Nutzung von Genomvariation zur Optimierung der stomatären Eigenschaften und zur Schaffung von klimaresistentem und nahrhaftem Reis

Description: Steigende Temperaturen und Wassermangel verringern die Ernteerträge und die Qualität der Ernte in vielen landwirtschaftlichen Regionen. Dieses Problem wird sich durch den Klimawandel voraussichtlich noch verstärken. Wir werden uns in diesem Projekt auf Reis, eine er die wichtigste menschliche Nahrungspflanzen, konzentrieren. Der Anbau von Reis ist wasserintensiv, und vom Klimawandel besonders betroffen. Wir wollen mehrere natürliche genetische Variationen identifizieren und testen, die bereits einige Reis-Landrassen in die Lage versetzen, unter warmen und trockenen Klimabedingungen ausreichend Saatgut zu produzieren. Das Projekt hat die Verbesserung der Klimaresistenz von Nutzpflanzen zum Ziel. Ein Fokus liegt dabei auf der Rolle der Spaltöffnungen. Diese regulierbaren Poren steuern den Wasserverlust aus der Pflanze und sind daher entscheidend für die Verdunstungskälte und die Reaktion auf Trockenstress. Wir haben bereits die Genome von fast eintausend Reissorten untersucht, um eine Liste von 30 Genen mit natürlich vorkommenden Variationen zu identifizieren, die mit Wachstum in schwierigen Umgebungen verbunden sind. Sechs dieser Gene wurden priorisiert, und drei von ihnen sind direkt an der Regulierung der Spaltöffnungen beteiligt. Um herauszufinden, welche dieser Gene am ehesten in der Lage sind, Klimaresilienz zu verleihen, werden wir 200 traditionelle Reissorten, die entweder funktionale oder nicht-funktionale Kopien unserer Zielgene enthalten, untersuchen. Wir werden diese Reissorten sowohl in sorgfältig kontrollierten Umgebungen als auch in tropischen Feldversuchen anbauen und ihre Stressresistenz und ihren Nährstoffgehalt messen. Die Daten aus diesen Experimenten werden nicht nur die genetischen Sequenzen aufzeigen, die von Natur aus mit Hitze- und Dürretoleranz verbunden sind, sondern es auch ermöglichen, mit Hilfe von maschinelles Lernen die Eigenschaften, die die beste Vorhersagen für die Leistung der Pflanzen auf dem Feld erbringen, zu ermitteln. Wir werden die Funktion unserer Zielgene durch genetische Manipulation ihrer Expression verifizieren und durch in silico transkriptomische, physiologische und biochemische Analysen neue genomische Ressourcen für die Reisforschungsgemeinschaft bereitstellen. Schließlich werden wir mit Hilfe von Gene Editing versuchen die gefundene Stressresistenz in stressanfälligen modernen Elitereissorte wiederherzustellen. Um dies zu erreichen, brauchen wir die verschiedenen Fähigkeiten unseres multidisziplinären Teams. Darüber hinaus haben wir ein "Bürgerwissenschaftliches" Programm entwickelt, um die Rolle aller 30 klimaassoziierten Reisgenen neben den vorrangigen Zielgenen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir mit Schülern in lokalen Schulen in den USA und Großbritannien zusammenarbeiten. Hierbei werden wir zusätzliche Gene untersuchen und den Schülern und Lehrern die Möglichkeit geben, einen Beitrag zu den internationalen Forschungsbemühungen die den Klimawandel bekämpfen zu leisten.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Reis ? Genom ? Nährstoffgehalt ? Trockenheitsresistenz ? Großbritannien ? Phytopathologie ? Stomata ? USA ? Nahrungspflanze ? Ernteertrag ? Nutzpflanze ? Saatgut ? Stress ? Wasserstress ? Klimaresilienz ? Künstliche Intelligenz ? Pflanzenzüchtung ? Schule ? Pflanze ? Citizen Science ? Wasserknappheit ? Freilandversuch ? Klimawandel ?

Region: Bavaria

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Biotechnology und Biological Sciences Research Council (Mitwirkung)
• International Rice Research Institute (Mitwirkung)
• Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Projektverantwortung)
• Penn State University, The Eberly College of Science, Department of Biology (Mitwirkung)
• The University of Sheffield, School of Biosciences (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• United States Department of Agriculture (USDA), National Institute of Food and Agriculture (Mitwirkung)

Time ranges: 2024-01-01 - 2025-11-27

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Harnessing genome variation to optimise stomatal characteristics and create climate resilient and nutritious rice
  Description: Rising temperatures and lack of water are reducing crop yields and quality in many agricultural regions. This is predicted to increase under climate change. We will focus on rice because it is the most important human food crop, its cultivation is water intensive, and productivity is particularly affected by climate change. We aim to identify and test several natural genetic variations that already allow some rice landraces to produce nutritious seed under future warmer and drier climates. The project brings together scientists interested in enhancing crop climate-resilience, and particularly the role of the pores on the leaf surface known as stomata. These adjustable pores control water loss from the plant and are therefore crucial for evaporative cooling and drought stress responses. We have already screened the genomes of almost one thousand existing rice landraces to identify a list of 30 genes with naturally occurring variations associated with growth in challenging environments. Six of these genes have been prioritized to study in detail; three are involved in regulating the production of stomata and hence the maximum and minimum levels of water loss, and three have less well-known functions. To explore which of these genes are most able to confer climate-resilience we will grow and compare 200 traditional rice landraces that contain either functional or non-functional copies of our target genes. We will grow the rice landraces in both carefully controlled environments and in also in tropical field trials and measure their stress resilience and nutrient levels. Data from these experiments will not only pinpoint the genetic sequences that are naturally associated with heat and drought tolerance but also allow us to use machine learning to discover the attributes of laboratory grown plants which are the best predictors of crop performance in the field. We will verify the function of our target genes by genetically manipulating their expression, and through in silico transcriptomic, physiological and biochemical analyses, provide new genomic resources to the rice research community. Finally, we will use gene editing to recreate the stress resilience found in traditional landraces in a stress susceptible elite modern rice variety. To achieve this will require the skills of our multidisciplinary team. We have also designed a 'citizen science' program to investigate the role of all 30 climate associated rice genes alongside the priority gene targets. To do this we will work with high school students in local US and UK high schools. This will allow us to investigate an increased number of genes and give the students and teachers the opportunity to contribute to the international research endeavor that aims to combat climate change. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140344

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/552888947 (Webseite)

Status

Aktiv

Quality score

• Overall: 0.51
• Findability: 0.71

  • Title: 1.00
  • Description: 0.29
  • Identifier: false
  • Keywords: 1.00
  • Spatial: RegionIdentified (1.00)
  • Temporal: true
• Accessibility: 0.67

  • Landing page: Specific (1.00)
  • Direct access: false
  • Publicly accessible: true
• Interoperability: 0.00

  • Open file format: false
  • Media type: false
  • Machine-readable metadata: false
  • Machine-readable data: false
• Reusability: 0.67

  • License: ClearlySpecifiedAndFree (1.00)
  • Contact info: false
  • Publisher info: true

Accessed 1 times.