Erster Transkript-Atlas sämtlicher Weizengene erweitert die Perspektiven für Forschung und Züchtung

Entscheidend ist das Wissen über die Funktion der Gene, möglichst aller Gene eines Organismus. Die Expression von Genen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, in unterschiedlichen Organen und unter verschiedenen Umwelteinflüssen ist ein Ansatzpunkt, an dieses Wissen zu gelangen. Der jetzt veröffentlichte Transkriptom-Atlas für das Weizengenom zeigt, in welche Richtung sich die Forschung entwickelt.

Unter Führung des John Innes Center in Norwich (England) waren Wissenschaftler aus sieben Ländern und 17 Forschungseinrichtungen an der Studie beteiligt. Aus Deutschland waren es Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und des Helmholtz Zentrums in München.

Für ihre Studie analysierten die Wissenschaftler über achthundert Expressionsdatensätze aus 28 Studien. Diese kombinierten sie mit der vollständig annotierten Genomsequenz zu einem Transkript-Atlas. Dabei war nicht nur die Größe, sondern auch die besondere Struktur des Weizengenoms eine Herausforderung. Das Weizengenom ist polyploid und setzt sich aus drei Einzelgenomen unterschiedlicher Vorfahren zusammen.

Mit ihrer Studie geben die Wissenschaftler einen bereits sehr umfassenden Einblick in die raumzeitliche Transkriptionslandschaft des polyploiden Weizens. „Erstmals sind wir in der Lage, die Anteile bei der Ausprägung von Merkmalen einzelnen Subgenomen zuzuordnen und die Gen-Expression mit Hilfe von regulatorischen Netzwerken zu analysieren“, sagt Prof. Dr. Andrea Bräutigam (seit Oktober 2017 Universität Bielefeld), die am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung am Projekt beteiligt war.

„Auffallend ist, dass für agronomisch wichtige Eigenschaften große Expressionsunterschiede vor allem an den Endbereichen der Chromosomen bestehen“, so Bräutigam weiter. Voraussetzung für die Studie war die exakte Annotation der Sequenzen. Diese erfolgte am Helmholtz Zentrum in München. „Die Annotation der Gene und die Erstellung von Stammbäumen ist die Basis für die Struktur und Funktionsaufklärung. Mit speziell entwickelten Algorithmen haben wir die Genorte präzise lokalisieren können.“, so Dr. Daniel Lang vom Helmholtz Zentrum München.

Prof. Dr. Cristobal Uauy, der Leiter der Studie am John Innes Centre, sagt: „Das genomische Wissen hat bei anderen Kulturarten wie Mais oder Reis zu einem sprunghaften Wissensanstieg und Fortschritt in der züchterischen Praxis geführt. Durch das jetzt komplett vorliegende Weizengenom und die darauf aufbauenden Arbeiten, lassen sich auch im Weizen Gene besser und schneller identifizieren. Dieses Wissen wird Forschern und Züchtern helfen, die allelischen Variationen des polyploiden Weizens zu nutzen, um Eigenschaften gezielt zu verbessern.“

Prof. Dr. Andrea Bräutigam Phone: (+49) (0)521 106 8753
andrea.braeutigam@uni-bielefeld.de

Dr. Manuel Spannagl, Helmholtz Zentrum München – German Research Center for Environmental Health, Research Unit Plant Genome and Systems Biology, Ingolstädter Landstraße 1, 85764 Neuherberg, Tel. +49 89 3187 3584, +49 89 3187 3948, manuel.spannagl@helmholtz-muenchen.de
Dr. Daniel Lang (daniel.lang@helmholtz-muenchen.de, Tel. +49 89 3187 3583 )

Prof. Dr. Cristobal Uauy Cristobal
Uauy@jic.ac.uk

R. H. Ramírez-González et al. (2018): The transcriptional landscape of polyploid wheat (http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aar6089). Science, DOI: 10.1126/science.aar6089

http://pgsb.helmholtz-muenchen.de/plant/plantsdb.jsp
http://www.ipk-gatersleben.de/
https://www.jic.ac.uk/directory/cristobal-uauy/
http://www.wheatgenome.org/