Plant sterols, also called phytosterols, comprise a group of plant steroidal compounds. They are of interest because they play a crucial role in plant growth and development and as part of the human diet they are known for their blood cholesterol-lowering effects. High phytosterol contents occur in seeds of oilseed crops, the relevance of which remains hitherto unknown. In contrast to Arabidopsis nothing is know about the genes governing phytosterol content in Brassica species. In previous work, a large genetic. variation for phytosterol content has been found among German winter oilseed rape (Brassica napus) cultivars. So far no information is available on total phytosterol contents or individual components in Indian mustard B. juncea. Suitable segregating doubled haploid populations of B. napus, and of B. juncea have already been developed and will be used in the present project to map QTL for individual and total seed phytosterol content as well as for other seed quality traits. Key candidate genes of the phytosterol biosynthetic pathway with known sequences from Arabidopsis will be sequenced from the progenitor species Brassica rapa, Brassica nigra and Brassica oleracea to develop locus specific PCR primers. Those locus specific primers will be used to sequence the pertinent alleles in the respective amphidiploid species B. napus and B. juncea. Allelic sequence differences between the parents of the doubled haploid populations will be used to map the candidate genes. Results will reveal if positions of candidate genes overlap with those of QTL for phytosterol content and if genetic variation in phytosterol content is related to variation in other seed quality traits.
Das Spurenelement Eisen (Fe) ist an vielen essentiellen Stoffwechselvorgängen in Pflanzen beteiligt. Daher ist eine ausreichende Fe-Konzentration in pflanzlichen Geweben von außerordentlicher Bedeutung. Gramineen, die im Hinblick auf die Sicherung der Welternährung zu den wichtigsten Kulturpflanzen gehören, geben zur Aneignung von Fe Schwermetallchelatoren, sogenannte Phytosiderophore (PS), ab und nehmen Fe(III)-PS-Komplexe auf. Während das Transportprotein des Fe(III)-PS-Komplexes in Mais, eine der Modellpflanze der Gramineen, bereits molekular charakterisiert wurde, sind die Komponenten, die an der Abgabe der PS beteiligt sind, noch nicht isoliert worden. Ziel dieses Projektes ist es daher, das YS3-Gen, welches direkt oder indirekt an der Abgabe von PS in Mais beteiligt ist, zu klonieren und charakterisieren. Hierzu soll ein kartengestützter Klonierungsansatz verwendet werden. Parallel dazu soll ein direktes Transposon-tagging mit Mutator- (Mu) und Activator/Dissociator- (Ac/Ds) Transposons durchgeführt werden. Mit den in diesen Experimenten unabhängig generierten ys3-Allelen, soll schließlich der Nachweis geführt werden, dass das richtige Gen kloniert wurde. Zum Abschluss der ersten Förderperiode soll eine erste funktionelle Charakterisierung des YS3 Gens durchgeführt werden.
One of the reproductive barriers that can isolate species is embryo lethality which is due to disfunctional interaction between parental genomes. Embryo lethality obtained in crosses of hexaploid wheat with diploid rye is the result of complement interaction between the two genes/alleles Eml-A1 and Eml-R1b from wheat and rye, respectively. In addition, the 1D wheat chromosome carries unknown genetic factor(s) which have strong effect on the viability of wheat-rye hybrid seeds. The goals of the project are: (I) physical mapping and studying dosage effect of Eml-A1 gene (II) development of a method for overcoming embryo lethality in wheat-rye hybrids and (III) physical mapping and cytological study of chromosome 1D wheat gene(s) essential for seed development in wheat rye hybrids. The development of a method of regeneration in callus culture from abnormal immature embryos with lethal genotype by indirect organogenesis will enable us to study the interaction and expression of incompatible wheat Eml-A1 and rye Eml-R1b alleles causing embryo lethality. New information about genes, involved in apical meristem development in early stages of embryogenesis of wheat-rye hybrids (and of other plants) will be gained.
Mikrosporenembryogenese und doppelhaploide (DH) Linien spielen heute eine große Rolle in der praktischen Züchtung, vor allem aber in der Forschung. Andererseits ist wenig über die genetischen Mechanismen bekannt, die die verschiedenen limitierenden Schritte in der Herstellung von DH-Linien - embryogenes Potential, Diploidisierungsrate und die Rate der 'Direkten Embryo- Pflanze Konversion' - kontrollieren. Aufbauend auf der Beobachtung, dass sich unterschiedliche Genotypen von Raps stark in der Effizienz der Herstellung von DH-Linien unterscheiden sollen daher in dem vorgeschlagenen Vorhaben mit Raps als Modellobjekt genetische Faktoren kartiert werden, die diese Schritte kontrollieren. Dazu sollen zunächst mit Hilfe von AFLP-Markern Genomregionen mit gestörten Spaltungen in aus Mikrosporen entwickelten spaltenden Populationen, die verschiedene Stadien der DH-Entwicklung repräsentieren und einen bzw. mehrere der o.g. limitierenden Schritte durchlaufen haben, bestimmt werden. Die Effekte dieser Regionen auf die verschiedenen limitierenden Schritte sollen anschließend in geeigneten intervarietalen Substitutionslinien verifiziert werden. Darüber hinaus sollen die Positionen der kartierten Faktoren mit der Lage von Kandidatengenen für die Mikrosporenembryogenese im Rapsgenom verglichen werden um Genloci zu identifizieren, die ursächlich mit dem embryogenen Potential zu tun haben. Dazu sollen die verschiedenen Loci der Kandidatengene aus dem polyploiden Rapsgenom amplifiziert und sequenziert werden. Aufbauend auf den Sequenzen werden dann Marker entwickelt und die Loci kartiert.
Die Temperatur ist ein wichtiger Umweltreiz für die Kontrolle des Blühzeitpunkts bei Pflanzen. In Arabidopsis bewirkt Kälte eine Verzögerung des Wachstums und der Blühinduktion und auf molekularer Ebene führt Kälte zur Akkumulation von DELLA Proteinen, zentralen Repressoren des Wachstums und der Blühinduktion aus dem Gibberellin (GA)-Signalweg. Die DELLA-Abundanz reagiert ziemlich rasch auf Veränderungen der Temperatur und die Effekte der DELLA-Akkumulation können durch GA (Behandlungen) wieder aufgehoben werden. Wir haben kürzlich gezeigt, dass der Arabidopsis MADS-Box Transkriptionsfaktor APETALA1 (AP1) durch direkte Interaktionen mit DELLA Proteinen reprimiert wird. Des Weiteren haben wir Hinweise darauf, dass erhöhte Mengen an AP1 Expression auf molekularer Ebene für die frühe Blüte zweier Arabidopsis-Accessionen in kalten Temperaturen sind. Wir möchten nun die Hypothese testen, dass die erhöhten Mengen an AP1 die inhibitorischen Effekte der DELLA Repressoren in kalten Temperaturen aufheben. Zweitens möchten wir testen, ob das AP1-DELLA regulatorische Modul auch in Getreiden konserviert ist. Bei der Gerste und im Weizen sind die VERNALIZATION1 (VRN1) Proteine, die nächsten Orthologen von Arabidopsis AP1, zentrale Regulatoren der Blühinduktion. Wir möchten daher testen, ob VRN1 aus der Gerste und dem Weizen auch mit den DELLA Proteinen aus diesen beiden Species interagieren können und ob die Kontrolle des Blühzeitpunkts in Antwort auf Temperatur und GA von dieser Interaktion abhängig ist.
Vernalisationsbedarf, Tageslänge und Temperatur sind Schlüsselfaktoren, die den Blühzeitpunkt von Raps (Brassica napus L.) beeinflussen. Für Winterraps sind erhebliche Unterschiede im Vernalisationsbedarf bekannt und ein positiver Zusammenhang zwischen dem Vernalisationsbedarf und der Frosttoleranz bzw. Winterhärte wird angenommen. Unter typischen West-Europäischen Wachstumsbedingungen ist der Vernalisationsbedarf von Winterraps bereits Ende Dezember erfüllt, so dass Pflanzen, die vom Feld ins Gewächshaus gebracht werden, dort unter Langtagbedingungen und bei warmen Temperaturen innerhalb kurzer Zeit zur Blüte kommen. Unter Feldbedingungen blüht der Raps dagegen erst etwa vier Monate später. Dies zeigt, dass auch Faktoren wie Tageslänge und Temperatur den Blühzeitpunkt bestimmen. Hauptziel dieses Projekts ist die Aufklärung der Zusammenhänge zwischen Vernalisationsbedarf und Frosttoleranz bzw. Winterhärte und Blühzeitpunkt beim Raps in Abhängigkeit von Tageslänge und Temperatur. Dafür soll eine intensive phänotypische Charakterisierung einer doppelthaploiden Population aus einer Kreuzung zwischen dem Sommerraps Topas (DH4079) und der Winterrapssorte Express in verschiedenen Umwelten durchgeführt werden. Die Population soll im Hinblick auf (a) ihren Vernalisationsbedarf und Blühzeitpunkt unter Gewächshausbedingungen, (b) ihre Frosttoleranz nach Inkubation in einer Frostkammer, (c) den Einfluss von Tageslänge und/oder Temperatur auf den Blühzeitpunkt vollständig vernalisierter Pflanzen und (d) auf die Vererbung von Winterhärte und Blühzeitpunkt in Feldversuchen nach Aussaat im August sowie auf die Neigung zur Infloreszenzbildung und zur Blüte nach Aussaat im Frühjahr untersucht werden. Eine zu Projektbeginn bereits vorhandene molekulare Karte auf Basis des Illumina Infinium Brassica 60K SNP Chip soll für die Kartierung von QTL unter Verwendung der in den verschiedenen Umwelten ermittelten Merkmalswerten verwendet werden. Die QTL-Kartierung wird zeigen, inwiefern QTL für Frosttoleranz, Winterhärte und Blühbeginn in den verschiedenen Umwelten an den gleichen oder an unterschiedlichen Positionen im Rapsgenom liegen. Mit Hilfe einer globalen Transkriptanalyse (MACE =Massive Analysis of cDNA Ends) von kontrastierenden Bulks sollen Gene identifiziert werden, die in früh- und spätblühenden bzw. in frostsensitiven und frosttoleranten Genotypen unterschiedlich exprimiert werden. Über die somit ebenfalls gewonnenen 100 bp cDNA-Sequenzen und die Illumina SNP-Markersequenzen soll deren physikalische Position im Brassica-Genom bestimmt und damit Kandidatengene für die erfassten Merkmale identifiziert und ihre Positionen mit denen der kartierten QTL verglichen werden. Darüber hinaus werden SNP-Marker für weitere, den Blühzeitpunkt beeinflussende Gene, die von Brassica Projektpartnern entwickelt werden, kartiert und ihre Positionen mit den in diesem Projekt ermittelten QTL Positionen verglichen werden.
'Das Ziel des beschriebenen Projekts ist die Entschlüsselung des gemeinsamen Kontrollmechanismus, der der Phosphatmangelantwort sowie der Entwicklung der arbuskulären Mykorrhiza (AM) in der Modellleguminose Lotus japonicus zugrunde liegt. Bei geringer Verfügbarkeit von Phosphat (Pi) kann die AM die Pi Aufnahme verbessern. Eine hohe Pi Verfügbarkeit hat jedoch einen negativen Einfluss auf die Entwicklung der AM Symbiose. Die Regulationsmechanismen dazu sind weitgehend unbekannt. Hier soll die duale Funktion des Transkriptionsfaktors PHR1 bei der Regulation der Gene der Pi-Mangelantwort und bei der Kontrolle der Symbiosomentwicklung untersucht werden, wobei das Symbiosom der Ort des gegenseitigen Stoffaustausches in der AM ist. Im ersten Teilprojekt werden PHR1-regulierte und PHR1-unabhängige Gene aus der Pi-Mangelantwort (PSI Gene) mit Hilfe einer phr1 Mutante und PHR1 ektopisch-expimierenden Pflanzen identifiziert. In einem zweiten Teilprojekt werden Gemeinsamkeiten bei der Regulation der AM-spezifischen Antwort und der PSI Gene aufgezeigt werden. Dazu werden die oben beschriebenen Mutanten physiologisch untersucht und die PHR1-regulierten, AM-spezifischen Gene identifiziert. Im Rahmen eines dritten Teilprojektes wird ein cis-aktiver regulatorischer Cluster bestehend aus den beiden cis-Elementen CTTC und P1BS untersucht, der AM-spezifische Pi Transportergene reguliert. Insgesamt soll das regulatorische Netzwerk zur Kontrolle der Pi-abhängigen Symbiosomentwicklung in der AM entschlüsselt werden. '
Die evolutionäre Reduktion der Mikrosporangienzahl von vier auf zwei in den Antheren von drei Arten der Gattung Microseris läßt sich bei Artkreuzungen genetisch analysieren. In einer Kreuzung haben wir ein Hauptgen und vier modifizierende Gene als Quantitative Trait Loci kartiert. Um die Evolution des Systems weiter verfolgen zu können, müssen die Gene selbst oder sehr eng gekoppelt molekulare Marker gefunden werden. In einer entsprechenden rekombinanten Inzuchtlinie soll das Hauptgen feinkartiert werden und ein Restriktionsfragment mit dem Hauptgen soll kloniert werden.
Ziel des Projektes ist es, mittels assoziationsgenetischer Verfahren genomische Regionen bzw. Gene zu identifizieren, die an der Trockentoleranz der Gerste beteiligt sind. Für diesen Zweck gilt es in einem ersten Schritt aus einem Sortiment von 314 Sommergerstengenotypen bestehend aus 90 deutschen Sommergerstensorten und 224 genetisch und geographisch diversen Sommergerstengenotypen - basierend auf mittels des 9kiSelect Chips gewonnenen Daten zur genetischen Ähnlichkeit - 192 Genotypen auszuwählen, welche die in diesem Set vorhandene genetische Diversität repräsentieren. Mit insgesamt 9000 genbasierten SNP-Markern (9kiSelect Chip) wird die für eine genomweite Assoziationsstudie (GWA) nötige Markerabdeckung erzielt. Zusätzlich zu diesem genomweiten Ansatz werden aus der Literatur bekannte Kandidatengene für Trockentoleranz allelspezifisch sequenziert und in die Assoziationsstudien einbezogen. Um des weiteren genotypische Unterschiede in der Expression von trockentoleranzassoziierten Gene zu ermitteln, werden die extremen Genotypen der Population mittels Real-Time PCR analysiert. Die Phänotypisierungen dieser Genotypen erfolgt in Gefäßversuchen am Julius-Kühn-Institut in Groß- Lüsewitz. Trockenstress wird mit Beginn der Blüte appliziert. Erfasst werden neben der absoluten und relativen Ertragsleistung und Veränderungen der Ertragsstrukturparameter, der Chlorophyllgehalt, die Chlorophyllfluoreszenz, der relative Blattwassergehalt bzw. das relative Blattwasserdefizit sowie der Akkumulation von freiem Prolin, Glycinbetain und löslichen Zuckern. Parallel werden diese Genotypen an der Universität Hannover bzw. an der Universität Hohenheim im Hinblick auf die Reaktion auf das Auftreten von Trockenstress in der vegetativen und generativen Entwicklungsphase (SU) analysiert sowie an einem Trockenstandort in zweijährigen Feldversuchen (K), in welchen zusätzlich die Infrarotthermografie zur Charakterisierung der Trockentoleranz eingesetzt wird (K). Die auf diese Weise generierten phänotypischen und genotypischen Daten bilden die Grundlage für die assoziationsgenetische Identifikation von QTL für Trockentoleranz bei Gerste, welche gemeinsam mit den phänotypischen und genotypischen Daten Eingang in die Modellierungsarbeiten finden.
In der 1. Phase des SPP1530 Programms wurden mehrere QTL-Regionen identifiziert, die den Blühzeitpunkt in der Weinrebe kontrollieren. Erste Ergebnisse weisen auf einen additiven Effekt dieser Loci hin, die in sehr früher bzw. später Blüte resultieren. Um diese genomischen Regionen genauer einzugrenzen und zu analysieren, wird eine stark erweiterte Kreuzungspopulation für Weinreben zur Feinkartierung von QTL genutzt sowie die Hypothese getestet, dass eine bestimmte Kombination von QTL-Allelen und Haplotypen zu einer sehr frühen beziehungsweise späten Blüte führt. Das Projekt wird folgende Schritte beinhalten: (1) Die Nutzung der gesamten heterozygoten Genomsequenzen beider Elternpflanzen der Kreuzungspopulation als Basis für die Untersuchung haplotyp-spezifischer Allelexpression; (2) Identifizierung von Kandidatengenen durch Genotyping-by-sequencing (GBS) an vorselektierten Nachkommen und SNP-Analyse, (3) Charakterisierung ausgewählter Kandidatengene aus den QTL-Regionen durch allel-spezifische RNAseq-Experimente sowie (4) Vernetzung dieser Ergebnisse mit phänotypischen Daten für den Blühzeitpunkt von Nachkommen der Kreuzungspopulation sowie züchterisch relevanten Sorten. Kooperationen mit weiteren Forschergruppen aus dem SPP-Verbund werden zusätzliche Erkenntnisse liefern, z.B. durch die Phylotranskriptom-Analyse zum Zeitpunkt der Blühinduktion. Durch die präzise Vorhersage des Blühzeitpunkts können neue Zuchtlinien generiert werden, die an veränderte klimatische Bedingungen angepasst sind.
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