Neue Strategien zur Erzeugung von haploiden Kulturpflanzen durch Verfahren der Genomeliminierung

Julius-Kühn-Archiv

Frank Dunemann¹ 

[1] Julius Kühn-Institut (JKI), Institut für Züchtungsforschung an gartenbaulichen Kulturen;

关键词: CENH3;    Daucus carota;    Doppel-Haploide (DH);    Haploide;    Möhre;    Zentromer;   

DOI  :  10.5073/jka.2017.457.007

来源: DOAJ

【 摘 要 】

Die für eine Hybridsortenzüchtung erforderlichen genetisch homogenen Elternlinien, deren genetische Kombination die erwünschten Hybridgenotypen ergibt, werden gegenwärtig durch zeitintensive erzwungene Selbstbefruchtung (Inzucht) oder alternativ durch In-vitro-Techniken wie z. B. Mikrosporenkultur erstellt. Für die meisten Nutzpflanzen, darunter auch die Kulturmöhre (Daucus carota), ist eine brauchbare In-vitro-Haploidisierungstechnologie nicht vorhanden oder nur für eine begrenzte Auswahl von Genotypen nutzbar. Neuere wissenschaftliche Erkenntnisse bei der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) haben gezeigt, dass der Prozess der Chromosomeneliminierung genetisch induzier- und steuerbar ist. Hierzu wird das Histon-Protein CENH3 aus der Zentromerregion der Chromosomen genetisch so verändert, dass nach Kreuzung zweier Pflanzen der Chromosomensatz des modifizierten Elters im Verlauf der Embryonalentwicklung eliminiert wird. So genannte Inducer-Genotypen mit modifiziertem CENH3 werden als Kreuzungselter mit dem Ziel verwendet, den Chromosomensatz des modifizierten Elters zu eliminieren. Um diese neue Haploidentechnik der Zentromervermittelten Genomeliminierung für die Möhren-Hybridzüchtung zu entwickeln, wurden zunächst das CENH3-Gen der Möhre und einer weit entfernt verwandten Art, dem Ginseng (Panax giseng) kloniert. Zur Induktion von Knockout-Mutationen innerhalb des Möhren-CENH3-Gens wurde die Genome Editing-Technologie CRISPR/Cas9 eingesetzt. Ein auf Agrobacterium rhizogenes basierendes Ko-Transformationssystem wird eingesetzt, um eine Komplementation des mutierten Möhren-CENH3-Gens durch das artfremde Ginseng-Gen zu erreichen. Regenerierte T0-Pflanzen werden als Kreuzungselter eingesetzt, mit dem Ziel (doppel)haploide Genotypen zu generieren. Bei der alternativen ‚Ein-Schritt‘-Methode werden mittels CRISPR/Cas9 verschiedene zielgerichtete Mutationen im nativen Möhren-CENH3-Gen induziert, die nicht letal sein dürfen, letztlich aber zu der erwünschten Eigenschaft der Haploiden-Induktion führen sollen.

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