Neue Einblicke in das Gerste-Genom Der nächste Schritt zu optimierten Gerste-Sorten

Um Getreidesorten resistenter gegen Pathogene und toleranter gegen Klimaschwankungen zu machen, unternehmen Züchtungsforscher intensive Anstrengungen. Ein internationales Konsortium hat nun eine neue, qualitativ hochwertige Referenzgenom-Sequenz für Gerste erstellt, die zu besseren Züchtungserfolgen beitragen soll.

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München – Unter Beteiligung des Helmholtz Zentrums München, Abteilung Genomik und Systembiologie pflanzlicher Genome (PGSB), hat ein internationales Konsortium methodisch wertvolle Daten zum Gerstengenom veröffentlicht. Die in Nature publizierten Erkenntnisse sollen dazu beitragen, Gerstensorten zu züchten, die gegen Pathogene resistent sind und Klimaschwankungen besser tolerieren können.

Resistent gegen Pathogene

Gerste kommt als Braugerste zum Einsatz. In nicht gemälzter Form wird das Getreide zu Graupen oder Mehl verarbeitet. Ein Großteil der weltweiten Produktion wird zu Tierfutter verarbeitet. Ziel der Züchtung ist, Sorten zu entwickeln, die gegen Pathogene resistent sind und Klimaschwankungen tolerieren.

„Mit fast der doppelten Größe des humanen Genoms und dem sehr hohen Anteil an repetitiven Elementen (Transposons)* stellt das Gerstengenom eine Herausforderung für eine vollständige Sequenzierung dar“, sagt Erstautorin Heidrun Gundlach, PGSB. „Aus diesem Grund existierte bisher lediglich eine vorläufige, unvollständige und fehlerhafte Genomsequenz.“

Wechselspiel zwischen Genen und Transposons

Jetzt ist es Gundlach zusammen mit Kollegen eines internationalen Konsortiums gelungen, eine neue, qualitativ hochwertige Referenzgenom-Sequenz für Gerste zu erstellen, die chromosomale Architektur sowie die Chromatinorganisation solch großer Genome aufzuschlüsseln und das Wechselspiel zwischen Genen und Transposons zu ergründen.

„Unsere Daten erlauben erstmals die detaillierte Analyse von agronomisch und industriell wichtigen Genfamilien wie der alpha-Amylase, einem Enzym mit besonderer Bedeutung im Brauprozess“, ergänzt Dr. Manuel Spannagl, ebenfalls PGSB. Forscher wollen mit ihrer neuen Referenz außerdem die natürliche Diversität von Gerste auf genomischer Ebene untersuchen. Ihre Erkenntnisse könnten die Züchtung neuer Sorten entscheidend beschleunigen, etwa vor dem Hintergrund des Klimawandels.

Im nächsten Schritt ist die Sequenzierung, Analyse und den genomischen Vergleich weiterer Gerstensorten geplant. Wissenschaftler wollen wichtige Eigenschaften wie Resistenzen einzelner Sorten bestimmen und für andere Sorten nutzbar machen.

An den Arbeiten waren neben weiteren Partnern das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben, das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig und das Helmholtz Zentrum München, Abteilung Genomik und Systembiologie pflanzlicher Genome (PGSB), beteiligt.

Originalpublikation: Martin Mascher, Heidrun Gundlach et al. (2017): A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome. Nature, doi:10.1038/nature22043

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