Entschlüsselung des Roggengenoms

Die Abbildung zeigt einen Circos-Plot, welches die genomische Vielfalt von Roggen und der Wildart S. vavilovii zeigt. Fotomontage: Jean-Michel Pape and Thomas Schmutzer/IPK Gatersleben

Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben (IPK) hat das Roggengenom entschlüsselt. Die veröffentlichte Roggensequenz schließt eine Lücke in der Getreideforschung.

Als Ergebnis seiner Zusammenarbeit stellt das Forschungsteam damit eine Ressource für vergleichende Genomanalysen, die Analyse der Funktionen wichtiger Gene und damit für die genombasierte Präzisionszüchtung verbesserter Getreidesorten zur Verfügung.

Die Getreideart Roggen (Secale cereale L.) ist eine Vertreterin der Triticeae, einer Gruppe von Süßgräsern, die neben Roggen auch die verwandten Getreidearten Brotweizen (Triticum aestivum L.) und Gerste (Hordeum vulgare L.) umfasst.

Darüber hinaus gehört Roggen zu den Eltern der von Menschenhand geschaffenen Kulturart Triticale. Aufgrund seiner besonderen Frostfestigkeit wird Roggen vor allem in Zentral- und Osteuropa für die Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln sowie Bioenergie genutzt.

Unter allen Vertretern der Süßgräser weist Roggen das größte diploide Genom auf, was nichts anderes ist als ein doppelter Chromosomensatz. Zugleich wird sein Genom von einer großen Anzahl hochrepetitiver Sequenzen gekennzeichnet.

„Lange Zeit lag keine Sequenz des Roggengenoms vor, während die Genome der verwandten Getreidearten Gerste und Weizen in den vergangenen Jahren entschlüsselt und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wurden“, sagt Eva Bauer, die am Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung der TU München arbeitet und Erstautorin der Studie ist.

„Diese Lücke haben wir mit unserer Publikation im Fachblatt ‚The Plant Journal’ nun geschlossen. Mit der Entschlüsselung des Roggengenoms untersuchten wir auch dessen herausragende genetische Diversität.“

Uwe Scholz, Leiter der Forschergruppe Bioinformatik am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben fügt hinzu: „Diese genetische Ressource ist ein unverzichtbares Werkzeug für die Aufklärung der Biologie und Evolution der wichtigen Triticeae-Arten mittels vergleichenden Genomanalysen und für die Übertragung dieses Wissens auf deren phänotypische Eigenschaften.“

Roggengenom wichtig für Zucht besserer Weizen- oder Gerstensorten

Roggen ist eine wichtige Spezies bei der Aufklärung der genetischen und funktionellen Hintergründe agronomisch wichtiger Eigenschaften der Kulturgräser. Kenntnisse über das Roggengenom sind daher relevant für die züchterische Verbesserung von Weizen und Gerste. Roggen hebt sich durch eine besonders hohe Frosttoleranz von anderen Gräsern ab. Darüber hinaus zeigt er auf armen Böden und bei Trockenstress vergleichsweise gute Erträge.

Genetisches Material von Roggen findet sich in vielen Weizensorten und trägt zu deren Anpassungfähigkeit an biotische und abiotische Stressfaktoren bei. Daher wird die nun zur Verfügung stehende Roggensequenz künftig die Aufklärung molekularer Mechanismen wichtiger agronomischer Eigenschaften erleichtern und als ein maßgebliches Werkzeug der züchterische Verbesserung der Kulturgräser dienen.

Die Studie von IPK und TUM in Kooperation mit der Universität Hohenheim, dem Helmholtz Zentrum München, dem Julius Kühn-Institut und der KWS-Lochow GmbH wurde vom BMBF gefördert.

Publikation: Eva Bauer, Thomas Schmutzer, Ivan Barilar, Martin Mascher, Heidrun Gundlach, Mihaela M. Martis, Sven O. Twardziok, Bernd Hackauf, Andres Gordillo, Peer Wilde, Malthe Schmidt, Viktor Korzun, Klaus F.X. Mayer, Karl Schmid, Chris-Carolin Schön and Uwe Scholz (2017): Towards a whole-genome sequence for rye (Secale cereale L.), The Plant Journal (2017) 89, 853–869, doi: 10.1111/tpj.13436.

http://www.ipk-gatersleben.de
http://www.tum.de

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