PLANT BREEDING RESEARCH

GeneBank2.0

Genomik-basierte Nutzbarmachung genetischer Ressourcen im Weizen für die Pflanzenzüchtung

Koordinator: Prof. Dr. Jochen Christoph Reif – Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)

Projektbeschreibung

Das Ziel des GeneBank2.0-Projekts ist es, die Weizensammlung in der Genbank des IPK Gatersleben für die Züchtung über einen Ansatz der Genomik, Phenomik, Biodiversitätsinformatik und Präzisions-PreBreeding integriert zu erschließen. Die Strategien zur Nutzung genetischer Ressourcen reichen von der Identifikation von Punktmutationen bis hin zu Gameten mit hohem Zuchtwert. Wir werden genetische Fingerprints von ~22.000 Akzessionen des IPK Gatersleben erstellen. Diese bilden die Basis für die Entwicklung von vier innovativen und komplementären Strategien zur Identifizierung neuer nützlicher Allele oder Gameten: (1) Die 22.000 Akzessionen werden auf Resistenzen gegen die Krankheiten Gelbrost, Braunrost und Ährenfusariose untersucht. Phänotypische sowie Sequenzdaten werden mithilfe eines neuen Algorithmus analysiert, der es ermöglicht, eine nicht stratifizierte Population für Assoziationskartierung (GWAS) zusammenzustellen. Diese Population wird mittels der RenSeq-Technologie sequenziert, um resistenzassoziierte Gene und Allele durch haplotyp-basierte GWAS ausfindig zu machen. (2) Bei der Suche nach neuen Merkmalen liegt der Schwerpunkt auf der genetischen Variation für eine offene Weizenblüte, da dies für die Hybridweizenzüchtung wichtig ist. Unter Anwendung der „Genomics-based Select-and-Backcross“-Methode werden Hauptgene identifiziert, die für offene Bestäubung verantwortlich sind. (3) Durch die Kombination von molekularer Physiologie und Populationsgenomik wird ein gezieltes Allele-Mining nach Kandidatengenen die an der Stickstoffnutzungs-Effizienz beteiligt sind durchgeführt. (4) Werkzeuge der genomischen Selektion werden beim Pre-Breeding benutzt, um genetische Variation für den Kornertrag aufzuschließen. Die vier Strategien sind in Aktivitäten der Biodiversitätsinformatik eingebettet, um die umfangreichen Daten mit neuen Werkzeugen der Populationsgenomik und der Quantitativen Genetik zu analysieren.

Projektbeschreibung (en)

The overall goal of GeneBank2.0 is to leverage the wheat ex-situ collection hosted at the IPK Gatersleben to an actively deployed one in plant breeding by applying an integrated concept encompassing cutting-edge genomics, phenomics, biodiversity informatics, and precision (pre)breeding. Exploitation strategies range from single sequence polymorphisms to gametes with high value for wheat breeding. By fingerprinting ~22,000 accessions, access to the entire wheat collection will be enabled. The sequence profiles form the basis for four innovative and complementary strategies to identify valuable novel alleles or gametes: (1) The 22,000 accessions will be screened for resistance against three devastating wheat diseases, leaf and stripe rust as well as Fusarium head blight. The phenotypic and sequence data will be analyzed with a new algorithm that facilitates composing a high-resolution association mapping (GWAS) panel with minimal impact of population stratification. The selected core set will be profiled using RenSeq in order to perform gene/allele mining for resistance through haplotype-based GWAS. (2) Novel trait discovery will be performed focusing on genetic variation important for hybrid wheat breeding redesigning the wheat flower implementing a genomics-based select-and-backcross method identify major genes promoting open pollination. (3) Combining physiology and population genomics in order to perform a targeted allele mining in genetic resources will identify for promising candidate genes contributing to nitrogen-use efficiency. (4) Opening the toolbox of genomic selection for pre-breeding by implementing a novel hybrid strategy will help identifying genetic resources with high breeding value for grain yield. These four strategies are embedded in biodiversity informatics activities to analyze the comprehensive data with novel population genomics and quantitative genetic tools.

Eckdaten

PLANT BREEDING RESEARCH

GeneBank2.0

Projektlaufzeit

01.11.2016 - 31.10.2019

Förderkennzeichen

031B0184 (A-F)

Fördersumme

Öffentlich: 3.077.873,00 €
Privat: 237.384,00 €
Gesamt: 3.315.257,00 €
Herr Prof. Dr. Jochen Christoph Reif
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Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)

Corrensstrasse 3
06466 Gatersleben
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KWS LOCHOW GMBH

Ferdinand-von-Lochow-Str. 5
29303 Bergen
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Universität Hohenheim
Landessaatzuchtanstalt

Fruwirthstr. 21
70599 Stuttgart
Deutschland
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Herr Prof. Dr. Frank Ordon
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Julius Kühn-Institut (JKI)
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

Erwin-Baur-Str. 27
06484 Quedlinburg
Deutschland
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Herr Dr. Johannes Schacht
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LIMAGRAIN GmbH
Zuchtstation

Salderstr. 4
31226 Peine
Deutschland