Ansprechpartner:

Prof. Dr. Andreas Graner,  Gatersleben

 

Den Termin des nächsten AG-Treffens finden Sie unter "Neuigkeiten" im GPZ-Terminkalender! Hier finden Sie auch die aktuellen Programme der Veranstaltungen sowie Informationen zur Anreise, etc..

 

 

 

Bericht der GPZ-AG Genomanalyse (4)

"Plant Breeding: from high throughput genotyping to whole genome selection"

am 10. und 11. November 2008 in Göttingen und Einbeck

 

 

- ca. 175 Teilnehmer -

Organisation:  Heiko Becker, Sabine von Witzke-Ehbrecht, Milena Ouzunova, Britta Schulz, Carsten Knaak, Viktor Korzun, Wolfgang Michalek, Andreas Graner (AG Leiter)

Die 14. Tagungsveranstaltung  der AG Genomanalyse fand am 10. und 11. November 2008 unter dem Thema „Plant Breeding: from high throughput genotyping to whole genome selection“ statt. Die Organisation lag in den Händen der KWS und des Instituts für Pflanzenzüchtung an der Universität Göttingen. Das aktuelle Thema, welches durch ein umfangreiches Vortragsprogramm untersetzt wurde, hatte über 175 Tagungsteilnehmer sowohl aus Wissenschaft als auch aus praktischer Pflanzenzüchtung  und Biotechnologie nach Göttingen/Einbeck gelockt.

Den Auftakt der Tagung bildete ein Vortragsblock zum Thema „high throughput genotyping“. Hierbei konnten sich die Tagungsteilnehmer ein Bild von den jüngsten technischen Fortschritten bei der Entwicklung und Anwendung von DNA Markern machen. Michiel van Eijk  (Keygene, Wageningen) informierte über neue Entwicklungen der Firma Keygene N.V. bezüglich der Entwicklung von „single nucleotide polymorphism“ (SNP) Markern.  Bei der Sequenzierung lassen sich durch Kombination der proprietären AFLP-Markertechnologie mit einem modernen „next generation“ Sequenzierungsverfahren (454 GS-FLX) durch Reduktion der Genomkomplexität auch in vergleichsweise großen pflanzlichen Genomen ausreichend Sequenzdaten erzeugen, um über einen Vergleich der Sequenzen unterschiedlicher Genotypen größere Mengen an SNPs identifizieren zu können. Darüber hinaus arbeitet die Firma an der Entwicklung von „reverse genetics“ Ansätzen („key point concept“), mit welchem in einer Population von mutagenisierten Tomatenpflanzen  durch Resequenzierung 3-dimensionaler DNA Pools die Identifizierung von  Mutationen in Kandidatengenen ermöglicht wird.  Mit einem ähnlichen Ansatz lassen sich auch natürlich auftretende Allele in Kandidatengenen aufspüren.

 
Anhand von Fallbeispielen für Genome unterschiedlicher Komplexität stellte Martin Ganal das Dienstleistungsangebot der Fa. Trait Genetics (Gatersleben) hinsichtlich der Entwicklung von SNP-Markern dar.  In seinen Ausführungen wies er auf das große Potential der Analyse von SNP-basierten Haplotypen hin. Im Vergleich zu einzelnen SNPs zeigen diese  in der Regel mehr Allele auf und eignen sich somit besser zur Differenzierung von Genotypen oder zum Auffinden von Assoziationen  mit phänotypischen Merkmalen.

 
In einem Vortrag zur genomweiten Genotypisierung bei Arabidopsis berichtete Thomas Altman (IPK Gatersleben)  über den Nachweis von über 600.000 SNPs  durch Hybridisierung genomischer DNA auf einen speziell für Arabidopsis angefertigten Oligonukleotid Array, auf welchem fast das gesamte Genom des Genotyps „Columbia-O“  durch 3 Millionen Oligonukleotide repäsentiert ist.  Abweichungen in der Genomsequenz anderer Arabidopsis  Genotypen resultieren in einer unvollständigen Basenpaarung mit dem entsprechenden Oligonukleotid auf dem Array, was sich wiederum in einer Abschwächung oder im völligen Ausbleiben des Hybridisierungssignals niederschlägt. Auf diese Weise konnten in einer Population verschiedener Arabidopsis Herkünfte über 600.000 SNPs nachgewiesen werden. Die Daten wurden im Hinblick auf das Auftreten spezifischer Diversitätsmuster (z.B.  selective sweeps) sowie zur Assoziationsanalyse für das Merkmal Biomasse  in einer Population von 100 Akzessionen ausgewertet.

Die besten Möglichkeiten  für die systematische Suche nach SNPs  bietet der Vergleich gegen eine bekannte Genomsequenz.  Eine wichtige Voraussetzung für die Entschlüsselung von Nutzpflanzengenomen ist die Verfügbarkeit physischer BAC Kontig-Karten. In diesen sind die jeweiligen Chromosomen in Form überlappender DNA Klone  abgebildet.  Zwei Vorträge befassten sich mit der Entwicklung physischer BAC-Contig Karten bei Zuckerrübe (Heinz Himmelbauer, Uni Bielefeld) und Gerste (Daniela Schulte, IPK Gatersleben). Die Entwicklung derartiger Karten stellt die Grundlage für die Sequenzierung dieser Genome dar, welche durch die Entwicklung leistungsfähiger Sequenziertechnologien in greifbare Nähe rückt.

Der zweite Abschnitt der Vortragsveranstaltung stand unter dem Thema „whole genome selection“. Im weitesten Sinne können unter diesem Begriff alle Ansätze zur genomweiten Assoziationskartierung verstanden werden. Derartige Ansätze wurden für Zuckerrübe (Benjamin Stich, MPIZ Köln), für Winterraps (Wolfgang Ecke, Uni Göttingen)  sowie für Arabidopsis (Matthias Steinfart, Uni Potsdam) vorgestellt. Hierbei wurde deutlich, dass für die Assoziationskartierung in den verschiedenen Pflanzenarten ganz unterschiedliche Voraussetzungen vorliegen (Verlauf des Kopplungsungleichgewichts, Populationsstruktur), welche sich, unter anderem, in den jeweils erforderlichen Markerdichten und den zu wählenden statistischen Modellen für die Datenauswertung niederschlagen.
Eine der Möglichkeiten, welche sich durch die Verfügbarkeit großer Mengen von über das gesamte Genom verteilten DNA Markern eröffnen, ist die sogenannte „whole genome selection“.  Die amtierende GPZ Präsidentin,  Chris-Carolin Schön (TU München),  war gekommen,  um den Tagungsteilnehmern  in einem Übersichtsvortrag die theoretischen Grundlagen dieses Ansatzes zu vermitteln.  Ihre Ausführungen wurden anschließend von Henner Simianer (Uni Göttingen) mit praktischen Beispielen aus der Rinderzüchtung ergänzt.  In seinen Ausführungen legte er dar, dass der jährliche Zuwachs in der Milchleistung durch  „genomic  selection“ mit 50.000 SNP Markern in Zukunft voraussichtlich um etwa 100% gesteigert werden kann. Aufgrund des großen Potentials des aus den SNP Daten ableitbaren „estimated breeding values“ soll  das gemomweite DNA-Fingerprinting ab 2009 in den USA zur Zuchtwertschätzung von Bullen genutzt werden.

Im dritten Abschnitt der Tagung wurden in einer Reihe von Kurzvorträgen aktuelle Ergebnisse zur angewandten Genomforschung präsentiert. Eva Zyprian (JKI Siebeldingen)  berichtete über die Nutzung der mittlerweile vorliegenden Genomsequenz der Weinrebe für die Entwicklung neuer DNA Marker, sowie die Kartierung und Klonierung von Resistenzgenen.  Allerdings ist das Genom von Vitis vinifera durch eine große strukturelle Diversität gekennzeichnet, die unter anderem durch eine Vielzahl von Insertionen bzw.  Deletionen relativ zu der bekannten Sequenz der Sorte „Pinot Noir“  sichtbar wird.  Dies gilt es bei der Markerabsättigung definierter Genomregionen zu berücksichtigen.

Samuel Trachsel (ETH Zürich) berichtete in seinem Vortrag über den Zusammenhang zwischen der Wurzelarchitektur bei tropischen Maislinien und ihren agronomischen Leistungen unter Trockenbedingungen. Im Rahmen einer QTL Analyse konnte dieser Befund durch übereinstimmende Positionen  von QTLs für Ertragskomponenten und verschiedene Wurzelmerkmale bestätigt werden.  Einem quantitativen Erbgang folgt auch das Merkmal „Brauqualität“ bei der Sommergerste. Während in klassischen QTL-Analysen DNA-Markerallele mit der Ausprägung des phänotypischen Merkmals korreliert werden, wurden im Rahmen der Arbeiten, über die Masood Rizvi (IPK Gatersleben) berichtete, die Expressionmuster von 12.000 Genen während der Samenkeimung  unterschiedlicher Gerstensorten erfasst und mit den Malzqualitätsdaten verglichen. Auf diese Weise gelang es über 100 Kandidatengene  zu identifizieren.  Darunter befinden sich auch solche, die bisher nicht mit der Brauqualität in Verbindung gebracht wurden.  Auch die Resistenz gegen den Schadpilz Rhynchosporium secalis  stellt ein wichtiges Zuchtziel bei der Gerste dar. Im Rahmen der Arbeiten zur kartengestützen Klonierung des Rrs2 Gens wurden Ergebnisse zur Entwicklung  „diagnostischer“ DNA Marker vorgestellt, welche die markergestützte Selektion dieses Gens auf breiter Ebene ermöglichen solle (Anja Hanemann, IPK Gatersleben).

Eduard Mader (Uni Wien) berichtete über den Nachweis von SNPs und kleineren Insertions/Deletions Polymorphismen mit Hilfe der „high resolution melting analysis“. Bei der Anwendung dieses Verfahrens kann auf die gelelektrophoretische Analyse der DNA Fragmente verzichtet werden. Dementsprechend könnte das Verfahren in Zukunft eine interessante Alternative für die Überprüfung großer Probenzahlen darstellen.

Sven Gottwald (IPK Gatersleben) stellte die Entwicklung  einer Mutantenpopulation (TILLING) für die Identifizierung von Genen  bei Gerste und ihre funktionelle Analyse vor. Die Population umfasst über 7.000 Pflanzen. Jede dieser Pflanzen weist im Durchschnitt alle 500 .000 Basen eine Mutation auf. Dementsprechend konnten für jedes der bisher untersuchten Gene jeweils mehrere Mutanten aufgefunden wurden. Entsprechende Pflanzen werden anschießend für die phanötypische Analyse herangezogen (reverse genetics). Umgekehrt wurde die Mutantenpopulation auch auf das Auftreten von phänotypisch erkennbaren Mutanten hin untersucht (forward genetics).  Ein ähnlicher Ansatz wird auch bei der Zuckerrübe verfolgt (Bianca Büttner, Uni Kiel). Hier sollen im Rahmen von forward und reverse genetics Analysen Gene identifiziert werden, welche die Schossneigung der Rübenpflanze regulieren.  Die Aufklärung der molekularen Grundlagen der Schossneigung  würde einen wichtigen Schritt bei der Züchtung von Winterrüben darstellen. 

Den Höhepunkt der diesjährigen Tagung bildete zweifelsohne die Exkursion zur KWS SAAT AG  (KWS) nach Einbeck. Dort konnten sich die Teilnehmer im Rahmen der Besichtigung der Laboreinrichtungen sowie von Vorträgen durch Wissenschaftler  der KWS (Milena Ouzunova, Carsten Knaak, Britta Schulz, Dietrich Borchardt, Josef Kraus, Wolfgang Michalek) einen persönlichen Eindruck zur Anwendung molekularer Markertechniken in der praktischen Pflanzenzüchtung machen.  Es war überaus beeindruckend aus erster Hand zu erfahren, dass 16 Jahre nach der Gründung der AG „Molekulare Marker“ (dem Vorläufer der AG „Genomanalyse“) und dem ersten Workshop an der Universität München der Einsatz molekularer Marker und die Umsetzung der Erkenntnisse aus der Erforschung der Nutzpflanzengenome aus der praktischen Pflanzenzüchtung nicht mehr wegzudenken sind.

Das große Interesse an der diesjährigen Veranstaltung  stellt einmal mehr ein sichtbares Indiz für die enge Verbindung zwischen  Genomforschung  und moderner Pflanzenzüchtung dar.  All denjenigen, die für eine reibungslose  Organisation und Durchführung der Veranstaltung an der Uni Göttingen und der KWS in Einbeck sorgten, sei an dieser Stelle  nochmals auf herzlichste gedankt.

 

(A. Graner, Gatersleben)

 

 

 

Bericht der 57. Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs

gemeinsam mit der GPZ-AG Genomanalyse (4)

Thema: Pflanzenzüchtung und Genomanalyse

am 21./23. November 2006 in Raumberg-Gumpenstein

– 190 Teilnehmer –

 

Organisation: Prof. Dr. Hermann Bürstmayr, Tulln/Österreich

 

Link zu PDFs von allen Vorträgen

 

Die 13. Tagung der GPZ-AG 4 wurde in diesem Jahre von Prof. Bürstmayr gemeinsam mit der traditionellen Züchtertagung in Gumpenstein organisiert. Damit war das Thema quasi vorgegeben und der „Grimming“saal in der Höheren Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft voll besetzt. „Was tut sich auf dem Gebiet der Genomanalyse? Welchen Nutzen kann man daraus für die Pflanzenzüchtung ziehen?“ So eröffnete Prof. Bürstmayr das Vortragsprogramm, in dem der erste Tag mit 10 Vorträgen insbesondere der Einführung in die molekulargenetische Arbeitsweise mit Kulturpflanzen gewidmet war. Diese Übersichten über die Thematik hätten allein schon die für viele Teilnehmer lange Anreise gelohnt, zumal sie beide Seiten gleichgewichtig zu Wort kommen ließen: die genetische Forschung einerseits und die praktische Züchtung andererseits. Da alle Vorträge in Jahresfrist in der bekannten Reihe der „Gumpenstein-Berichte“ im Wortlaut vorliegen werden, soll sich ihre Darstellung an dieser Stelle im Wesentlichen auf die Themenliste der Vorträge beschränken:

 

1. Tag:

Genomanalyse an Pflanzen – Überblick über die Thematik und Auswirkung für die Pflanzenzüchtung. W. Friedt, Univ. Giessen.

 

Genomforschung bei Getreide. – N. Stein, IPK, Gatersleben.

 

Medicago genomics and its use to study plant-pathogen interactions in alfalfa. G.B. Kiss, Agricultural Biotechnology Center, Gödöllö/Ungarn.

 

Grüne Gentechnik - aktueller Stand und Perspektiven aus Sicht des Pflanzenzüchters. W. Bübl, Bayer Crop Science Deutschland GmbH, Frankfurt/M.

 

Erwartungen eines Getreidezüchters an die Genomforschung. – G. Welz, Fr. Strube Saatzucht, Schöningen.

 

Erwartungen eines Rapszüchters an die Genomforschung. M. Frauen, Norddeutsche Pflanzenzucht, Hohenlieth.

 

Molekulare Marker - Technologie und Anwendung. W. Michalek, KWS SAAT AG, Einbeck.

 

Molekulare Marker für die Weizenzüchtung. M. Wolf, Trait Genetics GmbH, Gatersleben.

 

Umsetzung von Ergebnissen aus der Genomforschung in die praktische Pflanzenzüchtung. J. Schondelmaier, Saaten-Union Resistenzlabor, Hovedissen.

 

Etablierung der TILLING-Technik im hexaploiden Winterweizen. M. Schmolke, TUM Weihenstephan.

 

Am 2. Tag wandte sich das Programm spezielleren Themen zu. Aus dem Institut für Biochemie der Universität Frankfurt/M. stellten G. Kahl und R. Horres (letzterer jetzt GenXPro GmbH) als verbessertes Verfahren eines quantitativen ‚transcription profiling’ das Super-SAGE ( Serial Analysis of Gene Expression) vor, das anstelle der 14 bp Tags beim üblichen SAGE wesentlich informativere Tags von 26 bp verwendet: Ausgehend von einer einzigen Wirtszelle und einer Pilzspore wurden für die Brandpilz(‚blast’)/Reis-Interaktion 5.674 Gene im Reis und rd. 4.900 im Pathogen als beteiligt vorgestellt. Allerdings sind >80% dieser Transkripte selten, d.h. nur mit 2-10 Kopien vertreten. Auch sind für die Aussage der Autoren die Belege noch zu erbringen, dass mit dem SuperSAGE-Verfahren quantitative Merkmale, wie der Ertrag, sicher(er) analysierbar seien. Aber im Vergleich zur Microarray-Technik bietet dieses „offene“ Verfahren zweifellos Vorteile. Überdies konnten aus der großen Zahl von ESTs die +100 stärksten ausgewählt und von diesen Marker abgeleitet werden, die deutlich billiger sind (nur rd. 1/ 10 ) als die bisher verwendeten! Im folgenden Vortrag beschrieb V. Mohler, TUM Weihenstephan, anhand von Beispielen bei Gerste, Weizen und Bambara-Erdnuss die DArt-Marker-Technik als neueres Hochdurchsatzverfahren, das anstatt 1 (SSR) bzw. 100 (AFLP) nun ca. 5000 Loci auf einmal zu analysieren erlaubt und nur 0,06 € je Datenpunkt kostet!

Anschließend berichteten über aktuelle Erfolge der „funktionellen Genomic“: B. Hackauf, BAZ, Groß Lüsewitz, zur Befruchtungskontrolle beim Roggen (Selbststerilität), A. Müller, Univ. Kiel, zur Blühregulation (Schossen) der Zuckerrübe, Frau C. Wagner, Univ. Giessen, zur Resistenz der Gerste gegen Rhynchosporium-Befall und T. Lübberstedt, Slagelse/DK, zur Entwicklung von allelspezifischen Markern für die Rostresistenz von Lolium perenne.

 

Vorbildlich anschaulich erläuterte T. Miedaner, Univ. Hohenheim, die Entwicklung einer Bibliothek molekularer Introgressionen beim Roggen zur Analyse von quantitativen Merkmalen, wie Pollenschüttung, Strohlänge, Kornertrag, Fallzahl, Hektoliter- und Tausendkorngewicht. Als Donor diente „iranischer Roggen“, und das Ziel war, in der BC2S3 der Empfänger-Roggensorte im Feldversuch Segmente des Donors mit überlegener Leistung phänotypisch zu identifizieren. Der Arbeitsaufwand zur Herstellung solcher Introgressionsbibliotheken ist groß, doch auch gleichfalls ihr Wert, denn sie stehen anschließend für die genetische Analyse beliebiger weiterer quantitativer Merkmale wie auch als sehr geeignetes Basismaterial für hoch auflösende genetische Karten zur Verfügung. Dafür lieferte K. Pillen, neuerdings MPIZ Köln, anschließend einen weiteren Beleg mit Introgressionslinien in Sommergerste zur Verifikation von QTLs für Malzqualität. Zu demselben Merkmal trugen K. Krumnacker, Bayer. LfL, Freising, und I. Matthies, IPK, Gatersleben, mit molekulargenetischen Ergebnissen bei.

 

Auch der 3. Tag barg fachlich weitere Höhepunkte. J. Györgyey, Szeged/H, stellte ein ‚tran script profiling’ für die Wasser-Nutzungseffizienz an zwei Weizensorten vor, deren Stresstoleranz auf verschiedener Strategie beruht: ‚escape’ bei der afrikanischen Landsorte ‘Kobomugi’ und Anpassung bei der Zuchtsorte ‘Plainsman’. Bei ersterer war eine starke und schnelle Änderung des Transkriptprofils die Stressantwort, die jedoch bei Überschreiten einer bestimmten Stressintensität zum völligen Zusammenbruch der Pflanzen führte. Demgegenüber ging die Anpassungsstrategie von ‘Plainsman’ mit deutlich gemäßigten Änderungen einher, ermöglichte aber ein langfristiges Überleben. Quasi als Alternative berichtete der Vortragende im zweiten Teil über einen monogenischen Ansatz: Hier wurde die Dürretoleranz durch Transfer eines Gens für Aldosereductase, welche toxische Aldehyde reduziert, erhöht, wodurch die transgenen Weizenlinien unter Wasserstress ihre Photosyntheseaktivität deutlich länger aufrecht erhalten konnten.

 

Besonderes Interesse fanden die beiden folgenden Vorträge aus dem IPK Gatersleben: Weil im landläufigen Zuchtmaterial die genetische Variabilität für wichtige Leistungsmerkmale ganz offensichtlich durch die lange währende züchterische Selektion eingeschränkt ist, untersuchte S. Stracke anhand von Sorten und Genbankmaterial drei Gene für das Merkmal Ährenschieben, welche unterschiedliche Expressionsmuster aufweisen. Neben der hohen Variation in der Diversität dieser Gene gaben die Untersuchungen Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen den Genen, die das Ergebnis von Assoziationsstudien überlagern können. Danach berichtete N. Weichert (Arbeitsgruppe U. Wobus) über Strategien zur Erhöhung des Samenproteingehaltes im Winterweizen. Offenbar wird dieser durch die Verfügbarkeit von Transportproteinen für (a) C-Bausteine (Saccharose) bzw. Energieträger sowie für (b) N-Bausteine (Aminosäuren) im sich entwickelnden Samen begrenzt. Deshalb wurden mittels Biolistik transgene Weizenlinien mit (a) einem Saccharosetransporter aus der Gerste und (b) einer Aminosäurepermease aus V. faba hergestellt. In ersten Gewächshausprüfungen ergab sich bei (a) ein bis zu 30% höherer Proteingehalt (insbes. Gluteline u. Gliadine), jedoch ein geringerer Kornertrag, wenngleich letztendlich ein höherer Proteinertrag resultierte. Der N-modifizierte Weizen (b) war 10 cm kürzer und blühte früher. Nach Kreuzung der voll fertilen, phänotypisch völlig normalen transgenen Basislinien mit Sorteneltern und einer anschließenden DH-Passage wurden im Herbst 2006 zur Aussaat im Feld 1000 transgene Linien ausgewählt, um unter Anbaubedingungen den „proof of concept“ für diesen Ansatz zu erbringen. Diesen Teil des Vorhabens hatte Dr. R. Schachschneider, Nordsaat, Böhnshausen, vorbereitet. Er beschrieb als Züchter das zu prüfende transgene Material im Vergleich zu üblichem Zuchtmaterial von Winterweizen als völlig äquivalent. Auch die Methoden und Kosten seiner Herstellung seien züchterisch durchaus überschaubar. Aber er berichtete auch, dass zur Stunde (22. Nov.!) noch nicht über die rd. 35.000 eingegangenen Einsprüche entschieden sei und die Genehmigung für die Freisetzung noch ausstehe. (Diese wurde inzwischen erteilt und der Versuch ausgesät!)

 

Das Vortragsprogramm schloss mit drei Vorträgen aus der ehem. k.u.k. Monarchie, wie der Vorsitzende, Prof. Ruckenbauer, eingangs feststellte: M. Molnár-Láng, Martonvasar/H, mit einer eindrucksvollen Demonstration der Leistungsfähigkeit von Fluoreszenz-in situ-Hy-bridisierung und SSR-Markern zur Identifikation von Weizen/Gersten-Additionslinien, F. Trognitz, Seibersdorf/A, mit dem Nachweis eines Gens für Phytophthora-Resistenz in Solanum caripense und J. Chrová, Prag/CZ, mit Untersuchungen zur Verwendung von Resistenzgenen in der Züchtung gegen das Gerstengelbverzwergungsvirus bei Gerste und Weizen.

 

Flankiert wurde das Programm von 42 Postern, die während der zweieinhalb Tage zu weiterer Diskussion auch während der Pausen einluden. Aber Gumpenstein wäre nicht, was es seit jeher für alle Teilnehmer aus Ost und West war, eine Tagung, bei der neben dem Fachlichen stets auch das Persönliche seinen besonderen Platz hat. So fand man sich dieses Mal am Dienstag zu einem Gemeinschaftsabend in der Festhalle Irdning ein, um nach einem exquisiten Buffet den Obmann der österreichischen Züchtervereinigung, Herrn Ministerialrat Dr. H. Etz, in Wort und Bild auf dem „Jakobsweg“ zu begleiten, den dieser heuer gepilgert war.

Überdies versammelten sich die Teilnehmer am folgenden Abend zu einer „besinnlichen Adventstunde“ in der Pfarrkirche von Irdning. Hier trug Prof. Ruckenbauer eine Auswahl von anrührenden Texten zum Advent, z.T. in steiermärkischer Mundart vor, und diese verband die „Stubenmusik Irdning“, ein Ensemble außergewöhnlich begabter Jugendlicher aus der Raumberger Schule, das der Musiklehrer selbst mit der Gitarre begleitete, zwischendrein mit herziger heimischer Volksmusik.

 

So verlief diese Tagung wie 56 Gumpensteiner Tagungen zuvor – außer dass Einer fehlte: Prof. Hermann Hänsel, ihr Gründer und über 40 Jahre ihr Leiter - ihr Kopf und ihr Herz – war nicht mehr dabei. Er starb am 28.12.2005 in Wien. Prof. Ruckenbauer widmete ihm zu Beginn der Tagung warmherzige Worte der Erinnerung, der hohen Wertschätzung und tiefen Trauer, in der sich die Teilnehmer zu stillem Gedenken an diesen großen Pflanzenzüchter erhoben.

 

Die nächste Tagung der GPZ-AG 4 soll in zwei Jahren, im Herbst 2008, bei der KWS SAAT AG in Einbeck stattfinden.

 

 

(G. Röbbelen, Göttingen)

 

 

 

Bericht der 12. Vortragstagung zum Thema „Genomforschung an Pflanzen: Vom Modell zur Sorte“
am 22./23. Februar 2005 in Bonn

- ca. 120 Teilnehmer -

 

Organisation: Prof. Dr. J. Léon, Bonn

 

Nachdem aus technischen Gründen die 12. Tagung der AG 4 im Herbst 2004 verschoben werden mußte, erneuerte Prof. Léon seine Einladung nach Bonn für den Februar 2005. In gewohnter Weise sollte der aktuelle Stand der Forschung und Nutzung der Pflanzengenomanalyse dargestellt und im Besonderen eine Brücke von der Modellpflanze Arabidopsis zu den Kulturpflanzen geschlagen werden. Dementsprechend war die Tagung in die drei Sektionen (1) Genetische Diversität bei Arabidopsis, (2) Assoziationsgenetik und (3) Genetische Analyse komplexer Merkmale gegliedert. Jede Sektion wurde durch ein oder zwei Übersichtsreferate eingeleitet, denen kurze Arbeitsberichte folgten. Darüber hinaus erhielten einige Teilnehmer die Möglichkeit, im Rahmen von Freien Vorträgen weitere Forschungsergebnisse darzustellen. Wegen des großen Andrangs musste die Tagung vom altehrwürdigen Poppelsdorfer Institut für Pflanzenbau in das Institut für Geodäsie an der benachbarten Nußallee verlegt werden. Hier gab es ausreichend Platz für alle Teilnehmer und auch für die mitgebrachten 28 Poster, die im Foyer ausgestellt, während drei Vortragspausen studiert und mit den Autoren diskutiert werden konnten.

Der einleitende Vortrag von Prof. Wenzel, TU München, stimmte auf das Tagungsprogramm mit einem allgemeinen Überblick zur Anwendung von molekularen Markern in der Pflanzenzüchtung ein. Ein weiterer Höhepunkt folgte: Der neue Direktor am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln, Prof. Koornneef, stellte Möglichkeiten zur Nutzung der natürlichen Variation in Arabidopsis für die funktionale Analyse von quantitativen Merkmalen vor. Danach referierten Herr Törjek, MPI Golm, und Frau Kusterer, Uni Hohenheim, über SNP-basierte Kartierungswerkzeuge bzw. Heterosis-Studien in Arabidopsis. Nach einer Erfrischungspause mit einer ersten Posterdemonstration führte Herr Lübberstedt, Flakkebjerg/DK, mit seinem Vortrag zu Assoziationsstudien im europäischen Mais in die zweite Programmsektion ein. Anschließend präsentierten Frau Stracke, IPK Gatersleben, Frau Gebhardt, MPI Köln, und Frau Badani, Uni Giessen, ihre Ergebnisse zum Kopplungsungleichgewicht bei Gerste, zu Marker-gestützter Selektion von Phytophtora-resistenten Kartoffellinien und Aspekten der molekularen Analyse von Gelbsamigkeit im Raps. Nach einer zweiten Posterdemonstration folgten „freie Vorträge“ von Herrn Dunemann, BAZ Pillnitz, zur molekularen Züchtung von krankheitsresistenten Äpfeln sowie von Frau Wiedow, IPK Gatersleben, zur phänotypischen und genetischen Diversität in der Spezies Malus sieversii. Zum Ausklang des ersten Tages lud der Gastgeber zu geselliger Runde auf ein chinesisches Rheinschiff ein, auf dem die Teilnehmer in angenehmem Ambiente und bei warmem Buffet die abendliche Skyline von Bonn an sich vorüber gleiten ließen.

Zum Auftakt des zweiten Vortragstages präsentierte Prof. Bürstmayr, IFA Tulln/A, aktuelle Ergebnisse aus den genetischen Untersuchungen zur Fusarium-Resistenz bei Weizen. Es folgten Herr Leipner, ETH Zürich/CH, und Herr Hund, Guelph/CAN, mit Beiträgen zur genetischen Regulation der frühen bzw. späten Kältetoleranz bei Mais. Danach sprach Frau Prof. Horn, Uni Rostock, über Fortschritte bei der Klonierung der männlichen Fertilitätsrestauration der Sonnenblume, und Herr Rönicke, Uni Giessen, berichtete über die Verbesserung der quantitativen Sclerotinia-Resistenz bei der gleichen Art. In den folgenden Vorträgen zur Genetik der Gerste stellte zunächst Frau Ruge-Wehling, BAZ Groß-Lüsewitz, Introgressionen von Hordeum bulbosum zur Kartierung von Resistenzquellen vor. In zwei weiteren Beiträgen wurde das Thema Einkreuzung von exotischen Genen vertieft. Am Beispiel von Wildgersten-Einkreuzungen demonstrierte Frau von Korff, Uni Bonn, dass Wildformen sowohl für agronomisch relevante Merkmale als auch für Krankheitsresistenzen wichtige Beiträge leisten können. Im zweiten Vortrag verglich Herr Pillen, Uni Bonn, Möglichkeiten der Verifizierung von QTL-Analysen. Abschließend berichtete Frau Zyprian, BAZ Siebeldingen, über die Bedeutung der Genomanalyse für die Rebenzüchtung und Frau Esch, Uni Hannover, über theoretische Studien zur Detektierung der Centromerregion aus Kopplungsanalysen.

Am Ende der Tagung stellte Prof. Léon noch einmal die Bedeutung der Genomforschung für die praktische wie für die akademische Pflanzenzüchtung heraus. Prof. Graner dankte als Leiter der AG allen Teilnehmern für die aktive Mitwirkung in Form von Vorträgen, Postern und Diskussionsbeiträgen sowie dem Bonner Institut für Pflanzenbau für die gelungene Ausrichtung der Tagung. Er kündigte an, dass die Vorträge dieser Tagung soweit möglich in der GPZ-Reihe „Vorträge für Pflanzenzüchtung“ gedruckt werden sollen (inzwischen in Heft 67/2005 erschienen) und dass Herr Prof. Bürstmayr die AG zu ihrer nächsten Tagung in die Bundesanstalt für alpenländische Landwirtschaft nach Gumpenstein/Österreich eingeladen hat; sie soll in der zweiten Novemberhälfte 2006 im Verbund mit der 57. Jahrestagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs stattfinden.

 

 

(K. Pillen und J. Léon, Bonn)

 

 

Bericht des Treffens vom 16./17.09.2003 in Gatersleben

- 170 Teilnehmer -

 

11. Vortragsveranstaltung „Harnessing Genetic Diversity: Genomics and Allele Mining“

im Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben

Organisation: Prof. Dr. Andreas Graner, Gatersleben, unter Mitwirkung von Martin Ganal, Marion Röder, Uwe Scholz und Nils Stein

 

Die diesjährige Veranstaltung im IPK war der Nutzbarmachung genetischer Diversität durch neue Ansätze in der Genom-Analyse gewidmet; sie war thematisch in drei Blöcke gegliedert:

(1) Bioinformatik/ Genomic Tools,
(2) Molekulare Marker und Array-Technologie, und
(3) Diversität und ‘Allele Mining’.

Im ersten Abschnitt zur Bioinfomatik schilderte Klaus Mayer (MIPS, Neuherberg) den gegenwärtigen Stand der Arbeiten zur Sequenzierung des Mais-Genoms. Im Gegensatz zu den bisher sequenzierten Modellgenomen stellt im Maisgenom der hohe Anteil repetitiver DNA neue Anforderungen an die Sequenzierungsstrategie. Hierfür wird versucht, die Gen-tragenden Bereiche des Maisgenoms gezielt anzureichern und nur diese zu sequenzieren und zu annotieren. Die Arbeiten bauen in wesentlichen Teilen auf Erfahrungen aus der Sequenzanalyse von Arabidopsis und Reis auf; das unterstreicht die Bedeutung der Modellgenome für die Genomanalyse der Nutzpflanzen.

DNA Marker stellen die Grundlage für die Bearbeitung vielfältiger genetischer und züchterischer Fragestellung dar. Über die Entwicklung und Nutzung einer Software für die computergestützte Analyse von Genomdatenbanken (dbEST) zur Entwicklung von SNP (single nucleotide polymorphism) Markern berichtete Stephen Rudd (GSF, Neuherberg). Der von ihm geschilderte Ansatz steht stellvertretend für die vielfältigen Möglichkeiten, Ergebnisse aus der Genomforschung für angewandte Fragestellungen nutzbar zu machen. Anschließend zeigte E. Paul (Gene Flow Inc., Alexandria, USA), wie das Computerprogramm ‘Gene Flow’ in Zusammenhang mit einer entsprechenden Datenbank die Analyse und Visualisierung von Marker- und Stammbaumdaten ermöglicht. Diese Software ist ein leistungsfähiges Hilfsmittel für die Charakterisierung von Zuchtmaterial, die Kreuzungsplanung und die markergestützte Selektion.

Der zweite Vortragsblock betraf ein zentrales Thema der AG: Molekulare Marker und Array-Technologie. Hier wurde zunächst über den Einsatz von Markern in der Pflanzenzüchtung aus Sicht von Service- bzw. Dienstleistungslabors berichtet. Die Anforderungen reichen von der Entwicklung robuster Marker und der Kostenminimierung bis zur Etablierung von Hochdurchsatzanalysen und dem Aufbau von Marker-Datenbanken (W. Michalek, Planta AG, Einbeck; M. Ganal, TraitGenetics, Gatersleben). Ein Startup-Unternehmen stellte ein neuartiges, Mikroarray-basiertes Verfahren zur SNP-Analyse vor (J. Geistlinger, Array-On, Gatersleben). Über die Forschungsarbeiten im Bereich der Markertechnologien am Centre National de Genotypage in Evry, Frankreich, berichtete Ivo Gut. Dort wird eine ganze Reihe verschiedener Verfahren für mittleren und hohen Durchsatz zur Genotypisierung unterschiedlicher Organismen angewandt. Pro Tag können 60.000 SNPs mit Hilfe der MALDI-TOFF-Technologie analysiert werden. Eine weitere Steigerung des Durchsatzes könnte in Zukunft mittels Minisequenzierung über eine basenspezifische, alkalische Spaltung von DNA-Molekülen mit anschließender massenspektrometrischer Bestimmung der entstandenen DNA-Fragmente erreicht werden.

Zum dritten Programmpunkt Molekulare Diversität und ‘Allele Mining’ trug Antoni Rafalski (DuPont, Wilmington, USA) über Untersuchungen zum Kopplungsungleichgewicht (linkage disequilibrium) und zur Assoziation von SNPs mit agronomischen Merkmalen bei Mais vor. Während sich in Maispopulationen das Kopplungsungleichgewicht nur über kurze Entfernungen (wenige hundert bis tausend Basenpaare) erstreckt, reicht dieses im Zuchtmaterial über mehrere hundert Kilobasen. Das bedeutet, dass möglicherweise eine relativ beschränkte Anzahl von über das Genom verteilten SNP-Markern ausreicht, um in Zuchtmaterial Assoziationen zwischen Markern und Merkmalen zu identifizieren. Im Gegensatz hierzu kann das geringere Kopplungsungleichgewicht in Maispopulationen dazu herangezogen werden, die Assoziation zwischen ausgewählten Kandidatengenen und Merkmalen zu verifizieren. Mit einer entsprechenden Strategie konnten bei der Kartoffel durch Assoziationskartierung in Genbankmaterial bereits erste Kandidatengene für quantitativ vererbte Krankheitsresistenzen identifiziert werden (Christiane Gebhardt, MPIZ, Köln). Silke Möhring (auch MPIZ Köln) stellte die Erfahrungen und Fortschritte bei der SNP-Marker Entwicklung für die Zuckerrübe dar. Karl Schmid vom MPI-CE in Jena beschrieb die Entwicklung und Anwendung von SNP-Markern aus Stress-induzierten cDNA Bibliotheken für die Analyse der Populationsstruktur in diversen Akzessionen der Modellpflanze Arabidopsis. Eine umfangreiche Studie in einer weltweiten Gersten-Sammlung zur genetischen Diversität des Amylase-Gens zeigte, dass der mitteleuropäische Genpool arm an thermostabilen Allelen ist. Die Einkreuzung solcher Allele aus dem asiatischen oder südamerikanischen Genpool könnte zu einer weiteren Verbesserung der Brauqualität führen (L. Malysheva, IPK, Gatersleben). Im Rahmen der markergestützten Genklonierung bei Weizen berichtete Beat Keller, Zürich, über die erfolgreiche Isolierung des Braunrostresistenzgens Lr10 und die Fortschritte bei der Identifizierung des Mehltauresistenzgens Pm3b.

Die Vorträge wurden durch über 50 Posterbeiträge ergänzt, welche die gesamte Bandbreite der Anwendung molekularer Marker von der Genkartierung bis zum ‘functional genomics’ widerspiegelten. In Anknüpfung an die Tradition der vergangenen Tagungen bot auch die diesjährige Veranstaltung wieder eine hervorragende Gelegenheit, sich über die Landesgrenzen hinweg einen Überblick über neueste Entwicklungen zu verschaffen und darüber hinaus eigene Ergebnisse im Kreis von Fachkollegen vorzustellen und zu diskutieren. Wie so häufig war auch diese Tagung zu kurz, um die neuesten Trends und Entwicklungen in allen Facetten zu beleuchten. Die diesjährigen Themenschwerpunkte werden daher noch genug Gesprächsstoff für zukünftige Tagungen der AG bereithalten.   

 

(Die Organisatoren im IPK Gatersleben)