Neue Kartierungsmethode für besseren Energiemais

Das vom internationalen Forschungsprogramm PLANT-KBBE geförderte Projekt CORNFED studiert Hunderte Maislinien, um besseren Energiemais zu entwickeln. Wie die Forscher dabei vorgehen und was am Ende herauskommen soll, erklärt Projektpartnerin Chris-Carolin Schön von der TU München im Gespräch mit Pflanzenforschung.

Pflanzenforschung.de: Die deutschen Partner von PLANT-KBBE-CORNFED beschäftigen sich mit Energiemais. Welche Eigenschaften sind für diesen Mais wichtig?

Chris-Carolin Schön: Die wichtigen Eigenschaften für Energiemais sind eine hohe Biomasse und eine hohe Methanausbeute, ein Trockenmasseanteil von mindestens 28 bis 30 Prozent, eine hohe Standfestigkeit und eine schnelle Jugendentwicklung.

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Pflanzenforschung.de: Das Projekt arbeitet mit 2700 verschiedenen Maislinien. Warum diese Menge?

Chris-Carolin Schön: Ziel ist es, genetische Marker zu finden, die mit Genen für agronomisch wichtige Merkmale assoziiert sind. Die hohe Anzahl an Maislinien ist notwendig, da die Effekte am einzelnen Genort meist sehr klein sind und nur mit großen Zahlen auch die kleinen Effekte detektiert werden. Außerdem möchten wir möglichst viel allelische Variation haben, eine repräsentative Stichprobe des vorhandenen genetischen Materials und genügend Rekombinationsereignisse bekommen.

Pflanzenforschung.de: Sie verwenden eine sehr neue Methode, um die Merkmale der Maislinien im Genom zu kartieren, das Joint Linkage Association Mapping. Was hat es damit auf sich?

Chris-Carolin Schön: Das Joint Linkage Association Mapping setzt sich aus zwei verschiedenen Methoden zusammen: aus Linkage Mapping und Association Mapping. Beim Linkage Mapping (häufig auch QTL Kartierung genannt) werden Linien miteinander gekreuzt und die Vererbung der molekularen Marker und der zu kartierenden Merkmale in den Kreuzungsnachkommenschaften verfolgt.

In der Kartierungspopulation werden nur Marker zusammen mit den Genen für das jeweilige Merkmal vererbt, die auf dem Genom nahe beieinander liegen. Diese Kopplung ist umso stärker, je näher der molekulare Marker an dem ursächlichen Gen liegt. Nachteilig hierbei ist, dass die Anzahl der Rekombinationen nicht ausreicht, um eine genügend feine Auflösung für die Kartierung zu bekommen.

Außerdem können nur zwei Allele gleichzeitig betrachtet werden. Beim Association Mapping hingegen werden keine Kreuzungen zur Aufdeckung der Marker-Merkmals-Assoziationen benötigt, sondern es wird ein diverses Panel an Linien verwendet. Diese Methode nutzt die Rekombinationen, die in der Vergangenheit der Linien stattgefunden haben.

So kann auf eine viel größere Zahl an Rekombinationen zurückgegriffen werden, um so eine höhere Auflösung zu bekommen. Nur Marker, die sehr eng mit einem funktionalen Polymorphismus gekoppelt sind, wurden über längere Zeit immer zusammen mit diesem vererbt. Nachteilig ist allerdings, dass bei Verwendung von strukturierten Populationen eine scheinbare Marker-Merkmals-Assoziation erzeugt werden kann, ohne dass diese auf Kopplung beruht besteht.

Das Joint Linkage Association Mapping vereint die Vorteile beider Methoden und minimiert ihre Nachteile. Hier werden ebenfalls viele verschiedene Linien aus unterschiedlichen Gruppen ausgewählt, diese werden aber untereinander gekreuzt.

Pflanzenforschung.de: CONRFED arbeitet vor allem mit doppelhaploiden Pflanzen. Was ist deren Vorteil?

Chris-Carolin Schön: Die Arbeit mit doppelhaploiden Pflanzen ist besonders einfach, da sie leicht reproduzierbar und vollständig homozygot sind. Allerdings ist die Produktion der doppelhaploiden Linien immer noch sehr aufwändig. Bei Mais werden hierzu Kreuzungspflanzen mit einer Induktorlinie erzeugt. Dabei entstehen haploide Körner, die man aufgrund eines Markers identifizieren muss. Die haploiden Pflanzen werden ausgesät und meist mit Colchizin wird der Chromosomensatz verdoppelt. Danach muss die Linie vermehrt werden.

Pflanzenforschung.de: Was wird CORNFED Forschern und Züchtern am Projektende an die Hand geben können?

Chris-Carolin Schön: Im Rahmen von CORNFED werden Ressourcen für die genetische Analyse quantitativer Merkmale bei Mais geschaffen. Es werden bereits bestehende Ressourcen sowie neu zu schaffende Linien umfangreich genotypisiert und phänotypisiert. Ein Teil der Linien wird auch mittels Next-Generation-Sequenzierung analysiert. Die Gesamtheit der Daten stellen die Grundlage für genetische Studien dar. Die Linien sind reproduzierbar, können also auch in Zukunft für weiterführende Studien verwendet werden. Und die im Projekt erhobenen Daten werden in einer Datenbank auch anderen Gruppen zur Verfügung stehen.