Die in Landwirtschaft und Gartenbau genutzten Pflanzen sind auf einen hohen Ertrag gezüchtet. Oft ist dabei weniger auf eine Stresstoleranz geachtet worden, die in vielen geführten Anbausystemen (Gewächshaus, bewässerte und bewirtschafte Felder) nicht vorrangig war. Im anstehenden Klimawandel werden aber Stresstoleranzen z. B. gegen Hitze und Trockenheit in der Landwirtschaft und im Gartenbau immer wichtiger. Wild wachsende Sorten oder Ursprungssorten der heutigen Nutzpflanzen, weisen oft höhere Stresstoleranzen als die aktuellen Nutzpflanzen auf. In solchen wilden oder alten Sorten liegt oft eine höhere genetische Vielfalt vor, die genutzt werden kann, um z.B. Stresstoleranzen oder auch eine größere Vielfalt oder Menge an z.B. gesundheitsfördernden Pflanzeninhaltsstoffe zu finden. Oft können die Erkenntnisse dann auf derzeit genutzte Pflanzensorten übertragen werden. Die Erforschung solcher Wildsorten stellt somit eine wichtige Grundlage für eine Züchtung von verbesserten Nutzpflanzen dar.

Zwei aktuelle internationale Forschungsprojekte am IBG-4 beschäftigen sich mit dieser Fragestellung. Dabei wird die genetische Information der Vorfahren mit denen der heutigen Nutzpflanzen verglichen und Sequenzinformationen in Zusammenhang mit bekannten Funktionen und/oder besonderen Eigenschaften oder Standortbedingungen der Linien gebracht. So können den Genen oder Abschnitten der genetischen Sequenzen Funktionen zugeordnet werden, die helfen, Nutzpflanzen züchterisch zu verbessern. Hier hatte das IBG-4 bereits vor einiger Zeit die wilde Tomate Solanum pennellii erforscht (https://www.nature.com/articles/ng.3046 und http://www.plantcell.org/content/29/10/2336) und gezeigt, dass dort Transposons oder „springende Gene“ eine Rolle bei der Stresstoleranz spielen. Derzeit arbeitet das IBG-4 in einem internationalen Konsortium an Solanum lycopersicoides (https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.16.039636v1.full).

Tee Camellia sinensis (Quelle: Frau Prof. Weiwei Wen Huazhong Agricultural University)

Robuster Mais in Zeiten des Klimawandels durch Forschung am Vorfahren „Teosinte“

Gemeinsam mit Partnern in Mexiko wird Dr. Asis Hallab am Institutsbereich IBG-4 in dem neuen Projekt TEOSINTE Wildformen des Maises, „Teosinte“ untersuchen. TEOSINTE wird im Rahmen der „Bioökonomie international“ Förderaktivität des BMBF über eine Laufzeit von 3 Jahren gefördert. In Vorstudien wurden in Mexiko diese alten Maissorten an unterschiedlichen geografischen Standorten gesammelt und untersucht. Im Projekt sollen die erfassten Daten zu Form und Besonderheiten der Linien, ihren Standorten und den zugehörigen klimatischen Bedingungen und die genetischen Informationen zu den Linien in einer Datenbank gesammelt, analysiert und in Zusammenhang gebracht werden können. So kann herausgefunden werden, wie Teosinte sich für Standorte mit besonders herausfordernden Lebensbedingungen, wie z. B. speziellen klimatischen Bedingungen angepasst hat und welche genetischen Unterschiede dieser Anpassung zugeordnet werden können. Diese Erkenntnisse können zukünftige Züchtungsprogramme zur Erzeugung von robusterem Mais unterstützen.

Teosinte links, rechts: Mais, Mitte: (Quelle: John Doebley – http://teosinte.wisc.edu/images.html)

 

Der genetische Code für gesundheitsfördernde Pflanzeninhaltsstoffe im Tee:

 Prof. Usadel ist Co-Autor einer Publikation, in der die Genesequenz einer alten Teesorte im Detail untersucht und mit weiteren mehr als 200 Linien verglichen wurde. Ein besonderer Schwerpunkt der Analysen war die Biosynthese der gesunden Inhaltsstoffe von Tee. Diese Veröffentlichung enthält Ergebnisse aus den aktuell im Rahmen der Bioökonomie international – Förderung der BMBF geförderten Projekten TEABAG (an der Heinrich Heine Universität Düsseldorf) und benutzt die de.NBI Infrastruktur (am IBG-4). Die erlangten Ergebnisse werden helfen, die Biosynthese nützlicher Naturstoffe weiter zu erforschen und neue Teesorten mit mehr gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen zu züchten.

Die Entschlüsselung des genetischen Codes von Tee hilft die Produktionswege von gesundheitsfördernden Stoffen im Tee zu verstehen und in Zukunft bessere Teesorten zu züchten. (Quelle: A. Wiese-Klinkenberg)

Originalveröffentlichung: “Genome assembly of wild tea tree DASZ reveals pedigree and selection history of tea varieties.” Nature Communications, 2020 (published 24 July 2020), https://doi.org/10.1038/s41467-020-17498-6

 

Box: Datenbanken

Die unterschiedlichsten Sequenzanalysen und wissenschaftlichen Analysen, wie z. B. der Beschreibung der Pflanzen in Größe, Form, Farbe, von klimatischen Daten, von Inhaltsstoffen, in der Pflanzenforschung erzeugen große, komplexe und umfassende Datenmengen, die in Datenbanken und durch Visualisierungen verwaltet, verknüpft und interpretierbar gemacht werden müssen. Weil die Datenbanken aber auch sehr komplexe Informationen enthalten und sich nicht auf Texte beschränken, besteht die Herausforderung der wissenschaftlichen Datenbanken in der Verwaltung, Verknüpfung und Nutzung/Verfügbarkeit der Daten aus sehr verschiedenen Formaten und der effektiven Beschreibung durch sogenannte Metadaten (Daten über die Daten, z.B. wo wuchs eine Pflanze und wie groß war der Topf). Ein effektives Forschungsdatenmanagement in Datenbanken zur Erhebung, zum Austausch und zur Verarbeitung von Forschungsdaten ist dabei essentiell.

IBG-4 Bioinformatik

About IBG-4 Bioinformatik

Der Institutsbereich Bioinformatik IBG-4 entwickelt Methoden um komplexe Datensätze und Prozesse aus dem Bereich der Bioökonomie und der Pflanzenwissenschaft durch wissensbasierte Datenintegration, klassische Bioinformatik und maschinelles Lernen zu untersuchen und optimieren. Mit benutzerfreundlichen Datenbanken, neuen Methoden zur Genomanalyse und Lösungen zur Integration, Interpretation und Darstellung großer Datensätze sollen Pflanzen, andere Organismen und Gene für eine nachhaltige bioökonomische Nutzung erschlossen oder verbessert werden. Der Institutsbereich Bioinformatik IBG-4 ist Mitglied im Forschungsverbund Bioeconomy Science Center.

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