CROPS OF THE FUTURE

InnoBeet

Entwicklung eines Genotyp-unabhängigen Hochdurchsatz-Regenerationssystems für beschleunigte Züchtungsinnovationen bei Zuckerrüben

Koordinator: Prof. Dr. Klaus Palme – Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Projektbeschreibung

Die Zuckerrübe zählt zu den bedeutendsten industriellen Nutzpflanzen Europas und Deutschlands. Klassische Züchtungsverfahren erreichten bislang bedeutende Ertragssteigerungen sowie eine verbesserte Stresstoleranz und Schädlingsresistenz. Diese anspruchsvolle Verfahren sind zeitaufwändig und verbrauchen ein erhebliches Maß an Ressourcen, können allerdings durch moderne biotechnologische Methoden beschleunigt werden. Essentielle Voraussetzung hierfür ist aber eine effiziente in vitro Regeneration, die bei Zuckerrüben sehr stark Genotyp-abhängig ist und häufig mit Widerspenstigkeit (Rekalzitranz) und einer geringen Regenerationsrate verbunden ist. Das Ziel dieses Vorhabens ist daher die Entwicklung eines universellen Verfahrens zur Genotyp-unabhängigen Regeneration von Zuckerrüben-Protoplasten. Hierfür wird zunächst ein innovatives, automatisiertes Hochdurchsatz-Mikroskopie-Verfahren etabliert, um unter Anwendung zeitauflösender Bildgebungstechniken Proliferations-kompetente Zellen in Regenerations-kompetenten und rekalkitranten Genotypen zu identifizieren. Hierdurch wird die Proliferationsrate von Regenerations-kompetenten und rekalkitranten Genotypen quantitativ erfasst werden. Dieses Verfahren wird dann einerseits dafür genutzt, die Komposition von Proliferationsmedien zu optimieren und Proliferations-modulierende Komponenten zu identifizieren. Weiterhin werden Unterschiede im Transkriptom von Regenerations-kompetenten und rekalkitranten Genotypen über Transkriptom-Profilierung ermittelt werden, um Zielgene zu identifizieren, die maßgeblich für die Rekalkitranz verantwortlich sind. Die Transkriptmengen von potentiell regulatorischen Mastergenen sollen gezielt verändert werden, um deren Beteiligung zu validieren und die Proliferationsrate gezielt zu beeinflussen. Durch diese Verfahren werden effiziente Genotyp-unabhängige Regenerations-Protokolle entwickelt werden können es erlauben, moderne molekulare Methoden der Züchtungsforschung an Zuckerrüben anzuwenden und somit eine gezielte Züchtung neuer Varietäten stark zu beschleunigen. Längerfristig werden die durch das Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse zur Reprogrammierung pflanzlicher Zellen Ansätze zur Optimierung der Regenerierungskompetenz anderer Nutzpflanzen deutlich erleichtern.

(english (Beta))

Developing a high-throughput genotype-independent regeneration system for accelerating breeding innovation in sugar beet

Projektbeschreibung (en)

Sugar beet is one of the most important industrial crops in Europe and Germany. Traditional breeding approaches gained significant yield increases as well as an improved tolerance against stress and pests. However, these challenging tasks are time-consuming and draw considerable resources, but can be accelerated through application of modern biotechnological methods. An essential requirement for those approaches is, however, an efficient in vitro regeneration system. Although this is applicable for sugar beet, it is very much genotype-dependent and thus associated with strong recalcitrance and low in vitro regeneration rates in many sugar beet genotypes. The aim of this project is to develop a universal protocol allowing the genotype-independent regeneration of sugar beet protoplasts. This will be achieved by establishing an innovative automated high-throughput microscopic procedure which will apply time-resolving image-analysis techniques to identify competent cells in regeneration-competent and recalcitrant genotypes. This will allow to quantify the proliferation rate of regeneration-competent and recalcitrant genotypes. The procedure will then be used to optimize the composition of proliferation media and to identify proliferation-modulating components. Transcriptome differences will be determined by transcript profiling in order to identify target genes which contribute to recalcitrance. Transcript levels of potential regulatory master genes will be altered in order to validate their involvement and to modulate the proliferation rates. These measures will allow defining efficient regeneration protocols which are genotype-independent and will enable to apply modern techniques of breeding research on sugar beet and to accelerate targeted breeding of new varieties with improved properties. In the long term, the knowledge gained through this project regarding reprogramming of plant-derived single cells will significantly facilitate optimizing the regeneration competence of other crops.

Eckdaten

CROPS OF THE FUTURE

InnoBeet

Projektlaufzeit

01.06.2018 - 31.05.2020

Förderkennzeichen

031B0556

Fördersumme

Öffentlich: 499.999,00 €
Privat: 0,00 €
Gesamt: 499.999,00 €
Herr Prof. Dr. Klaus Palme
E-Mail-Kontakt
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Schänzlestraße 1
79104 Freiburg
Deutschland
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