C4BREED_Design neuartiger Züchtungsstrategien unter Nutzung genetischer Enabler der C4 Evolution

• Antragsteller: Professor Dr. Julian M. Hibberd; Professor Dr. Benjamin Stich; Professor Daniel Voytas, Ph.D.; Professor Dr. Andreas P.M. Weber
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 354248674

C4 Photosynthese wird von einigen der produktivsten Nutzpflanzen sowie Wildpflanzen genutzt. Die molekularen Grundlagen und die genetische Architektur dieser komplexen Eigenschaft ist jedoch bislang noch weitgehend unverstanden, was Versuche erschwert, diese wünschenswerte Eigenschaft in C3 Nutzpflanzen einzuführen. Wir und andere haben kürzlich erhebliche Fortschritte im Verständnis zu den mechanistischen Voraussetzungen für die Evolution der C4 Photosynthese und den evolutionären Pfad von C3 nach C4 erzielt. In den beantragten Arbeiten bauen wir auf diesen Erkenntnissen. Wir schlagen einen neuartigen synthetisch-evolutionsbiologischen Ansatz vor, der die Erkenntnisse über die Evolution der C4 Photosynthese in einen innovativen Züchtungsansatz übersetzt, unter Nutzung aktueller Methoden der Genomeditierung. Um dies zu erreichen wurde ein internationales Expertenteam rekrutiert, das Expertise in der quantitativ-genetischen Entschlüsselung komplexer Eigenschaften und Pflanzenzüchtung (Stich) mit Expertise in Genomeditierung (Voytas) sowie der Physiologie und Biochemie der C4 Photosynthese verbindet (Hibberd und Weber). Unsere spezifischen Ziele umfassen: i) testen der Hypothese, dass Relokation der photorespiratorischen Glycin-Dekarboxylierung die Voraussetzung für die Evolution von C4 ist; ii) die Nutzung interspezifischer Kreuzungen von C3 und C3-C4 Brassicaceaen um durch quantitative Genetik neue Komponenten der C4 Photosynthese zu identifizieren, und iii) diese Erkenntnisse durch Einkreuzung und Genomeditierung auf Arabidopsis und Raps zu übertragen. Wir werden somit zum ersten Mal fundamentale Hypothesen zur Evolution der C4 Photosynthese testen und erstmalig weite interspezifische Kreuzungen in Kombination mit Genomsequenzierung nutzen um durch quantitative Genetik die molekularen Grundlagen der C4 Photosynthese zu entschlüsseln. Weiterhin ist dies der erste Versuch die Voraussetzungen für die Evolution der C4 Photosynthese durch Genomeditierung in C3 Modell- und Nutzpflanzen zu implementieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Partnerorganisation: Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC); National Science Foundation (NSF)