Forschungsprojekt

Feinkartierung von QTL für Biomasse und Biomasse-Heterosis in Arabidopsis

(SPP1149 - Heterosis in Pflanzen; DFG)

 

Heterosis ist ein biologisches Phänomen von grundlegender Bedeutung für Landwirtschaft und Züchtung. Es bezeichnet die höhere Leistungsfähigkeit von Hybriden gegenüber den Eltern in Bezug auf Größe, Wüchsigkeit, Ertrag, Fertilität oder Stresstoleranz. Obwohl Heterosis seit Jahrzehnten in der Pflanzenzüchtung genutzt wird (z.B. bei Mais), sind die zugrunde liegenden genetischen und molekularen Mechanismen größtenteils noch unbekannt. Wir versuchen, Grundlagen der Heterosis in Pflanzen zu enträtseln, indem wir Biomasse-Heterosis in dem Modellsystem Arabidopsis thaliana auf molekularer Ebene untersuchen. Die Identifizierung heterotischer QTL in Arabidopsis (Meyer et al. 2010) ermöglicht die Kombination von QTL-Analysen mit Transkript- und Metabolitprofilen, um physiologische und molekulare Prozesse zu entdecken, die an Heterosis beteiligt sind.

Durch QTL Analysen in RILs und ILs konnten 10 genomische Regionen identifiziert werden, die Biomasse-Heterosis im frühen Entwicklungsstadium beeinflussen (Fig. 1) und individuell zwischen 2,4% und 15,7% der beobachteten phänotypischen Variation erklären. Drei heterotische Biomasse (hb)QTL auf Chromosom 1, 3 und 4 werden einer Feinkartierung und detaillierten molekularen Charakterisierung unterzogen. Unter Verwendung der Genotyp- und Phänotypinformation von mehreren hundert Linien heterozygoter IL Familien (ILFs), in denen genomische Segmente im Bereich der hbQTL segregieren, konnte die QTL Region auf Chromosom 4 auf ca. 45 kb mit 14 annotierten Genen begrenzt werden. Der hbQTL auf Chromosom 1 konnte durch eine Kombination von Feinkartierung mittels heterogenen Inzuchtfamilien (HIFs) mit Assoziationskartierung in einer Sammlung aus Arabidopsis Akzessionen auf eine Kandidatenregion von 420 kb mit 120 annotierten Genen reduziert werden. Weitergehende Feinkartierungen mittels subILs sind geplant. Dieselbe Strategie wird für den hbQTL auf Chromosom 3 verfolgt.

 

Kooperationspartner: A.E. Melchinger, Universität Hohenheim; R. Snowdon, Universität Gießen

 

 

DW – Trockengewicht, LA – Blattfläche, RGR – relative Wachstumsrate, -C24 – mid-parent-heterosis in der Kreuzung C24xRIL, -Col – mid-parent-heterosis in der Kreuzung Col-0xRIL, DW-IL – in Introgressionslinie identifizierter hbQTL.