Neue Strategien zur Erzeugung von haploiden Kulturpflanzen durch Verfahren der Genomeliminierung

Autor/innen

  • Frank Dunemann Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Züchtungsforschung an gartenbaulichen Kulturen, Erwin-Baur-Str. 27, 06484 Quedlinburg

DOI:

https://doi.org/10.5073/jka.2017.457.007

Schlagworte:

CENH3, Daucus carota, Doppel-Haploide (DH), Haploide, Möhre, Zentromer

Abstract

Die für eine Hybridsortenzüchtung erforderlichen genetisch homogenen Elternlinien, deren genetische Kombination die erwünschten Hybridgenotypen ergibt, werden gegenwärtig durch zeitintensive erzwungene Selbstbefruchtung (Inzucht) oder alternativ durch In-vitro-Techniken wie z. B. Mikrosporenkultur erstellt. Für die meisten Nutzpflanzen, darunter auch die Kulturmöhre (Daucus carota), ist eine brauchbare In-vitro-Haploidisierungstechnologie nicht vorhanden oder nur für eine begrenzte Auswahl von Genotypen nutzbar. Neuere wissenschaftliche Erkenntnisse bei der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) haben gezeigt, dass der Prozess der Chromosomeneliminierung genetisch induzier- und steuerbar ist. Hierzu wird das Histon-Protein CENH3 aus der Zentromerregion der Chromosomen genetisch so verändert, dass nach Kreuzung zweier Pflanzen der Chromosomensatz des modifizierten Elters im Verlauf der Embryonalentwicklung eliminiert wird. So genannte Inducer-Genotypen mit modifiziertem CENH3 werden als Kreuzungselter mit dem Ziel verwendet, den Chromosomensatz des modifizierten Elters zu eliminieren. Um diese neue Haploidentechnik der Zentromervermittelten Genomeliminierung für die Möhren-Hybridzüchtung zu entwickeln, wurden zunächst das CENH3-Gen der Möhre und einer weit entfernt verwandten Art, dem Ginseng (Panax giseng) kloniert. Zur Induktion von Knockout-Mutationen innerhalb des Möhren-CENH3-Gens wurde die Genome Editing-Technologie CRISPR/Cas9 eingesetzt. Ein auf Agrobacterium rhizogenes basierendes Ko-Transformationssystem wird eingesetzt, um eine Komplementation des mutierten Möhren-CENH3-Gens durch das artfremde Ginseng-Gen zu erreichen. Regenerierte T0-Pflanzen werden als Kreuzungselter eingesetzt, mit dem Ziel (doppel)haploide Genotypen zu generieren. Bei der alternativen ‚Ein-Schritt‘-Methode werden mittels CRISPR/Cas9 verschiedene zielgerichtete Mutationen im nativen Möhren-CENH3-Gen induziert, die nicht letal sein dürfen, letztlich aber zu der erwünschten Eigenschaft der Haploiden-Induktion führen sollen.

Autor/innen-Biografie

Frank Dunemann, Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Züchtungsforschung an gartenbaulichen Kulturen, Erwin-Baur-Str. 27, 06484 Quedlinburg

E-Mail: frank.dunemann@julius-kuehn.de

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Veröffentlicht

2017-07-25