Forschungsprojekt

Nutzung genomweiter natürlicher Diversität in der Arabidopsis Population
([link]GABI- FUTURE Basis: GNADE; BMBF)

Die Vorzüge der Modellpflanze Arabidopsis thaliana sollten genutzt werden, um die rasanten technischen Weiterentwicklungen und die sich damit eröffnenden neuen Strategien für die Untersuchung und die Nutzung natürlicher genetischer Diversität zu testen und so natürliche Polymorphismen in Genen zu identifizieren, die in Wachstumsprozesse involviert sind. Natürliche Diversität ist nicht nur eine zentrale Ressource für die Pflanzenzüchtung sondern stellt gleichzeitig eine sehr wichtige Basis für die Grundlagenforschung dar. Unter Verwendung von RIL und zusätzlichen IL Populationen der Arabidopsis Akzessionen Col-0 und C24 konnten insgesamt 7 QTL für Biomasse und 86 QTL für bekannte Metabolite identifiziert und bestätigt werden. Diese kombinierten Daten bieten eine hervorragende Basis, um funktionell relevante Variationen in Genen, die in Verbindung mit Wachstums- und Stoffwechselprozessen stehen, zu identifizieren. Zur Validierung und Feinkartierung der Biomasse QTL Bereiche wurden Assoziationskartierungen an zwei genotypisierten und auf Biomasse hin phänotypisierten Kartierungspopulationen mit jeweils 355 und 178 Arabidopsis Akzessionen und zusätzlich mit Nachkommen segregierender RIL und IL Familien (HIFs) durchgeführt. Dadurch wurden die Biomasse QTL auf den Chromosomen 1 unten und 3 oben von jeweils 3,65 MB auf 420 kb bzw. 3,6 Mb auf 500 kb eingegrenzt. Die Kandidatenregion des Biomasse QTL auf Chromosom 4 oben konnte erfolgreich auf 50 kb und 14 Gene feinkartiert werden. Große Fortschritte und Weiterentwicklungen der Methoden und Techniken erfolgten einerseits im Bereich der Populationskartierungen als auch auf dem Gebiet der Resequenzierungen ganzer Genome. So konnten mit Hilfe der Resequenzierungsdaten der Akzession C24 Sequenzen von C24-Cosmiden in der Kandidatenregion auf Chromosome 4 oben vollständig assembliert und mit der Col-0 Sequenz abgeglichen werden. Im Vergleich zu Col-0 weist das Genom der Akzession C24 neben vielen Einzelnukleotidpolymorphismen und kleinen Insertions-Deletions-Variationen in diesem Bereich eine ca. 2 kb große Insertion mit einem ORF und eine ca 500 bp Deletion auf. Im Rahmen dieses Projektes wurden ferner zwei Kandidatengene von Metabolit-QTL durch Analyse von T-DNA-Insertionsmutanten als ursächlich für die Variation in Metabolitgehalten identifiziert und ihre Funktion im pflanzlichen Stoffwechsel aufgeklärt.

 

Kooperationspartner: M. Koornneef, MPI-Z, Köln; D. Weigel, MPI-EB, Tübingen; D. Huson, Univerität Tübingen