten, dass mit der neuen Methode tatsächlich die richtigen Gene gefunden wurden.

Auch auf andere Eigenschaften übertragbar

„Diese Methode eignet sich am besten für Eigenschaften, die schnell und einfach gemessen werden können“, sagt Timothy Beissinger. Das sind neben der Größe zum Beispiel auch die Farbe, die im Zusammenhang mit der photosynthetischen Aktivität der Pflanze steht, oder die Wachstumsrate. Beides ließe sich relativ einfach mit Drohnen aus der Luft messen.

„Besonders interessant wäre es, damit den Ertrag und die ertragsrelevanten Gene zu untersuchen“, erklärt Beissinger. „Bisher wissen wir noch nicht, wie replizierbar individuelle Ertragsmessungen sind.“

Etwas weniger präzise, aber viel günstiger und schneller

Profitieren könnten vor allem Züchter, die sich mit weniger intensiv erforschten Pflanzen beschäftigen und daher noch keine Inzuchtlinien zur Verfügung stehen. „Die Technik lässt sich für alle Pflanzen anwenden, sie ist aber vermutlich besonders interessant für alle offen bestäubten Obst- und Gemüsesorten. Dazu gehören zum Beispiel viele Arten von Bohnen, Kürbisse, Zucchini, Kohlsorten und Karotten“, erklärt Beissinger.

Wenn eine sehr hohe Präzision erreicht werden soll, dann hat die traditionelle GWAS immer noch die Nase vorn. Doch wenn die Kosten und die Effizienz des Experiments im Vordergrund stehen, ist die sp-GWAS eine interessante Alternative.

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