Genomweite Muster der allopolyploiden Genomkollision und ihre Zusammenhang mit Heterosis

• Antragsteller: Professor Dr. Rod Snowdon
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410826419

Raps (Brassica napus), eine junge allopolyploide Art mit begrenzter genetischer Vielfalt, ist eine wichtige Ölpflanze in China und Deutschland. Um die für die Züchtung verfügbare genetische Basis zu erweitern, werden interspezifische Kreuzungen zwischen verwandten Brassica-Arten häufig durchgeführt, um synthetische B. napus-Formen zu erzeugen. Die "Genomkollision" in der ersten Meiose einer synthetischen B. napus-Hybride führt zu starken genomischen Veränderungen, allerdings kann auch ausgeprägte Heterosis in Kreuzungen zwischen synthetischen Formen und natürlichem Raps auftreten. Hier stellen wir die Hypothesen auf, dass durch vorteilhafte Genomveränderungen Dominanzeffekte entstehen, welche das heterotische Potential von synthetischem B. napus fördern, und dass heterotische Genomstrukturvarianten mit spezifischen Ergebnissen der allopolyploiden Chromosomenkollision assoziiert sind. Moderne Genomanalysetechniken bieten neue Möglichkeiten, strukturelle Genomvariationen in Verbindung mit Leistungsmerkmalen von Nutzpflanzen zu untersuchen und auszunutzen. Aufbauend auf einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen führenden chinesischen und deutschen Rapsforschungsgruppen verfolgen wir einen multidimensionalen "Omics"-Ansatz, um die Nachkommen einer Kreuzung zwischen synthetischen und natürlichen B. napus-Eltern mit ungewöhnlich starker Heterosis detailliert zu untersuchen. Zunächst werden heterotische Muster der F1 im Vergleich zu ihren synthetischen und natürlichen B. napus Eltern untersucht, basierend auf einer integrierten Analyse von Genomstrukturvarianten anhand von hochwertigen De novo-Genomassemblies im Kontext von regulatorischen (mRNA, miRNA) und epigenetischen (Gesamtgenombisulfit) Modifikationen. Zweitens werden Quantitative Trait Loci (QTL) identifiziert, die zur Hybridleistung in einer abgeleiteten F2-Population beitragen, mit Feldphänotypisierung in beiden Ländern sowie Genotyping-by-Sequencing für die Projektion von QTL auf die zusammengesetzten Genome der beiden Elternteile im Kontext der strukturellen, regulatorischen und epigenetischen Merkmale in den ursprünglichen Eltern und ihrer F1. Schließlich werden die Daten umfassend mit anderen Resequenzierungs- und epigenetischen Datensätzen verglichen, die zuvor von den beiden Partnern generiert wurden. Das übergeordnete Ziel ist es zu untersuchen, wie Genomstrukturvarianten Methylierungsmuster, miRNA- sowie mRNA-Expression und ihre Verbindung mit Heterosis in hoch divergenten allopolyploiden Eltern beeinflussen. Neben einem allgemeinen Verständnis der Genom-Evolution und dem hybriden Vorteil komplexer Allopolploide durch Chromosomen-Kollisionen werden die Ergebnisse auch neue Erkenntnisse für die zukünftige Produktion ertragreicher Ölraps-Hybriden in China, Deutschland und weltweit liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Jun Zou