CROPS OF THE FUTURE

ViciaMut

DNA-freie Induzierung von sequenzspezifischen Mutationen mit Hilfe des CRISPR/Cas-Systems bei der Körnerleguminose Vicia faba

Koordinator: Dr. Michael Wallbraun – RLP AgroScience GmbH

Projektbeschreibung

Aufgrund der besonderen Eigenschaft der Bodenverbesserung werden Leguminosen eine immer wichtigere Rolle in der Landwirtschaft der Zukunft einnehmen. Als Modellpflanze für Leguminosen steht in diesem Projektvorhaben die heimische Körnerleguminose Ackerbohne (Vicia faba) im Mittelpunkt. Ein hohes Ertragspotential, ihre Wirkung als ‚break crop’ in getreidereichen Fruchtfolgen, ihre günstige Wirkung auf die Bodenfruchtbarkeit und ihre Symbioseleistung sind wichtige Argumente zu ihren Gunsten. Besonders Züchtungserfolge in der Ertragssicherheit würden den Anbau dieser Feldfrucht vorantreiben können. Für den Züchtungsfortschritt dürfen moderne Techniken wie das Genome Editing nicht außer Acht gelassen werden. Bisher konnten biotechnologische Ansätze wegen der schlechten Eignung der Ackerbohne für die Gewebekultur nicht für ihre Züchtung genutzt werden. Vicia faba besitzt ein geringes morphogenes Potential, zudem neigt ihr Gewebe zum schnellen Verbräunen. Bisher konnte erst ein Gewebe der Ackerbohne mit einem hohen morphogenem Potential identifiziert werden: die embryonale Achse des reifen Embryos und von diesem Gewebe abgeleitete Explantate. Ziel dieses Projektvorhabens ist die Etablierung des Genome Editings mit Hilfe des CRISPR/Cas – Systems bei der Ackerbohne. Die Komponenten des Systems sollen DNA-frei als Ribonukleoprotein-Komplex über Partikel Bombardement in das regenerative Gewebe der embryonalen Achse eingebracht werden. Zunächst wird die Methode des biolistischen Transfers von Proteinen bei der Ackerbohne etabliert. Als „Proof of Concept“ wird eine Mutation in das Phytoen-Desaturase-Gen eingebracht, das bei einer erfolgreichen Knockout-Mutation einen Albino-Phänotypen verursacht. Zur Optimierung des Verfahrens soll die Verwendung von Metaporösen Silica Nanopartikeln als Transporthilfe für den biolistischen Transfer getestet werden. Erfolgreiche Mutationen werden nach Etablierung einer Hochdurchsatz-PCR-Analyse identifiziert.

(english (Beta))

ViciaMut
DNA-free induction of sequence specific mutations in Vicia faba using the CRISPR/Cas system

Projektbeschreibung (en)

Cultivation of legumes will become more important in sustainable as well as in conventional agriculture even in Germany and Europe. As a model plant for legumes, the project focuses on the domestic grain legume faba bean (Vicia faba L.). The cultivation of faba bean is still limited due to a range of factors such as the high susceptibility to diseases and the sensitivity to adverse environmental conditions. New genotypes with more valuable traits will boost the cultivation of this valuable crop and support sustainable agriculture. To enlarge the pool of genetic variable genotypes the application of new genome editing technologies is necessary. So far, biotechnological approaches could not be used for their breeding because of the recalcitrance of faba bean regarding tissue culture techniques used before. The aim of the project is the development of an efficient DNA-free technique to introduce sequence specific mutations based on biolistic delivery of ribonucleoprotein complexes of the CRISPR/Cas system in embryonic explants derived from mature seed from faba bean. The axis of the embryo and its derived tissues has been described as highly morphogenic. Direct shoot organogenesis could already be induced from meristematic cells derived from embryo axes of faba bean. The potential of the CRISPR/Cas-system for Vicia faba by our proposed method will be proven by targeting sequence specific mutation in the phytoene desaturase gene. The disruption of the phytoene desaturase gene results in a visual detectable albino genotype. For an optimization of the biolistic delivery method the use of mesoporous silica nanoparticle will be assessed. Successful mutations will be identified after establishing a high-throughput PCR analysis. This proposed method of genome editing for faba bean will pave the way for more efficient breeding processes of this crop.

Eckdaten

CROPS OF THE FUTURE

ViciaMut

Projektlaufzeit

01.07.2018 - 30.06.2020

Förderkennzeichen

031B0545A-B

Fördersumme

Öffentlich: 270.475,00 €
Privat: 28.994,00 €
Gesamt: 299.469,00 €
Frau Dipl. Ing. agr. Michaela Schlathölter
E-Mail-Kontakt
P.H. Petersen Saatzucht Lundsgaard GmbH

Streichmühler Str. 8a
24977 Grundhof
Deutschland
Herr Dr. Michael Wallbraun
E-Mail-Kontakt
RLP AgroScience GmbH
Institute für Pflanzenforschung

Breitenweg 71
67435 Neustadt/W.
Deutschland
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