Archiv Berichte AG 4

– 62 Teilnehmer:innen –

Organisation:
Prof. Dr. Klaus Pillen, Dr. Andreas Maurer, Dr. Thomas Schmutzer und Dr. Steven Dreißig

Die 20. Tagung der GPZ-AG 4 Genomanalyse wurde vom 13.-14.03.2023 von der Professur für Pflanzenzüchtung (https://www.landw.uni-halle.de/prof/plantbreeding/) der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg ausgerichtet. Insgesamt 62 registrierte Teilnehmende aus Forschung und praktischer Pflanzenzüchtung besuchten das erste Treffen der AG nach langen Abstinenz aufgrund der COVID-19-Pandemie. Die englischsprachige Tagung fand unter dem Motto „Digital and Genomics-Assisted Breeding for a Plant-Based Bioeconomy“ statt. Sie gliederte sich in diefolgenden vier thematischen Sessions:

1. Digital mining of genes and alleles: from single genomes to pan-genomes
2. Digital securing of biotic and abiotic stress resilience
3. Breeding of new products from old plants for the bioeconomy
4. Breeding of new products from new plants for the bioeconomy

Das Programm umfasste insgesamt 16 Vorträge. Darunter waren vier eingeladene Gastvorträge, welche die Tagung einrahmten bzw. die einzelnen Sessions einführten, sowie zwölf Kurzvorträge. Die Vorträge wurden durch insgesamt sieben Posterbeiträge ergänzt. Das Vortragsprogramm wird nachfolgend kurz zusammengefasst.

Zu Beginn der Tagung wurden die Teilnehmer durch den Veranstalter und aktuellen Leiter der AG 4 Genomanalyse, Prof. Klaus Pillen, begrüßt und in das Thema der Tagung eingeführt. Die anhaltenden Herausforderungen des Klimawandels erfordern von der Pflanzenzüchtung, wie auch von der Forschung und anderen Wirtschaftsbereichen, eine Anpassung der strategischen Ziele und der notwendigen Werkzeuge, um eine nachhaltige Landwirtschaft zu sichern. Auf der diesjährigen Tagung sollten Aspekte der Digitalisierung und der Bioökonomie in der genom-unterstützen Pflanzenzüchtung vorgestellt und diskutiert werden. Zentrale Züchtungsziele waren dabei die Erhöhung der biotischen und abiotischen Widerstandsfähigkeit bestehender Pflanzen gegenüber den anstehenden Herausforderungen des Klimawandels sowie die Entwicklung neuer Produkte und neuer Nutzpflanzen zur Etablierung einer nachhaltigen, pflanzenbasierten Bioökonomie.

Die wissenschaftlichen Vorträge der Session 1 (Digital mining of genes and alleles: from single genomes to pan-genomes) wurden mit dem Gastvortrag von Prof. Nils Stein (IPK Gatersleben und Universität Göttingen) eröffnet, der die vergleichende Sequenzierung des Pangenoms der Gerste und die Nutzung der Sequenzdaten in der Gerstenforschung und-züchtung vorstellte. Es folgten drei Kurzvorträge von Patrick König (IPK Gatersleben) zum Thema Visualisierung von Genomsequenzdaten, von Dr. Murukarthick Jayakodi (IPK Gatersleben) zur Etablierung des Pangenoms der Ackerbohne (Vicia faba) und von Sven Weber (Uni Giessen) zur Nutzung von Genotypdaten deletierter SNPs in der genomischen Prädiktion.

Noch vor der Pause wurde der Wechsel in der Leitung der AG 4 besprochen. Prof. Pillen, als neuer Vizepräsident der GPZ, legte die Leitung der AG 4 Genomanalyse nach 12 Jahren nieder und übergab das Amt, mit Zustimmung der anwesenden AG-Mitglieder, an Prof. Stein. Prof. Pillen drückte seine Zuversicht aus, dass Prof. Stein als international renommierter Wissenschaftler auf dem Gebiet der Genomsequenzierung von Kulturpflanzen und der Anwendung der dabei erzielten neuen Erkenntnisse und Methoden in der Pflanzenzüchtungsforschung und Praxis der AG 4 Genomanalyse neue, wertvolle Impulse für die zukünftige angewandte Forschung liefern wird. Er wünschte Prof. Stein viel Erfolg dabei.

Es folgte die erste ausgiebigen Kaffeepause mit Kuchen und Obstspießen, die von den Teilnehmen gerne als Plattform genutzt wurde, um alte Kontakte aufzufrischen und neue zu knüpfen sowie, um sich über die Vorträge und aktuellen Fragen der Pflanzenzüchtung zu auszutauschen.

Die nachfolgenden Vorträge der Session 2 (Digital securing of biotic and abiotic stress resilience) wurde mit dem Gastvortrag von Dr. Kerstin Neumann (IPK Gatersleben) eingeleitet, die an diversen Beispielen die Anwendung der Gaterslebener Hochdurchsatzphänotypisierung zur Analyse von physiologischen Parametern des Pflanzenwachstums unter abiotischem Stress und zur Kartierung von Toleranzgenen gegen Trockenstress demonstrierte. Es folgten drei Kurzvorträge von Dr. Srijan Jhingan (Uni Kiel) zum Thema Selektion von Mutanten in einer Raps-Kollektion mittels Genomsequenzierung, von Amar Singh Dhiman (Uni Kiel) zur Kartierung der Resistenz gegen Cercospora-Blattflecken in Zuckerrüben und von Madita Lauterberg (IPK Gatersleben) zur Selektion von trockenstresstoleranten Genotypen der Kichererbse mittels Hochdurchsatzphänotypisierung.

Der Abend des ersten Tages wurde mit einem Essen und gemütlichen Beisammensein im historischen Lokal Krug zum grünen Kranze an der Saale gestaltet. Prof. Pillen begrüßte hier erneut alle Tagungsteilnehmende und dankte den Sponsoren KWS SAAT SE und NPZ für die finanzielle Unterstützung der Tagung. Dr. Korzun (KWS SAAT SE) drückte seine Freude darüber aus, dass viele junge Wissenschaftler der Einladung zur Tagung folgten und hier die Gelegenheit nutzen, eigene Forschungsergebnisse vorzustellen, sich mit alten und neuen Kollegen und Kolleginnen darüber auszutauschen und die eigenen Forschungsarbeiten durch die Aufnahme von neuen Impulsen weiterzuentwickeln.

Am zweiten Tag der Veranstaltung folgten die Vorträge der Session 3 (Breeding of new products from old plants for the bioeconomy). Diese wurde mit dem Gastvortrag von Dr. Stefan Paulus (IfZ Göttingen) eingeleitet, der über die Nutzung von digitalen, drohnen-gestützten Sensorplattformen zur KI-basierten Modellierung des Wachstums der Zuckerrüben im Feldanbau sowie ihrer Verwendung in der Zuckerrübenzüchtung referierte. Es folgten drei Kurzvorträge von Hanna Marie Schilbert (Uni Bielefeld) zum Thema Kartierung von Genen, welche die Qualität von Rapssamen erhöhen, von Dr. Albert Schulthess (IPK Gatersleben) zur Nutzung von Genomikdaten der IPK-Genbank für das Pre-breeding von Weizen sowie von Dr. Andreas Maurer (Uni Halle) zur Analyse der Leistungsfähigkeit von Zweikomponenten-Sortenmischungen der Sommergerste und ihrer genetischen Determinanten. Nach einer kurzen Kaffeepause wurde die 3. Session fortgesetzt. In zwei weiteren Kurzvorträgen referierten Dr. Yongyu Huang (IPK Gatersleben) über die genetische Kontrolle der Phytomerbildung in Gerste und ihre Assoziation mit der Ertragsbildung sowie Dr. Steven Dreißig (Uni Halle) über die Variation der Rekombinationslandschaft entlang der Chromosomen des Roggens und deren Auswirkung auf die Roggenzüchtung.

Die nachfolgenden Vorträge der Session 4 (Breeding of new products from new plants for the bioeconomy) wurde mit dem Gastvortrag von Prof. Christian Jung (Uni Kiel) eingeleitet, der die Kieler Züchtungsaktivitäten der Neuewelt-Kulturart Quinoa als ein neues „Superfood“ für den deutschen Lebensmittelmarkt vorstellte und dabei auch die Ergebnisse der erstmaligen Genomsequenzierung von Quinoa präsentierte. Es folgte ein abschließender Kurzvortrag von Sandra T. Krause (Uni Halle) zur biochemischen und genetischen Kontrolle der Biosynthese von wertgebenden Inhaltsstoffen der Heil- und Gewürzpflanzen Thymian und Oregano.

Am Ende der Tagung bedankte sich Prof. Pillen als Leiter der AG 4 Genomanalysebei der technischen Organisation für die gute Planung und Durchführung der Tagung sowie bei allen Teilnehmenden der Tagung für das gezeigte Interesse sowie die aktive Beteiligung in Form von Vorträgen, Poster-Präsentationen und Diskussionsbeiträgen innerhalb und außerhalb des Hörsaals. Die Tagungen ging mit einem gemeinsamen Mittagessen in der Weinbergmensa der Universität Halle zu Ende. Sie wird den Teilnehmenden als eine lebendige Veranstaltung mit neuen Erkenntnisse zum aktuellen Stand der Anwendung der Genomforschung in der Züchtung unserer Kulturpflanzen in guter Erinnerung bleiben. Wir hoffen, dass die Beschränkungen der Coronazeit nun endgültig überwunden sind und der wissenschaftliche Austausch zwischen Züchtungsforschung und -praxis sich nun wieder voll entfalten wird.

Halle (Saale), den 14.03.2023

Prof. Dr. Klaus Pillen

– 136 Teilnehmer –

Die 19. Tagung der AG Genomanalyse fand am 28. und 29. März 2019 im Euroforum an der Universität Hohenheim statt. An der Veranstaltung nahmen 136 Teilnehmer aus Wissenschaft und Industrie teil. Das Motto der Tagung lautete „Genome Research for Plant Breeding“. Das englischsprachige Tagungsprogramm gliederte sich in die folgenden vier Sessions: „Yield and stress adaptation“, „New technologies“, „Genome analyses“, und „Predictive breeding“. Das Programm umfasste insgesamt 16 wissenschaftliche Vorträge, die durch 30 Posterbeiträge ergänzt wurden. Zahlreiche in der Pflanzenzüchtungsforschung tätige öffentliche Institutionen aus dem In- und Ausland sowie die internationale Züchtungsindustrie trugen zum Tagungsprogramm bei.

Zu Beginn der Tagung wurden die Teilnehmer durch den Veranstalter, Prof. Tobias Würschum, den Vertreter der GPZ, Prof. Frank Ordon, und dem Leiter der AG Genomanalyse, Prof. Klaus Pillen begrüßt.

Am ersten Tag fanden die ersten beiden Sessions statt, die sich mit Ertrag, abiotischer und biotischer Stresstoleranz bis hin zu der Rolle des Mikrobioms beschäftigten. In der darauffolgenden Session zu „New technologies“ wurde der Bogen gespannt von LED-basiertem Speed Breeding, über Doppelhaploidentechnologie, hin zu Citizen Science. Im Anschluss erfolgte das gemeinsame Abendessen. Am zweiten Tag wurde in der Session zu „Genome analyses“ zu folgenden Themen vorgetragen: Genetische Architektur der Heterosis bei Weizen, strukturelle Veränderungen bei Raps und Pan-Genomik bei Gerste. Die abschließende Session befasste sich mit genomischer Selektion bei Mais Landrassen, dem Einsatz von genomischer Selektion in einem Zuchtprogramm eines internationalen Züchtungsunternehmens, sowie der Klonierung von Genen für verschiedene Merkmale im Weizen.

Insgesamt umfasste die Tagung Beiträge zu verschiedenen Kulturarten, zu diversen Merkmalen von der Wurzel über Stresstoleranzen und Ertrag bis hin zu Qualitätsmerkmalen, sowie im Bereich der Methodik von der Phänotypisierung zur Identifikation von Zielgenen, hin zur markergestützten und der genomischen Selektion. Diese Breite spiegelt die Bedeutung der Genomforschung für die Pflanzenzüchtung wider und die stets regen Diskussionen zeigten das große Interesse und die Vitalität dieses Forschungsbereichs.

Die Tagung wurde von den Industriepartnern KWS, Novogene, Syngenta, BASF, und Strube Research sowie von der GPZ großzügig unterstützt, wofür sich die Organisatoren der Tagung erneut herzlich bedanken möchten.

(Tobias Würschum und Hans Peter Maurer)

– 132 Teilnehmer –

Vom 01. bis 03.03.2017 fanden die 18. Kurt von Rümker Vorträge und 5. Quedlinburger Pflanzenzüchtungstage in Verbindung mit der 18. Tagung der GPZ-AG Genomanalyse (AG 4) am IPK Gatersleben statt. Die Tagung stand unter dem Thema „Status of translating genomics into application“, und gemäß diesem Motto wurde die Tagung umrahmt von vier eingeladenen Keynote-Vorträgen. Die Tagung wurde wissenschaftlich durch Prof. Riccardo Velasco, Fondazione E. Mach di San Michele a/A, Italien, eröffnet mit einer Übersicht zu seinen Arbeiten der Genomanalyse in Obstgehölzen: Applied Genomics in Fruit Tree Breeding. Sehr anschaulich wurde vermittelt wie die Genomsequenzierung die Arbeiten zur Apfel-Züchtung vereinfacht hat und wie die Genominformationen zur Aufklärung von Resistenzmechanismen beiträgt. Gefolgt wurde dieser Beitrag von einem Impulsvortrag aus dem Bereich Bioinformatik: Linking genotypes and phenotypes using closely related plant species, von Dr. Korbinian Schneeberger, MPIZ Köln. Dr. Schneeberger erweiterte das Konzept der Assoziationsanalyse auf Genomvergleiche nahe verwandter Arten und postulierte, dass mit dieser Herangehensweise die genomischen Faktoren identifiziert oder zumindest eingegrenzt werden können, die an der Ausprägung grundsätzlich konservierter Merkmale aber auch konvergent entstandener Merkmale beteiligt sein könnten.

Im Anschluss daran traten dann zehn Nachwuchswissenschaftler  um die beste wissenschaftliche Präsentation im Bereich der Pflanzenzüchtung in den Wettstreit. Es ging um Themen wie Entwicklungsbiologie der Infloreszenz,  Pflanzenarchitektur in Getreiden, genetische Variation der Stickstoffaufnahme in Raps, Zuckerstoffwechsel und circadiane Rhythmik in Getreide, genomweite Assoziationsanalyse an Allelen aus Wildgerste, Trockentoleranz bei Gerste, genomische Selektion in Weizen, genomische Diversität in Weizen und die Analyse von Mikrosporenkulturen zur Doppelhaploiden Herstellung. Zum Gewinner des Kurt von Rümker-Preises 2017 wurde von der dreiköpfigen Jury – bestehend aus Prof. Dr. Christian Jung, Dr. Daniela Holtgräwe und Dr. Monika Spiller -, Dr. Kai Peter Voss-Fels, Justus-Liebig-Universität Gießen für seinen Vortrag „Analysis and use of genomic diversity in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) gewählt – von Seiten der Organisatoren nochmals herzliche Gratulation.

Bevor die Tagung dann mit zwölf, aus den eingereichten Beiträgen ausgewählten Beiträgen, aus dem weiteren Kontext der Genomanalyse und Pflanzenzüchtung, fortgesetzt wurde, berichtete Dr. Sandra Schmöckel, King Abdullah University of Science and Technology, Saudi Arabien, im Rahmen eines weiteren eingeladenen Keynote-Vortrags zu den Arbeiten des erst kürzlich in der Fachzeitschrift ‚Nature‘ veröffentlichten Quinoa Genoms. Quinoa ist eine alte Kulturart, die sehr gut an widrige Umweltbedingungen, insbesondere Standorte mit hohen Salzkonzentrationen, angepasst ist und sich auch in der mitteleuropäischen Küche zunehmend als Allergen-arme Abwechslung zu den etablierten Kulturarten anbietet. Das wissenschaftliche Programm fand dann seinen Abschluss durch zwei weitere eingeladene Hauptvorträge. Einerseits berichtete Dr. Simon Krattinger, Universität Zürich, Schweiz, in seinem Vortrag: Rapid gene cloning in wheat – novel approaches to translate genomics into plant breeding über die Möglichkeit zur sehr schnellen Identifizierung von Resistenzgenen in Weizen durch die Kombination aus Chromosomensortierung und Hochdurchsatzsequenzierung mittels der sogenannten Dovetail Technologie. Zu guter Letzt informierte dann Prof. Graham Moore vom John Innes Centre, Norwich, UK: Exploitation of the available diversity in wheat breeding, über den Stand zur Analyse des Ph1 Gen-Locus in Brotweizen, der die Unterdrückung der Rekombination zwischen homoeologen Subgenomen des Weizens steuert. Desweiteren informierte Graham Moore zu den Arbeiten des britischen Weizenforschungs- und Pre-Breeding-Verbundes WISP, den er initiiert hat und seither koordiniert.

Die Tagung wurde im Kommunikationszentrum des IPK durchgeführt, wo in unmittelbarer Nähe zueinander alle Vortragsveranstaltungen, Kaffeepausen, Posterpräsentationen und Mahlzeiten durchgeführt werden konnten. Dies stimulierte den wissenschaftlichen Austausch unter allen Tagungsteilnehmern, die man jederzeit in Gespräche vertieft beobachten konnte. Insgesamt war die Tagung sehr geprägt von intensiver Kommunikation mit- und untereinander, was sich auch in den lebhaften Diskussionsbeiträgen ausnahmslos zu fast allen Vorträgen dokumentierte. Für das leibliche Wohl sorgte in bewährter Manier das IPK-Casino Team.

Die Tagung wurde großzügig vom IPK Gatersleben, der Gemeinschaft der Förderer und Freunde des JKI (GFF) sowie der GPZ und den Industriepartnern KWS AG, Syngenta, Bayer AG, NPZ, Strube, sowie Ackermann und TraitGenetics unterstützt, wofür sich die Organisatoren der Tagung erneut herzlich bedanken möchten.

(N. Stein und F. Ordon)

– 150 Teilnehmer –

Organisation: Maria von Korff, Christiane Gebhardt, Maarten Koorneef

Die 17. Tagung der AG Genomanalyse fand vom 11.-13. Februar 2014 am Max Planck Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Köln statt. Sie wurde vom der Abteilung für Entwicklungsbiologie der Pflanzen (http://www.mpipz.mpg.de/9682/coupland-dpt), und der Abteilung für Pflanzenzüchtung und Genetik (http://www.mpipz.mpg.de/9715/koornneef-dpt) organisiert. Mit 150 registrierten Teilnehmern erfreute sich die Veranstaltung eines großen Interesses aus Wissenschaft und praktischer Züchtung. Das englischsprachige Tagungsprogramm wurde in die folgenden fünf thematischen Sessions

1. Quantitative Genetics,
2. Crop Plant Development,
3. Genome Evolution of Crop Plants
4. Technical Innovations in Plant Breeding
5. Translation of *omics into breeding applications

gegliedert. Das Programm umfasste insgesamt 28 Vorträge, davon acht eingeladene Gastvorträge, welche die Tagung einrahmten bzw. die einzelnen Sessions einführten, und 20 Kurzvorträge. Die Vorträge wurden durch insgesamt 32 Posterbeiträge ergänzt. Das Vortragsprogramm wird nachfolgend kurz zusammengefasst.

Zu Beginn der Tagung wurden die Teilnehmer durch den Veranstalter, Prof. George Coupland, den Präsidenten der GPZ, Prof. Christian Jung, und dem Leiter der AG Genomanalyse, Prof. Klaus Pillen begrüßt.

Zur Eröffnung der wissenschaftlichen Vorträge sprach zuerst Prof. Jiming Jang (University of Wisconsin Madison, USA) über die Evolution von Centromeren am Beispiel der Kartoffel. Es folgte die 1. Session über „Quantitative Genetik“ mit einem eingeladenen Vortrag von Prof. Rod Snowdon (Universität Giessen) über die Genomik von komplexen Merkmalen am Beispiel von Raps und Sorghum und einem eingeladenen Vortrag von Prof. J. Reif (IPK Gatersleben) über genomische Selektion in Hybridweizen. Es folgten Kurzvorträge von Frau Vera Draba (Martin Luther Universität, MLU, Halle) über die Kartierung von Resistenz gegenüber R. secalis in einer Gerste NAM Population, von Frau Corinna Liller (Max Planck Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, MPIPZ, Köln) über die QTL-Kartierung von Grannenlänge in Gerste, von Dr. Bianca Büttner (Lfl) über die Feinkartierung des Rrs1 Locus in Gerste, von Dr. Korbinian Schneeberger (MPIPZ) über Rekombination und Genkonversion in Arabidopsis thaliana, von Frau Stefanie Pencs (MLU Halle) über Fortschritte in der Klonierung eines Gens, das die Dreschbarkeit in Gerste beeinflusst, von Dr. Wiebke Sannemann (Universität Bonn) über die Identifizierung von epistatischen Effekten in einer Gerste-MAGIC-Kartierungspopulation, und von Prof. Bernd Weisshaar über die Sequenzierung des Genoms der Zuckerrübe. Der erste Abend wurde durch einen informellen Empfang mit Posterschau und Buffet abgeschlossen.

Am zweiten Tag folgte die 2. Session über „Crop Plant Development“ mit einem eingeladenen Vortrag von Prof. Christian Bachem (Wageningen University) über den Einfluss der Tageslänge auf die Knollenbildung der Kartoffel. Es folgte ein weiterer eingeladener Vortrag von Dr. James Cockram (NIAB, Cambridge) über Genomweite Assoziationskartierung in Weizen. Es folgten weitere Vorträge von Dr. Maria von Korff (Heinrich Heine Universität, Düsseldorf) über die zirkadiane Uhr und Blühinduktion in Gerste, und von Dr. Birgit Kersten (Thünen Institut, Braunschweig) über die genetische Sexdetermination in Pappel. Zum Abschluss der Session sprach Prof. Maarten Koornneef (MPIPZ) über genetische Variation in Arabidopsis.

Nach dem Mittagessen folgte die 3. Session über „Genome evolution in crop plants“ mit einem eingeladenen Vortrag von Dr. Catherine Feuillet (Bayer Crop Science) über die Genomsequenzierung von Weizen. Anschliessend berichteten Prof. Karl Schmid (Universität Hohenheim) über die lokale Anpassung in Wildgerste, Herr Niels Müller (MPIPZ) über die zirkadiane Uhr und Domestikation in Tomate, und schliesslich Prof. Andreas Weber (HHU, Düsseldorf) über die Evolution von C4-Photosynthese.

Nach der Kaffeepause folgte die 4. Session über „Technical Innovations in Plant Breeding“ mit einem eingeladenen Vortrag von Prof. Jochen Kumlehn (IPK Gatersleben) über neue Transformationstechnologien in Gerste. Es folgten ein Kurzvortrag von Herrn Wolfgang Schweiger (BOKU, IFA-Tulln) über Expressionsstudien zur Fusariumresistenz in Weizen.

Es folgte die Verleihung des Wricke Forschungspreises and Dr. Maria von Korff (HHU, Düsseldorf) und ein anschliessendes Abendessen in der Kantine des Max Planck Instituts.

Der dritte Tag begann mit weiteren Vorträgen zur 4. Session „Technical Innovations in Plant Breeding“ von Wolfgang Ecke (Universität Göttingen), Björn Rotter (GenxPro GmbH), und Dr. Iris Finkemeier (MPIPZ).

Die letzte Session „Translation of *omics into breeding applications“ wurde von einem eingeladenen Vortrag von Dr. Christiane Gebhardt über die Identifizierung von diagnostischen Markern in Kartoffel eröffnet. Es folgten Vorträge von Dr. Christian Obermeier (Universität Giessen), Dr. Claude Urbany (KWS, Einbeck) und Dr. Tanja Gerjets (proWeizen, Bonn).

Am Ende der Tagung bedankte sich Prof. Pillen als Leiter der AG Genomanalyse bei den Organisatoren des Symposiums und allen Teilnehmern der Tagung für das gezeigte Interesse sowie die aktive Beteiligung in Form von Vorträgen, Posterpräsentationen und Diskussionen innerhalb und außerhalb des Hörsaals.

Maria von Korff

– 135 Teilnehmer –

Organisation:
Prof. Dr. Klaus Pillen, Dr. Claudia Flügel, Frau Gabriele Mennecke Impressionen von der 16. Tagung der GPZ-AG Genomanalyse, 18.-20.09.2012, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Die 16. Tagung der AG Genomanalyse fand vom 18.-20. September 2012 an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg statt. Sie wurde von der Professur für Pflanzenzüchtung (http://www.landw.uni-halle.de/prof/plantbreeding/) mit Unterstützung des Interdisziplinären Zentrums für Nutzpflanzenforschung, Halle (http://www.uni-halle.de/izn/), und des WissenschaftsCampus Halle – Pflanzenbasierte Bioökonomie (http://www.sciencecampus-halle.de/) durchgeführt. Mit 135 registrierten Teilnehmern erfreute sich die Veranstaltung eines großen Interesses aus Wissenschaft und praktischer Züchtung. Das englischsprachige Tagungsprogramm wurde in die folgenden vier thematischen Sessions

1. Biotic Stress and Plant Breeding
2. Abiotic Stress and Plant Breeding
3. Recent Developments in Plant Breeding
4. Genetic Diversity and Plant Breeding

gegliedert. Das Programm umfasste insgesamt 25 Vorträge, davon sechs eingeladene Gastvorträge, welche die Tagung einrahmten bzw. die einzelnen Sessions einführten, und 19 Kurzvorträge. Die Vorträge wurden durch insgesamt 31 Posterbeiträge ergänzt. Das Vortragsprogramm wird nachfolgend kurz zusammengefasst.

Zu Beginn der Tagung wurden die Teilnehmer durch den Veranstalter, Prof. Klaus Pillen, der Präsidentin der GPZ, Prof. Chris-Carolin Schön, der Prorektorin der MLU, Prof. Birgit Dräger, dem Dekan der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der MLU, Prof. Peter Wycisk, und schließlich dem Leiter der AG Genomanalyse, Prof. Andreas Graner begrüßt.

Zur Eröffnung der wissenschaftlichen Vorträge sprach zuerst Prof. Antoni Rafalski (DuPont Crop Genetics, Wilmington, USA) über die genetische und epigenetische Diversität des Mais aus Sicht der Pflanzenzüchtung. Es folgte die 1. Session über „biotischer Stress und Pflanzenzüchtung“ mit einem eingeladenen Vortrag von Dr. Patrick Schweizer (IPK Gatersleben) zur rassen-unspezifischen Resistenz gegen den Gerstenmehltau. Es folgten fünf Kurzvorträgen von Herrn Ahmed Galal (Universität Kiel) zur genetischen Feinkartierung von Resistenz-QTLs gegen Gerstennematoden, von Dr. Dragan Perovic (JKI Quedlinburg) zur Feinkartierung von Zwergrost- und BaYDV-Resistenzen in Hordeum bulbosum-Introgressionslinien der Gerste, von Herrn Yang Ping (IPK Gatersleben) zur kartengestützten Klonierung des rym11–Resistenzgens in Gerste, Dr. Albrecht Serfling (JKI Quedlinburg) zur Kartierung und Charakterisierung der prähaustorialen Resistenz des Einkorns gegen den Erreger des Braunrostes (Puccinia triticina f.sp. tritici) und schließlich von Dr. Henry Flachowsky, (JKI Dresden-Pillnitz) zu biotechnologischen Ansätzen der Erhöhung der Resistenz gegen Krankheitserreger des Apfels. Der erste Abend wurde durch einen informellen Empfang mit Posterschau und Grillbuffet abgeschlossen.

Am zweiten Tag folgte die 2. Session über „abiotischer Stress und Pflanzenzüchtung“ mit einem eingeladenen Vortrag von Prof. Dorothea Bartels (Universität Bonn) zur genetischen Kontrolle des Trockenstress‘ in Getreide und einem Vergleich mit Modellorganismen wie Arabidopsis und Craterostigma. Es folgten fünf Kurzvorträge von Herrn Michael Möller (LfL Freising) zur Untersuchung von Kandidatengenen der Trockenstresstoleranz während der Kornfüllung der Gerste, von Dr. Manuela Nagel (IPK Gatersleben) zur Kartierung von Trockenstresstoleranz-QTLs im Keimlingsstadiums des Durumweizens, von Dr. Tariq Shehzad (University of Tsukuba, Japan) zur Assoziationskartierung der abiotischen Stresstoleranz in Sorghum, von Dr. Dmitry Miroshnichenko (Biotron, Russland) zur Salztoleranz in transgenem Weizen und von Herrn Sebastian Vogt (Universität Kiel) zur transkriptionellen Antwort von Zuckerrüben auf Kältereiz im Hinblick auf die Züchtung von Winterrüben.

Nach dem Mittagessen folgte die 3. Session über „neue Entwicklungen in der Pflanzenzüchtung“ mit einem eingeladenen Vortrag von Dr. Bettina Berger (Australian Plant Phenomics Facility, Adelaide, Australia) zur nicht-invasiven Hochdurchsatzphänotypisierung von Getreidepflanzen unter Stress. Es folgten fünf Kurzvorträge von Frau Katharina Alheit (Universität Hohenheim) zur Erhöhung des Biomasseertrags in Triticale mit Hilfe der Hochdurchsatzphänotypisierung, von Herrn Wubishet Abebe Bekele (Universität Giessen) zur genomischen Untersuchung der frühen Kältetoleranz in Sorghum, von Dr. Shital Dixit (Keygene, Niederlande) zur Verwendung von neuen Methoden der Phänotypisierung bei der Züchtung von trockenstresstoleranten Kulturpflanzen, von Herrn Ely Oliveira-Garcia (Universität Halle) zur Verwendung des pilzlichen Gens β-1,3-glucan Synthase als Target des host induced gene silencings (HIGS) in transgenen Pflanzen und von Dr. Andreas Müller (Universität Kiel) zur genetischen Aufklärung der Blühinduktion in Zuckerrübe.

Der Abend wurde mit einer geführten Besichtigung der nahegelegenen romantischen Burg Giebichenstein eingeläutet. Es folgte der Gesellschaftsabend mit Abendessen an der Saale im Restaurant Im Krug zum Grünen Kranze. Dort erfolgte die feierliche Verabschiedung der amtierenden Präsidentin der GPZ, Prof. Chris-Carolin Schön, durch den neuen Präsidenten, Prof. Christian Jung. Wir möchten Prof. Schön auch an dieser Stelle noch einmal für ihre tatkräftige und erfolgreiche Führung der GPZ danken. Wir sind zuversichtlich, dass sie ihre Einsatzkraft auch in Zukunft im Dienste der GPZ stellen wird.

Am dritten Tag folgte die 4. Session über „genetische Diversität und Pflanzenzüchtung“ mit einem eingeladenen Vortrag von Prof. Andreas Graner (IPK Gatersleben) zur Aufklärung und Nutzung von genetischen Ressourcen mit Hilfe von neuen molekularen Werkzeugen. Es folgten vier Kurzvorträge von Herrn Yuan Guo (Universität Kiel) zur Genetik der Blühgene in der allopolyploiden Kulturart Brassica napus, von Frau Vera Draba (Universität Halle) zur Assoziationskartierung von Resistenzgenen in der Wildgersten nested association mapping (NAM) Population HEB-25, von Dr. Eva Bauer (Technische Universität München) zur Charakterisierung der Rekombination und Variation in einer europäischen  Mais nested association mapping (NAM) Population und schließlich von Dr. Tim Sharbel (IPK Gatersleben) zur molekularen Aufklärung der Apomixis in Wildarten.

Die Tagung wurde mit einem Übersichtsvortrag von Prof. Wolfgang Friedt (Universität Giessen) beschlossen, der vor seiner bevorstehenden Verabschiedung in den wohlverdienten Ruhestand noch einmal die rasante Entwicklung der molekularen Pflanzenzüchtung in Forschung, Lehre und Praxis während der vergangenen 25 Jahre Revue passieren ließ. Auch Prof. Friedt möchten wir an dieser Stelle noch einmal herzlich für seine tatkräftige und erfolgreiche Arbeit für die GPZ, u.a. als Präsident der Gesellschaft, danken. Wir sind auch in diesem Fall zuversichtlich, dass er der GPZ in verschiedenen Funktionen verbunden bleiben wird.

Zum Abschluss der Tagung stellte Prof. Graner nach langjähriger Tätigkeit (2003-2012) sein Amt als Leiter der AG Genomanalyse zur Verfügung. Wir möchten auch ihm an dieser Stelle noch einmal herzlich für die vortreffliche Arbeit danken, die er zur Leitung und Belebung der AG Genomanalyse geleistet hat. In der folgenden Aussprache wurde Prof. Pillen als neuer Leiter der AG Genomanalyse vorgeschlagen und von den anwesenden Mitgliedern der AG gewählt. Wir wünschen ihm eine erfolgreiche Tätigkeit als neuen Leiter der AG!

Am Ende der Tagung bedankte sich Prof. Pillen noch einmal ausdrücklich bei allen Teilnehmern der Tagung für das gezeigte Interesse sowie die aktive Beteiligung in Form von Vorträgen, Posterpräsentationen und Diskussionen innerhalb und außerhalb des Hörsaals. Des Weiteren wurde den tatkräftigen und generösen Sponsoren gedankt, die durch ihre finanzielle Unterstützung erst die Durchführung der Tagung in dieser Form ermöglicht haben. Schließlich wurde noch einmal allen Helfern aus der Hallenser Professur für Pflanzenzüchtung gedankt, die durch ihren ehrenamtlichen und professionellen Einsatz ganz erheblich zum Gelingen der Tagung beigetragen haben.

Autoren: Prof. Klaus Pillen (AG-Leiter), Dr. Claudia Flügel (WissenschaftsCampus)

– 193 Teilnehmer –

Organisation: Wolfgang Friedt, Rod Snowdon

Die 15. Tagungsveranstaltung der AG Genomanalyse fand vom 26. -28 Oktober 2010 an der Justus Liebig Universität in Giessen statt. Mit 193 registrierten Teilnehmer traf die Veranstaltung auf großes Interesse aus Wissenschaft und angewandter Züchtung. Den Veranstaltern aus dem Institut für Pflanzenzüchtung sei an dieser Stelle für die Ausgestaltung des wissenschaftlichen Programms, die hervorragende Durchführung und die große Gastfreundschaft aufs herzlichste gedankt. Das Tagungsprogramm  war in 3 thematische Sektionen aufgegliedert und umfasste insgesamt 29 Vorträge und 43 Posterbeiträge. Das Vortragsprogramm ist nachfolgend zusammengefasst.

Session 1: DNA Sequencing & Genetic Variation

Nach der Eröffnung der Tagung durch den diesjährigen Gastgeber Prof. Wolfgang Friedt (Professur für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung) und Prof. Katja Becker, Vizepräsidentin der Justus-Liebig-Universität Giessen, gab Nils Stein ( IPK Gatersleben) mit seinem Eröffnungsvortrag “Barley – Get ready for genomics-based breeding!” eine Einführung in die Anwendungsmöglichkeiten der Genomforschung für die genombasierte Züchtung einer Kulturpflanze mit einem großen, bislang nur wenig zugänglichen Genom. Hierbei wurde u.a. das sog. “Genome Zipper”-Verfahren präsentiert, mit dem die Syntänie der Getreidegenome zu den bereits sequenzierten Reis-, Brachypodium- und Sorghum-Genomen genutzt wird, um Gersten-Gensequenzen aus sortieren Chromosomen in einer virtuellen physischen Karte anzuordnen.

Danach wurde die erste wissenschaftliche Session über “DNA-Sequenzierung und genetische Diversität” durch einen Keynote-Vortrag von Ian Bancroft (John Innes Centre, UK) eingeleitet, bei dem es um die Fortschritte in Richtung “Züchtungsvorhersagen” (Predictive breeding) im Raps ging. Dieser Vortrag zeigte ebenfalls die enorme Leistungsfähigkeit der neuesten DNA-Sequenzierungstechnologien, um selbst im komplexen alloploiden Genom des Rapses homoeologe Chromosomenbereiche zu differenzieren und für die Aufdeckung und Beschreibung von züchterisch interessanter genetischer Diversität zugänglich zu machen, z.B im Form von Genomweiten SNP-Markern.

Während der Fokus in diesen Arbeiten bei der Sequenzierung des gesamten Transkriptoms mittels “RNA-Sequenzierung” (RNAseq) lag, gab Günther Kahl von der Universität Frankfurt am Main im Anschluss einen Einblick in die Nutzung der DNA Sequenzierung für die transkriptomweite Quantifizierung von RNA Transkripten. Durch die Erfassung und Quantifizierung von kurzen, genspezifischen EST-“Super-Tags” konnten u.a. artspezifische Muster in der Expression von MAP-Kinase-Genen bei der Reaktion von Leguminosen auf Infektion durch Aschochyta-Pathogene aufgedeckt werden.

Die Hochdurchsatz-Sequenzierung von kurzen, repräsentativen DNA-Fragmenten (Reduced-Representation-Sequenzierung) stand auch im Vortrag von Clare Nelson von der Kansas State Universität im Mittelpunkt. Allerdings wurden in diesem Fall kurze, polymorphe Endsequenzen von PCR-Fragmenten aus DNA-Restriktionsfragmenten (RAD-Marker) gewonnen und für die SNP-Aufdeckung in Sorghum verwendet. Anhand dieser “Genotypisierung durch Sequenzierung” sollen je nach Ansatz bis zu 480.000 Sorghum-SNP-Marker für “Nested” Assoziationsanalysen und für die genomweite Selektion in genetisch diversen Sorghum-Akzessionen zugänglich gemacht werden.
Als Beispiel für die Aufdeckung von Assoziationen zwischen DNA-Sequenzdiversität und phänotypische Variation für komplexe Merkmale berichtete Yongle Li von der Technischen Universität München in Freising von SNP-Allelen in 12 Kandidatengenen für Frosttoleranz in Winterroggen, die teilweise mit diesem Merkmal genetische Assoziationen aufwiesen. Bei diesem Vortrag und in der anschließenden Diskussion wurden u.a. die große Bedeutung von verlässlichen Phänotypdaten für genetische Analysen bzw. die große Aufwand, die mit dem die Erhebung solcher Phänotypdaten verbunden ist, unterstrichen.

Eine markergestützte Strategie zur Übertragung von “Green-Revolution” Rht-(Zwerg-)Genen in lange, jedoch durch eine erheblich bessere Fusarium-Resistenz ausgeprägte Weizenzuchtlinien, wurde durch Dragan Perovic vom Julius-Kühn-Institut in Quedlinburg präsentiert. Bis hin zu BC2-F1-DH-Nachkommenschaften wurde mit Hilfe von eng gekoppelten Markern auf erwünschte Allele bei drei Rht-Genloci selektiert, um das Zwerg-Phänotyp in verschiedene Resistenzhintergründe zu übertragen. Eine Resistenzprüfung der Nachkommen soll im nächsten Schritt den Erfolg der Merkmalskombination bestätigen.

Zum Abschluss der ersten Session gab Reinhard Töpfer in seinem Keynote-Vortrag einen Einblick in die enorme Bedeutung der genombasierte Züchtung für die Rebenzüchtung: Zur nachhaltigen Verbesserung der Krankheits- und Schädlingsresistenz bei der Weinrebe kann nach seiner Auffassung die markergestützte Rückkreuzung zur Übertragung von Resistenzgenen aus Wildreben eine Beschleunigung des derzeitigen Züchtungszyklus von über 25 Jahre um mindestens 10 Jahre beitragen. Ein beachtliche Rolle bei der Entwicklung von Markern für wichtige Resistenzloci, sowie für die potentielle Identifizierung der beteiligten Gene, spielt dabei die vollständige Sequenzierung des Vitis-Genoms und die damit eröffneten Möglichkeiten zur Hochdurchsatz-“Resequenzierung” genetischer Ressourcen.

Session 2: Genetic Mapping and Gene Funktion

Im Mittelpunkt der Sektion „Genetische Kartierung und Genfunktion“ standen Forschungsarbeiten zur Erschließung neuer Allele für agronomisch relevante Merkmale wie Ertrag, Resistenz und Qualität in einem weiten Spektrum von Kulturpflanzen.

In seinem einführenden Keynote-Vortrag berichtete Beat Keller (Universität Zürich) über ausgedehnte Untersuchungen der natürlichen allelischen Diversität in zwei bedeutenden Resistenzgenen gegen den Weizenmehltau (Blumeria graminis f.sp. tritici). Da sowohl das Gen Pm3 als auch Lr34 eine rassenspezifische Resistenz vermitteln, erwächst daraus die stete Notwendigkeit neue Allele für die Züchtung bereitzustellen. Für beide Genregionen wurde ein hoher Grad an Sequenzkonservierung beobachtet. Zudem wurden Resistenzallele nahezu ausschließlich im Kulturweizen gefunden. Dennoch konnten für das Gen Pm3 sieben bislang unbekannte funktionale Genvarianten aus Weizenlandrassen identifiziert werden. Zuvor waren 400 selektierte Weizen-Akzessionen in einem kombinierten Ansatz aus Resistenz- und Haplotypanalysen untersucht worden. Anschließende Funktionsanalysen zeigten für alle sieben Allele eine, im direkten Vergleich mit dem Hauptresistenzallel Pm3b, spätere Genaktivierung assoziiert mit einer geringeren Resistenzausprägung. Seit mehr als 40 Jahren vermittelt Lr34 eine multiple Resistenz gegen eine ganze Reihe biotropher Pilzpathogene. Umso erstaunlicher ist es, dass bisher nur zwei Lr34-Variantenidentifiziert werden konnten. Mit der Intragenischen Allel-Pyramidisierung (intragenic allele pyramiding), bei der zwei Allele eines Gens zu einem neuen Gen hybridisiert werden können, wurde eine Technik vorgestellt, die sicherlich für Wissenschaft und Züchtung gleichermaßen interessant ist, auch wenn detaillierte Kenntnisse über den Resistenzgrad des neu-synthetisierten PM3D+E Gens noch nicht vorliegen.

Eine weitere Studie zur Erschließung neuer Resistenzquellen, diesmal gegen die Septoria-Blattdürre (Mycosphaerella graminicola) des Weizens, wurde von Christiane Kelm (Universität Halle) vorgestellt.  In 2009 und 2010 wurden Doppelhaploide (DH)-Linien einer Kreuzung zwischen dem resistenten Elter `Solitär´ und dem anfälligen Elter `Mazurka´ an verschiedenen Standorten in Sachsen-Anhalt, Sachsen und Bayern hinsichtlich ihrer Resistenz gegen unterschiedliche Pilzisolate analysiert. Neben der Resistenz wurden auch die relevanten Phänotypen Zeitpunkt des Ährenschiebens und Pflanzenhöhe untersucht, wobei für das Merkmal Pflanzenhöhe eine Assoziation mit zwei Resistenz-QTL auf den Chromosomen 4B und 4D dokumentiert wurde. Darüber hinaus konnten bisher unbekannte QTL-Regionen sowohl für Rasse-spezifische als auch für Rasse–unspezifische Resistenzen lokalisiert werden.

Thomas Lüpken (Julius Kühn-Institut (JKI), Quedlinburg) informierte über Fortschritte in der Feinkartierung des Bymovirus-Resistenzgens rym11 auf dem Chromosom 4H der Gerste. Anhand von 193 Rekombinanten Inzuchtlinien (RILs) konnte die genetische rym11-Region von 10,5 auf 0,2 cM reduziert werden. Da zentromernahe Genregionen aufgrund geringer Rekombination und hoher Gehalte an repetitiver DNA eine besondere Herausforderung an die kartengestützte Klonierung stellen, sollen weitere Fortschritte durch die nachgewiesene Syntänie mit dem Reischromosom 3 und durch umfassende 454 Reads aus der genomischen Zielregion erfolgen. Für die abschließende Klonierung ist die Nutzung der bis dahin  verfügbaren Gerstensequenzinformationen (BARLEX, GABI-Projekt) geplant.

Die markergestützte Selektion (MAS) ist vor allem für jene Kulturpflanzen ein wesentlicher Vorteil, deren Züchtung generell zeit- und kostenaufwendig ist. Dies trifft in besonderem Maße auf die Weinzüchtung zu. In diesem Zusammenhang sollen QTL-Analysen für wesentliche Eigenschaften wie Blütenbildung, unterschiedliche Traubenparameter und  Resistenzen die Effizienz der Weinzüchtung verbessern. In diesem Zusammenhang berichtete Iris Fechter (Julius Kühn-Institut (JKI), Siebeldingen) über die Identifikation von QTL-Regionen für die Mehltauresistenz (Falscher Mehltau; Plasmopara viticola) und für die Regulation des Blühzeitpunktes, sowie über die molekulargenetische Analyse eines auf Chromosom 2 gelegenen geschlechtsbestimmenden Genlocus (Sex-Locus). Für die molekulare Klonierung der identifizierten QTL-Regionen soll das Genom der Rebsorte `Börner´ an der Universität Bielefeld sequenziert werden.

Zwei Beiträge zur Zuckerrübenforschung widmeten sich der Bedeutung von Regulationsgenen der Blüte und des Schossens für die Ertragsentwicklung. So berichtete Salah Abou-Elwafa (Universität Kiel) über die Funktionsanalyse des BvFLK (Flowering Locus KH Domain) Gens für das mittels Expressionsstudien eine Beteiligung sowohl an der Wurzelentwicklung als auch an der photoperiodischen Induktion der Blütenbildung nachgewiesen werden konnte. Anhand transgener Arabidopsis-Pflanzen konnte letztlich die Relevanz von BvFLK für die Steuerung der Schosseigenschaft, sowie für die Expression des Vernalisationsgens AtFLC (flowering lochs C) bestätigt werden. Bemerkenswert war der beobachtet hohe Konservierungsgrad zwischen entsprechenden Regulationswegen aus Zuckerrübe und Arabidopsis.

Untersuchungen zur genetischen Regulation des Blühzeitpunktes wurden von Conny Tränker (Universität Kiel) vorgestellt. In den Jahren 2008 und 2009 wurden in Feldversuchen 396 Zuckerrüben-Akzessionen hinsichtlich Winterhärte und Schoßresistenz untersucht. Die dabei selektierte Akzession mit einer signifikant erhöhten Schoßresistenz bildete die Grundlage für umfangreiche Expressionsstudien, in Folge derer die beiden Gene BvFT2 und BvTFL1 als mögliche Kandidaten für die Kontrolle des Schossens identifiziert wurden.

Aus dem Bereich der Winterrapsforschung berichtete Christian Obermeier (Universität Giessen) über die Identifikation von drei Resistenz-QTL gegen die weitverbreitete Rapswelke (Verticillium longisporum). Ein wesentlicher Fortschritt für die Rapszüchtung liegt in der erfolgreichen Entwicklung von diagnostischen Markern für zwei dieser Resistenz-QTL (N15 und N11). Deren Zuverlässigkeit konnte bereits anhand von vier Doppelhaploiden (DH) Rapspopulationen mit jeweils unterschiedlichen Genomzusammensetzungen bestätigt werden. Da Wurzel und Hypokotyl eine prädestinierte Eintrittspforte für den bodenbürtigen Verticillium-Pilz darstellen, wurde mit ersten Untersuchungen zur möglichen Resistenzfunktion von Lignin und andere phenolische Komponenten des Hypokotyls begonnen.

Session 3:  Omics Technologies and Applications

Den Auftakt zu dieser Vortragsrunde bildete ein Plenarvortrag, in dem die Entwicklung und die Einsatzmöglichkeiten der Zinkfinger Technologie für den ortsspezifischen Einbau von Transgenen, die Einführung kleinerer Insertionen, Deletionen, den  Austausch einzelner Basen  oder die Feinregulation von Genen (Vipula Shukla, Dow AgroSciences). Das System basiert auf der Eigenschaft von Zinkfinger Proteinen, die spezifisch an definierte Basensequenzen zu binden. In Kombination mit einer Typ II Endonuklease werden Doppelstrangbrüche an definierten Stellen im Genom verursacht, deren Reparatur so gesteuert werden kann, dass gezielt die genannten Veränderungen eingeführt werden können. Das Potential der bei Dow AgroScience entwickelten Methode liegt unter anderem in der Möglichkeit, Transgene an genau definierten Stellen im Genom einsetzen zu können. Einmal eingebaute Transgene können relativ einfach zu „gene stacks“ mit bis zu 6 Genen erweitert werden.

Am Beispiel der Identifizierung differentiell regulierter Transkripte in kältetoleranten bzw. anfälligen Nachkommen in einer spaltenden Nachkommenschaft bei Linsen wurden die Einsatzmöglichkeiten der SAGE Technologie aufgeführt. Vorteil dieser Methode, bei der kurze Sequenzabschnitte (ca. 25 bp) hintereinander kloniert und anschließend sequenziert werden, ist die Möglichkeit zur kostengünstigen und tiefen Sequenzierung von cDNA Bibliotheken. Aufgrund der geringen Abundanz der überwiegenden Mehrzahl der Transkripte sind Resequenzierungsstrategien, wie die geschilderte, eine attraktive Alternative zur Abschätzung der Expressionshöhe von Genen im Vergleich zu weniger sensitiven DNA-Chip Hybridisierungen (Björn Rotter, GenXPro).

Ein zunehmend verwendetes Verfahren zur funktionalen Genanalyse stellt die gezielte Identifizierung  von Mutanten durch  TILLING (Targeted Induction of Local Lesions in Genomes) dar. Am Beispiel der Gerste berichtete Sven Gottwald (Uni Giessen) über den aktuellen Stand der Arbeiten zur  funktionalen Analyse neu erzeugter Allele in Kandidatengenen für das Merkmal Zeiligkeit (2-zeilig vs 6-zeilig) und zur Resistenz gegen den Barley Yellow Mosaic Virus Komplex.

Weitere Fortschritte wurden bei der Klonierung von Resitenzgenen gegen den Rübenzystennematoden gemacht (Gina Capistrano, Uni Kiel). Das Resistenzgen ist auf einem translozierten Chromosomenfragment aus der Wildrübe Beta procumbens lokalisiert, welches keine Rekombination mit dem Zuckerrübenchromosomen zeigt. Die Analyse von Mutanten erwies sich auch als entscheidender Schritt bei der Identifizierung eines Kandidatengens bei der Zuckerrübe für eine Resistenz gegen den Rübenzystenematoden.

Yonping Wang (Yangzhou University) berichtete über neue Ergebnisse bei der Entwicklung von Rapslinien mit Introgressionen aus Sinapis Alba, die neben Gelbsamigkeit auch eine Reihe verbesserter Ertragsparameter aufzeigten.

Bei Bassica rapa konnten mit Hilfe eines Integrierten Ansatzes aus Metabolomics, Transcriptomics, Qtl-Analyse und Assoziationskartierung erste Hinweise zur Identifizierung von Transkriptionsfaktoren gewonnen werden. Diese  regulieren multiple Expressions-QTLs in „trans“ und könnten somit wichtige Schlüsselregulatoren für die weitere Verbesserung agronomischer Merkmale darstellen  (Guusje Bonnema, Wageningen University).

Session 4: From Omics to Breeding

Die vierte Sektion zum Thema ‚From Omics to Breeding‘  begann mit einer „Key note Lecture“  von Michele Morgante (University of Udine), zur Analyse der genetischen Variation und ihrer Nutzung in der Pflanzenzüchtung. Am Beispiel der Re-Sequenzierung von Weinrebenarten  wurde aufgezeigt wie die Genomik in naher Zukunft die Nutzung von Informationen basierend auf zehntausenden einzelnen Genen und Markern näher an die praktische Pflanzenzüchtung  heranbringen kann. Es wurde dargelegt, wie die Technologie für die Katalogisierung kompletter Genomsequenzen und ausgewählter Genbereiche aus hunderten von Individuen sich stetig beschleunigt und effektive Verfahren zur Analyse der Variation und gezielten Modifizierung in Entwicklung sind, die die genetische Analyse komplexer Merkmale und gezielte Nutzung für die Pflanzenzüchtung erlauben werden.

Torben  Schulz-Streeck (Universität Hohenheim)  erläuterte am Beispiel eines typischen simulierten Datensatzes aus der Tierzüchtung und eines Datensatzes aus Mais mit 600 DH-Linien und 681 SNP-Markern  wie die zunehmende Verfügbarkeit von umfangreichen genomweiten Markerdaten bei Verwendung verschiedener angepasster Modellierungsverfahren zukünftig Vorhersagen von relativen Zuchtwerten für die genomische Selektion in Kulturpflanzen erlauben kann.

Vor dem Hintergrund der mittlerweile möglichen Hochdurchsatz-Genotypisierung wurde in zwei weiteren Vorträgen dargelegt, dass die Phänotypisierung von Pflanzenmerkmalen derzeitig einen Engpass für die Genomik-basierte Züchtung darstellt und daher die Entwicklung digitaler Hochdurchsatz-Phänotypisierungsverfahren erforderlich ist. Joanna Post, Koordinatorin des CROP.SENSE.net-Projektes von der Universität Bonn, gab einen Überblick über ein Netzwerk von 35 Forschungsgruppen, das sich mit der Entwicklung und Anwendung  zerstörungsfreier Sensoren und Technologien zur effizienten Hochdurchsatz-Phänotypisierung von züchtungsrelevanten Pflanzenmerkmalen bei Zuckerrübe und Gerste beschäftigt.

Marco van Schriek (Keygene, Wageningen) stellte die Anwendung einer bild-gestützten Hochdurchsatz-Phänotypisierungs-Plattform zur Wurzelentwicklung von Tomaten im Gewächshaus vor und beschrieb die Möglichkeit zur Marker-Entwicklung für neue Wurzelphänotypen in Tomaten-Kartierungspopulationen.

In drei weiteren Vorträgen wurden Beispiele angeführt wie Verfahren der Genomik bei der Entwicklung molekularer Marker und Bio-Marker in der Züchtung derzeitig und zukünftig genutzt werden können.  Hermann Bürstmayr (Universität für Bodenkultur, Wien) zeigte auf, wie Marker-gestützte Züchtung erfolgreich zur Verbesserung der Fusarium-Resistenz in Winterweizen beitragen kann. Zwei Resistenz-QTL aus einer Sommerweizen-Linie konnten hier mittels marker-gestützter Selektion bei Verwendung  QTL-spezifischer molekularer Marker durch Rückkreuzung in verschiedene Winterweizen-Sorten übertragen werden, ohne dass der Ertrag negativ beeinträchtigt wurde.

Maria von Korff (MPIPZ, Köln) erläuterte wie Trockenstress die Zeit bis zur Blüte und zur Reife in angepassten Gerste-Genotypen und welche Auswirkungen dies auf  Biomasse und Ertrag hat. Eine Reihe von Kandidatengenen wurde identifiziert, die an der Kontrolle der Blütenbildung beteiligt und möglicherweise zur Entwicklung von Markern für die Marker-gestützten Selektion von Gerste mit Anpassung an trockene Standorte geeignet sind.

In der abschließenden „Key note lecture“ stellte Thomas Altmann (IPK Gatersleben) neueste Ergebnisse zur  genetischen Analyse von Heterosis für Biomasse in Arabidopsis und Mais vor. Es wurde  gezeigt, dass die Kombination von Metabolit- und SNP Daten in der Keimlingsentwicklung von Arabidopsis thaliana eine bessere Vorhersage der Hybridleistung im Vergleich zur ausschließlich auf molekularen Markern basierenden Vorhersage erlaubt.  Auch bei  Vorhersagen zur Heterosis von Biomasse bei Mais ergab die kombinierte Analyse eine erhöhte Genauigkeit und damit wertvolle Hinweise für die Entwicklung verbesserter Strategien für die Hybridzüchtung.

(Rod Snowdon, Sven Gottwald, Christian Obermaier, Andreas Graner (AG-Leiter))

– ca. 175 Teilnehmer –

Organisation:
Heiko Becker, Sabine von Witzke-Ehbrecht, Milena Ouzunova, Britta Schulz, Carsten Knaak, Viktor Korzun, Wolfgang Michalek, Andreas Graner (AG Leiter)

Die 14. Tagungsveranstaltung  der AG Genomanalyse fand am 10. und 11. November 2008 unter dem Thema „Plant Breeding: from high throughput genotyping to whole genome selection“ statt. Die Organisation lag in den Händen der KWS und des Instituts für Pflanzenzüchtung an der Universität Göttingen. Das aktuelle Thema, welches durch ein umfangreiches Vortragsprogramm untersetzt wurde, hatte über 175 Tagungsteilnehmer sowohl aus Wissenschaft als auch aus praktischer Pflanzenzüchtung  und Biotechnologie nach Göttingen/Einbeck gelockt.

Den Auftakt der Tagung bildete ein Vortragsblock zum Thema „high throughput genotyping“. Hierbei konnten sich die Tagungsteilnehmer ein Bild von den jüngsten technischen Fortschritten bei der Entwicklung und Anwendung von DNA Markern machen. Michiel van Eijk  (Keygene, Wageningen) informierte über neue Entwicklungen der Firma Keygene N.V. bezüglich der Entwicklung von „single nucleotide polymorphism“ (SNP) Markern.  Bei der Sequenzierung lassen sich durch Kombination der proprietären AFLP-Markertechnologie mit einem modernen „next generation“ Sequenzierungsverfahren (454 GS-FLX) durch Reduktion der Genomkomplexität auch in vergleichsweise großen pflanzlichen Genomen ausreichend Sequenzdaten erzeugen, um über einen Vergleich der Sequenzen unterschiedlicher Genotypen größere Mengen an SNPs identifizieren zu können. Darüber hinaus arbeitet die Firma an der Entwicklung von „reverse genetics“ Ansätzen („key point concept“), mit welchem in einer Population von mutagenisierten Tomatenpflanzen  durch Resequenzierung 3-dimensionaler DNA Pools die Identifizierung von  Mutationen in Kandidatengenen ermöglicht wird.  Mit einem ähnlichen Ansatz lassen sich auch natürlich auftretende Allele in Kandidatengenen aufspüren.

Anhand von Fallbeispielen für Genome unterschiedlicher Komplexität stellte Martin Ganal das Dienstleistungsangebot der Fa. Trait Genetics (Gatersleben) hinsichtlich der Entwicklung von SNP-Markern dar.  In seinen Ausführungen wies er auf das große Potential der Analyse von SNP-basierten Haplotypen hin. Im Vergleich zu einzelnen SNPs zeigen diese  in der Regel mehr Allele auf und eignen sich somit besser zur Differenzierung von Genotypen oder zum Auffinden von Assoziationen  mit phänotypischen Merkmalen.

In einem Vortrag zur genomweiten Genotypisierung bei Arabidopsis berichtete Thomas Altman (IPK Gatersleben)  über den Nachweis von über 600.000 SNPs  durch Hybridisierung genomischer DNA auf einen speziell für Arabidopsis angefertigten Oligonukleotid Array, auf welchem fast das gesamte Genom des Genotyps „Columbia-O“  durch 3 Millionen Oligonukleotide repäsentiert ist.  Abweichungen in der Genomsequenz anderer Arabidopsis  Genotypen resultieren in einer unvollständigen Basenpaarung mit dem entsprechenden Oligonukleotid auf dem Array, was sich wiederum in einer Abschwächung oder im völligen Ausbleiben des Hybridisierungssignals niederschlägt. Auf diese Weise konnten in einer Population verschiedener Arabidopsis Herkünfte über 600.000 SNPs nachgewiesen werden. Die Daten wurden im Hinblick auf das Auftreten spezifischer Diversitätsmuster (z.B.  selective sweeps) sowie zur Assoziationsanalyse für das Merkmal Biomasse  in einer Population von 100 Akzessionen ausgewertet.

Die besten Möglichkeiten  für die systematische Suche nach SNPs  bietet der Vergleich gegen eine bekannte Genomsequenz.  Eine wichtige Voraussetzung für die Entschlüsselung von Nutzpflanzengenomen ist die Verfügbarkeit physischer BAC Kontig-Karten. In diesen sind die jeweiligen Chromosomen in Form überlappender DNA Klone  abgebildet.  Zwei Vorträge befassten sich mit der Entwicklung physischer BAC-Contig Karten bei Zuckerrübe (Heinz Himmelbauer, Uni Bielefeld) und Gerste (Daniela Schulte, IPK Gatersleben). Die Entwicklung derartiger Karten stellt die Grundlage für die Sequenzierung dieser Genome dar, welche durch die Entwicklung leistungsfähiger Sequenziertechnologien in greifbare Nähe rückt.

Der zweite Abschnitt der Vortragsveranstaltung stand unter dem Thema „whole genome selection“. Im weitesten Sinne können unter diesem Begriff alle Ansätze zur genomweiten Assoziationskartierung verstanden werden. Derartige Ansätze wurden für Zuckerrübe (Benjamin Stich, MPIZ Köln), für Winterraps (Wolfgang Ecke, Uni Göttingen)  sowie für Arabidopsis (Matthias Steinfart, Uni Potsdam) vorgestellt. Hierbei wurde deutlich, dass für die Assoziationskartierung in den verschiedenen Pflanzenarten ganz unterschiedliche Voraussetzungen vorliegen (Verlauf des Kopplungsungleichgewichts, Populationsstruktur), welche sich, unter anderem, in den jeweils erforderlichen Markerdichten und den zu wählenden statistischen Modellen für die Datenauswertung niederschlagen.
Eine der Möglichkeiten, welche sich durch die Verfügbarkeit großer Mengen von über das gesamte Genom verteilten DNA Markern eröffnen, ist die sogenannte „whole genome selection“.  Die amtierende GPZ Präsidentin,  Chris-Carolin Schön (TU München),  war gekommen,  um den Tagungsteilnehmern  in einem Übersichtsvortrag die theoretischen Grundlagen dieses Ansatzes zu vermitteln.  Ihre Ausführungen wurden anschließend von Henner Simianer (Uni Göttingen) mit praktischen Beispielen aus der Rinderzüchtung ergänzt.  In seinen Ausführungen legte er dar, dass der jährliche Zuwachs in der Milchleistung durch  „genomic  selection“ mit 50.000 SNP Markern in Zukunft voraussichtlich um etwa 100% gesteigert werden kann. Aufgrund des großen Potentials des aus den SNP Daten ableitbaren „estimated breeding values“ soll  das gemomweite DNA-Fingerprinting ab 2009 in den USA zur Zuchtwertschätzung von Bullen genutzt werden.

Im dritten Abschnitt der Tagung wurden in einer Reihe von Kurzvorträgen aktuelle Ergebnisse zur angewandten Genomforschung präsentiert. Eva Zyprian (JKI Siebeldingen)  berichtete über die Nutzung der mittlerweile vorliegenden Genomsequenz der Weinrebe für die Entwicklung neuer DNA Marker, sowie die Kartierung und Klonierung von Resistenzgenen.  Allerdings ist das Genom von Vitis vinifera durch eine große strukturelle Diversität gekennzeichnet, die unter anderem durch eine Vielzahl von Insertionen bzw.  Deletionen relativ zu der bekannten Sequenz der Sorte „Pinot Noir“  sichtbar wird.  Dies gilt es bei der Markerabsättigung definierter Genomregionen zu berücksichtigen.

Samuel Trachsel (ETH Zürich) berichtete in seinem Vortrag über den Zusammenhang zwischen der Wurzelarchitektur bei tropischen Maislinien und ihren agronomischen Leistungen unter Trockenbedingungen. Im Rahmen einer QTL Analyse konnte dieser Befund durch übereinstimmende Positionen  von QTLs für Ertragskomponenten und verschiedene Wurzelmerkmale bestätigt werden.  Einem quantitativen Erbgang folgt auch das Merkmal „Brauqualität“ bei der Sommergerste. Während in klassischen QTL-Analysen DNA-Markerallele mit der Ausprägung des phänotypischen Merkmals korreliert werden, wurden im Rahmen der Arbeiten, über die Masood Rizvi (IPK Gatersleben) berichtete, die Expressionmuster von 12.000 Genen während der Samenkeimung  unterschiedlicher Gerstensorten erfasst und mit den Malzqualitätsdaten verglichen. Auf diese Weise gelang es über 100 Kandidatengene  zu identifizieren.  Darunter befinden sich auch solche, die bisher nicht mit der Brauqualität in Verbindung gebracht wurden.  Auch die Resistenz gegen den Schadpilz Rhynchosporium secalis  stellt ein wichtiges Zuchtziel bei der Gerste dar. Im Rahmen der Arbeiten zur kartengestützen Klonierung des Rrs2 Gens wurden Ergebnisse zur Entwicklung  „diagnostischer“ DNA Marker vorgestellt, welche die markergestützte Selektion dieses Gens auf breiter Ebene ermöglichen solle (Anja Hanemann, IPK Gatersleben).

Eduard Mader (Uni Wien) berichtete über den Nachweis von SNPs und kleineren Insertions/Deletions Polymorphismen mit Hilfe der „high resolution melting analysis“. Bei der Anwendung dieses Verfahrens kann auf die gelelektrophoretische Analyse der DNA Fragmente verzichtet werden. Dementsprechend könnte das Verfahren in Zukunft eine interessante Alternative für die Überprüfung großer Probenzahlen darstellen.

Sven Gottwald (IPK Gatersleben) stellte die Entwicklung  einer Mutantenpopulation (TILLING) für die Identifizierung von Genen  bei Gerste und ihre funktionelle Analyse vor. Die Population umfasst über 7.000 Pflanzen. Jede dieser Pflanzen weist im Durchschnitt alle 500 .000 Basen eine Mutation auf. Dementsprechend konnten für jedes der bisher untersuchten Gene jeweils mehrere Mutanten aufgefunden wurden. Entsprechende Pflanzen werden anschießend für die phanötypische Analyse herangezogen (reverse genetics). Umgekehrt wurde die Mutantenpopulation auch auf das Auftreten von phänotypisch erkennbaren Mutanten hin untersucht (forward genetics).  Ein ähnlicher Ansatz wird auch bei der Zuckerrübe verfolgt (Bianca Büttner, Uni Kiel). Hier sollen im Rahmen von forward und reverse genetics Analysen Gene identifiziert werden, welche die Schossneigung der Rübenpflanze regulieren.  Die Aufklärung der molekularen Grundlagen der Schossneigung  würde einen wichtigen Schritt bei der Züchtung von Winterrüben darstellen.

Den Höhepunkt der diesjährigen Tagung bildete zweifelsohne die Exkursion zur KWS SAAT AG  (KWS) nach Einbeck. Dort konnten sich die Teilnehmer im Rahmen der Besichtigung der Laboreinrichtungen sowie von Vorträgen durch Wissenschaftler  der KWS (Milena Ouzunova, Carsten Knaak, Britta Schulz, Dietrich Borchardt, Josef Kraus, Wolfgang Michalek) einen persönlichen Eindruck zur Anwendung molekularer Markertechniken in der praktischen Pflanzenzüchtung machen.  Es war überaus beeindruckend aus erster Hand zu erfahren, dass 16 Jahre nach der Gründung der AG „Molekulare Marker“ (dem Vorläufer der AG „Genomanalyse“) und dem ersten Workshop an der Universität München der Einsatz molekularer Marker und die Umsetzung der Erkenntnisse aus der Erforschung der Nutzpflanzengenome aus der praktischen Pflanzenzüchtung nicht mehr wegzudenken sind.

Das große Interesse an der diesjährigen Veranstaltung  stellt einmal mehr ein sichtbares Indiz für die enge Verbindung zwischen  Genomforschung  und moderner Pflanzenzüchtung dar.  All denjenigen, die für eine reibungslose  Organisation und Durchführung der Veranstaltung an der Uni Göttingen und der KWS in Einbeck sorgten, sei an dieser Stelle  nochmals auf herzlichste gedankt.

 (A. Graner, Gatersleben)

– 190 Teilnehmer –

Organisation:
Prof. Dr. Hermann Bürstmayr, Tulln/Österreich

Die 13. Tagung der GPZ-AG 4 wurde in diesem Jahre von Prof. Bürstmayr gemeinsam mit der traditionellen Züchtertagung in Gumpenstein organisiert. Damit war das Thema quasi vorgegeben und der „Grimming“saal in der Höheren Bundeslehr- und Forschungsanstalt für Landwirtschaft voll besetzt. „Was tut sich auf dem Gebiet der Genomanalyse? Welchen Nutzen kann man daraus für die Pflanzenzüchtung ziehen?“ So eröffnete Prof. Bürstmayr das Vortragsprogramm, in dem der erste Tag mit 10 Vorträgen insbesondere der Einführung in die molekulargenetische Arbeitsweise mit Kulturpflanzen gewidmet war. Diese Übersichten über die Thematik hätten allein schon die für viele Teilnehmer lange Anreise gelohnt, zumal sie beide Seiten gleichgewichtig zu Wort kommen ließen: die genetische Forschung einerseits und die praktische Züchtung andererseits. Da alle Vorträge in Jahresfrist in der bekannten Reihe der „Gumpenstein-Berichte“ im Wortlaut vorliegen werden, soll sich ihre Darstellung an dieser Stelle im Wesentlichen auf die Themenliste der Vorträge beschränken:

1. Tag:

Genomanalyse an Pflanzen – Überblick über die Thematik und Auswirkung für die Pflanzenzüchtung. W. Friedt, Univ. Giessen.

Genomforschung bei Getreide. – N. Stein, IPK, Gatersleben.

Medicago genomics and its use to study plant-pathogen interactions in alfalfa. G.B. Kiss, Agricultural Biotechnology Center, Gödöllö/Ungarn.

Grüne Gentechnik – aktueller Stand und Perspektiven aus Sicht des Pflanzenzüchters. W. Bübl, Bayer Crop Science Deutschland GmbH, Frankfurt/M.

Erwartungen eines Getreidezüchters an die Genomforschung. – G. Welz, Fr. Strube Saatzucht, Schöningen.

Erwartungen eines Rapszüchters an die Genomforschung. M. Frauen, Norddeutsche Pflanzenzucht, Hohenlieth.

Molekulare Marker – Technologie und Anwendung. W. Michalek, KWS SAAT AG, Einbeck.

Molekulare Marker für die Weizenzüchtung. M. Wolf, Trait Genetics GmbH, Gatersleben.

Umsetzung von Ergebnissen aus der Genomforschung in die praktische Pflanzenzüchtung. J. Schondelmaier, Saaten-Union Resistenzlabor, Hovedissen.

Etablierung der TILLING-Technik im hexaploiden Winterweizen. M. Schmolke, TUM Weihenstephan.

Am 2. Tag wandte sich das Programm spezielleren Themen zu. Aus dem Institut für Biochemie der Universität Frankfurt/M. stellten G. Kahl und R. Horres (letzterer jetzt GenXPro GmbH) als verbessertes Verfahren eines quantitativen ‚transcription profiling’ das Super-SAGE ( Serial Analysis of Gene Expression) vor, das anstelle der 14 bp Tags beim üblichen SAGE wesentlich informativere Tags von 26 bp verwendet: Ausgehend von einer einzigen Wirtszelle und einer Pilzspore wurden für die Brandpilz(‚blast’)/Reis-Interaktion 5.674 Gene im Reis und rd. 4.900 im Pathogen als beteiligt vorgestellt. Allerdings sind >80% dieser Transkripte selten, d.h. nur mit 2-10 Kopien vertreten. Auch sind für die Aussage der Autoren die Belege noch zu erbringen, dass mit dem SuperSAGE-Verfahren quantitative Merkmale, wie der Ertrag, sicher(er) analysierbar seien. Aber im Vergleich zur Microarray-Technik bietet dieses „offene“ Verfahren zweifellos Vorteile. Überdies konnten aus der großen Zahl von ESTs die +100 stärksten ausgewählt und von diesen Marker abgeleitet werden, die deutlich billiger sind (nur rd. 1/ 10 ) als die bisher verwendeten! Im folgenden Vortrag beschrieb V. Mohler, TUM Weihenstephan, anhand von Beispielen bei Gerste, Weizen und Bambara-Erdnuss die DArt-Marker-Technik als neueres Hochdurchsatzverfahren, das anstatt 1 (SSR) bzw. 100 (AFLP) nun ca. 5000 Loci auf einmal zu analysieren erlaubt und nur 0,06 € je Datenpunkt kostet!

Anschließend berichteten über aktuelle Erfolge der „funktionellen Genomic“: B. Hackauf, BAZ, Groß Lüsewitz, zur Befruchtungskontrolle beim Roggen (Selbststerilität), A. Müller, Univ. Kiel, zur Blühregulation (Schossen) der Zuckerrübe, Frau C. Wagner, Univ. Giessen, zur Resistenz der Gerste gegen Rhynchosporium-Befall und T. Lübberstedt, Slagelse/DK, zur Entwicklung von allelspezifischen Markern für die Rostresistenz von Lolium perenne.

Vorbildlich anschaulich erläuterte T. Miedaner, Univ. Hohenheim, die Entwicklung einer Bibliothek molekularer Introgressionen beim Roggen zur Analyse von quantitativen Merkmalen, wie Pollenschüttung, Strohlänge, Kornertrag, Fallzahl, Hektoliter- und Tausendkorngewicht. Als Donor diente „iranischer Roggen“, und das Ziel war, in der BC2S3 der Empfänger-Roggensorte im Feldversuch Segmente des Donors mit überlegener Leistung phänotypisch zu identifizieren. Der Arbeitsaufwand zur Herstellung solcher Introgressionsbibliotheken ist groß, doch auch gleichfalls ihr Wert, denn sie stehen anschließend für die genetische Analyse beliebiger weiterer quantitativer Merkmale wie auch als sehr geeignetes Basismaterial für hoch auflösende genetische Karten zur Verfügung. Dafür lieferte K. Pillen, neuerdings MPIZ Köln, anschließend einen weiteren Beleg mit Introgressionslinien in Sommergerste zur Verifikation von QTLs für Malzqualität. Zu demselben Merkmal trugen K. Krumnacker, Bayer. LfL, Freising, und I. Matthies, IPK, Gatersleben, mit molekulargenetischen Ergebnissen bei.

Auch der 3. Tag barg fachlich weitere Höhepunkte. J. Györgyey, Szeged/H, stellte ein ‚tran script profiling’ für die Wasser-Nutzungseffizienz an zwei Weizensorten vor, deren Stresstoleranz auf verschiedener Strategie beruht: ‚escape’ bei der afrikanischen Landsorte ‘Kobomugi’ und Anpassung bei der Zuchtsorte ‘Plainsman’. Bei ersterer war eine starke und schnelle Änderung des Transkriptprofils die Stressantwort, die jedoch bei Überschreiten einer bestimmten Stressintensität zum völligen Zusammenbruch der Pflanzen führte. Demgegenüber ging die Anpassungsstrategie von ‘Plainsman’ mit deutlich gemäßigten Änderungen einher, ermöglichte aber ein langfristiges Überleben. Quasi als Alternative berichtete der Vortragende im zweiten Teil über einen monogenischen Ansatz: Hier wurde die Dürretoleranz durch Transfer eines Gens für Aldosereductase, welche toxische Aldehyde reduziert, erhöht, wodurch die transgenen Weizenlinien unter Wasserstress ihre Photosyntheseaktivität deutlich länger aufrecht erhalten konnten.

Besonderes Interesse fanden die beiden folgenden Vorträge aus dem IPK Gatersleben: Weil im landläufigen Zuchtmaterial die genetische Variabilität für wichtige Leistungsmerkmale ganz offensichtlich durch die lange währende züchterische Selektion eingeschränkt ist, untersuchte S. Stracke anhand von Sorten und Genbankmaterial drei Gene für das Merkmal Ährenschieben, welche unterschiedliche Expressionsmuster aufweisen. Neben der hohen Variation in der Diversität dieser Gene gaben die Untersuchungen Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen den Genen, die das Ergebnis von Assoziationsstudien überlagern können. Danach berichtete N. Weichert (Arbeitsgruppe U. Wobus) über Strategien zur Erhöhung des Samenproteingehaltes im Winterweizen. Offenbar wird dieser durch die Verfügbarkeit von Transportproteinen für (a) C-Bausteine (Saccharose) bzw. Energieträger sowie für (b) N-Bausteine (Aminosäuren) im sich entwickelnden Samen begrenzt. Deshalb wurden mittels Biolistik transgene Weizenlinien mit (a) einem Saccharosetransporter aus der Gerste und (b) einer Aminosäurepermease aus V. faba hergestellt. In ersten Gewächshausprüfungen ergab sich bei (a) ein bis zu 30% höherer Proteingehalt (insbes. Gluteline u. Gliadine), jedoch ein geringerer Kornertrag, wenngleich letztendlich ein höherer Proteinertrag resultierte. Der N-modifizierte Weizen (b) war 10 cm kürzer und blühte früher. Nach Kreuzung der voll fertilen, phänotypisch völlig normalen transgenen Basislinien mit Sorteneltern und einer anschließenden DH-Passage wurden im Herbst 2006 zur Aussaat im Feld 1000 transgene Linien ausgewählt, um unter Anbaubedingungen den „proof of concept“ für diesen Ansatz zu erbringen. Diesen Teil des Vorhabens hatte Dr. R. Schachschneider, Nordsaat, Böhnshausen, vorbereitet. Er beschrieb als Züchter das zu prüfende transgene Material im Vergleich zu üblichem Zuchtmaterial von Winterweizen als völlig äquivalent. Auch die Methoden und Kosten seiner Herstellung seien züchterisch durchaus überschaubar. Aber er berichtete auch, dass zur Stunde (22. Nov.!) noch nicht über die rd. 35.000 eingegangenen Einsprüche entschieden sei und die Genehmigung für die Freisetzung noch ausstehe. (Diese wurde inzwischen erteilt und der Versuch ausgesät!)

Das Vortragsprogramm schloss mit drei Vorträgen aus der ehem. k.u.k. Monarchie, wie der Vorsitzende, Prof. Ruckenbauer, eingangs feststellte: M. Molnár-Láng, Martonvasar/H, mit einer eindrucksvollen Demonstration der Leistungsfähigkeit von Fluoreszenz-in situ-Hy-bridisierung und SSR-Markern zur Identifikation von Weizen/Gersten-Additionslinien, F. Trognitz, Seibersdorf/A, mit dem Nachweis eines Gens für Phytophthora-Resistenz in Solanum caripense und J. Chrová, Prag/CZ, mit Untersuchungen zur Verwendung von Resistenzgenen in der Züchtung gegen das Gerstengelbverzwergungsvirus bei Gerste und Weizen.

Flankiert wurde das Programm von 42 Postern, die während der zweieinhalb Tage zu weiterer Diskussion auch während der Pausen einluden. Aber Gumpenstein wäre nicht, was es seit jeher für alle Teilnehmer aus Ost und West war, eine Tagung, bei der neben dem Fachlichen stets auch das Persönliche seinen besonderen Platz hat. So fand man sich dieses Mal am Dienstag zu einem Gemeinschaftsabend in der Festhalle Irdning ein, um nach einem exquisiten Buffet den Obmann der österreichischen Züchtervereinigung, Herrn Ministerialrat Dr. H. Etz, in Wort und Bild auf dem „Jakobsweg“ zu begleiten, den dieser heuer gepilgert war.

Überdies versammelten sich die Teilnehmer am folgenden Abend zu einer „besinnlichen Adventstunde“ in der Pfarrkirche von Irdning. Hier trug Prof. Ruckenbauer eine Auswahl von anrührenden Texten zum Advent, z.T. in steiermärkischer Mundart vor, und diese verband die „Stubenmusik Irdning“, ein Ensemble außergewöhnlich begabter Jugendlicher aus der Raumberger Schule, das der Musiklehrer selbst mit der Gitarre begleitete, zwischendrein mit herziger heimischer Volksmusik.

So verlief diese Tagung wie 56 Gumpensteiner Tagungen zuvor – außer dass Einer fehlte: Prof. Hermann Hänsel, ihr Gründer und über 40 Jahre ihr Leiter – ihr Kopf und ihr Herz – war nicht mehr dabei. Er starb am 28.12.2005 in Wien. Prof. Ruckenbauer widmete ihm zu Beginn der Tagung warmherzige Worte der Erinnerung, der hohen Wertschätzung und tiefen Trauer, in der sich die Teilnehmer zu stillem Gedenken an diesen großen Pflanzenzüchter erhoben.

Die nächste Tagung der GPZ-AG 4 soll in zwei Jahren, im Herbst 2008, bei der KWS SAAT AG in Einbeck stattfinden.

(G. Röbbelen, Göttingen)

– ca. 120 Teilnehmer –

Organisation:
Prof. Dr. J. Léon, Bonn

Nachdem aus technischen Gründen die 12. Tagung der AG 4 im Herbst 2004 verschoben werden mußte, erneuerte Prof. Léon seine Einladung nach Bonn für den Februar 2005. In gewohnter Weise sollte der aktuelle Stand der Forschung und Nutzung der Pflanzengenomanalyse dargestellt und im Besonderen eine Brücke von der Modellpflanze Arabidopsis zu den Kulturpflanzen geschlagen werden. Dementsprechend war die Tagung in die drei Sektionen (1) Genetische Diversität bei Arabidopsis, (2) Assoziationsgenetik und (3) Genetische Analyse komplexer Merkmale gegliedert. Jede Sektion wurde durch ein oder zwei Übersichtsreferate eingeleitet, denen kurze Arbeitsberichte folgten. Darüber hinaus erhielten einige Teilnehmer die Möglichkeit, im Rahmen von Freien Vorträgen weitere Forschungsergebnisse darzustellen. Wegen des großen Andrangs musste die Tagung vom altehrwürdigen Poppelsdorfer Institut für Pflanzenbau in das Institut für Geodäsie an der benachbarten Nußallee verlegt werden. Hier gab es ausreichend Platz für alle Teilnehmer und auch für die mitgebrachten 28 Poster, die im Foyer ausgestellt, während drei Vortragspausen studiert und mit den Autoren diskutiert werden konnten.

Der einleitende Vortrag von Prof. Wenzel, TU München, stimmte auf das Tagungsprogramm mit einem allgemeinen Überblick zur Anwendung von molekularen Markern in der Pflanzenzüchtung ein. Ein weiterer Höhepunkt folgte: Der neue Direktor am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln, Prof. Koornneef, stellte Möglichkeiten zur Nutzung der natürlichen Variation in Arabidopsis für die funktionale Analyse von quantitativen Merkmalen vor. Danach referierten Herr Törjek, MPI Golm, und Frau Kusterer, Uni Hohenheim, über SNP-basierte Kartierungswerkzeuge bzw. Heterosis-Studien in Arabidopsis. Nach einer Erfrischungspause mit einer ersten Posterdemonstration führte Herr Lübberstedt, Flakkebjerg/DK, mit seinem Vortrag zu Assoziationsstudien im europäischen Mais in die zweite Programmsektion ein. Anschließend präsentierten Frau Stracke, IPK Gatersleben, Frau Gebhardt, MPI Köln, und Frau Badani, Uni Giessen, ihre Ergebnisse zum Kopplungsungleichgewicht bei Gerste, zu Marker-gestützter Selektion von Phytophtora-resistenten Kartoffellinien und Aspekten der molekularen Analyse von Gelbsamigkeit im Raps. Nach einer zweiten Posterdemonstration folgten „freie Vorträge“ von Herrn Dunemann, BAZ Pillnitz, zur molekularen Züchtung von krankheitsresistenten Äpfeln sowie von Frau Wiedow, IPK Gatersleben, zur phänotypischen und genetischen Diversität in der Spezies Malus sieversii. Zum Ausklang des ersten Tages lud der Gastgeber zu geselliger Runde auf ein chinesisches Rheinschiff ein, auf dem die Teilnehmer in angenehmem Ambiente und bei warmem Buffet die abendliche Skyline von Bonn an sich vorüber gleiten ließen.

Zum Auftakt des zweiten Vortragstages präsentierte Prof. Bürstmayr, IFA Tulln/A, aktuelle Ergebnisse aus den genetischen Untersuchungen zur Fusarium-Resistenz bei Weizen. Es folgten Herr Leipner, ETH Zürich/CH, und Herr Hund, Guelph/CAN, mit Beiträgen zur genetischen Regulation der frühen bzw. späten Kältetoleranz bei Mais. Danach sprach Frau Prof. Horn, Uni Rostock, über Fortschritte bei der Klonierung der männlichen Fertilitätsrestauration der Sonnenblume, und Herr Rönicke, Uni Giessen, berichtete über die Verbesserung der quantitativen Sclerotinia-Resistenz bei der gleichen Art. In den folgenden Vorträgen zur Genetik der Gerste stellte zunächst Frau Ruge-Wehling, BAZ Groß-Lüsewitz, Introgressionen von Hordeum bulbosum zur Kartierung von Resistenzquellen vor. In zwei weiteren Beiträgen wurde das Thema Einkreuzung von exotischen Genen vertieft. Am Beispiel von Wildgersten-Einkreuzungen demonstrierte Frau von Korff, Uni Bonn, dass Wildformen sowohl für agronomisch relevante Merkmale als auch für Krankheitsresistenzen wichtige Beiträge leisten können. Im zweiten Vortrag verglich Herr Pillen, Uni Bonn, Möglichkeiten der Verifizierung von QTL-Analysen. Abschließend berichtete Frau Zyprian, BAZ Siebeldingen, über die Bedeutung der Genomanalyse für die Rebenzüchtung und Frau Esch, Uni Hannover, über theoretische Studien zur Detektierung der Centromerregion aus Kopplungsanalysen.

Am Ende der Tagung stellte Prof. Léon noch einmal die Bedeutung der Genomforschung für die praktische wie für die akademische Pflanzenzüchtung heraus. Prof. Graner dankte als Leiter der AG allen Teilnehmern für die aktive Mitwirkung in Form von Vorträgen, Postern und Diskussionsbeiträgen sowie dem Bonner Institut für Pflanzenbau für die gelungene Ausrichtung der Tagung. Er kündigte an, dass die Vorträge dieser Tagung soweit möglich in der GPZ-Reihe „Vorträge für Pflanzenzüchtung“ gedruckt werden sollen (inzwischen in Heft 67/2005 erschienen) und dass Herr Prof. Bürstmayr die AG zu ihrer nächsten Tagung in die Bundesanstalt für alpenländische Landwirtschaft nach Gumpenstein/Österreich eingeladen hat; sie soll in der zweiten Novemberhälfte 2006 im Verbund mit der 57. Jahrestagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs stattfinden.

(K. Pillen und J. Léon, Bonn)

– 170 Teilnehmer –

Organisation:
Prof. Dr. Andreas Graner, Gatersleben, unter Mitwirkung von Martin Ganal, Marion Röder, Uwe Scholz und Nils Stein

Die diesjährige Veranstaltung im IPK war der Nutzbarmachung genetischer Diversität durch neue Ansätze in der Genom-Analyse gewidmet; sie war thematisch in drei Blöcke gegliedert:

(1) Bioinformatik/ Genomic Tools,
(2) Molekulare Marker und Array-Technologie, und
(3) Diversität und ‘Allele Mining’.

Im ersten Abschnitt zur Bioinfomatik schilderte Klaus Mayer (MIPS, Neuherberg) den gegenwärtigen Stand der Arbeiten zur Sequenzierung des Mais-Genoms. Im Gegensatz zu den bisher sequenzierten Modellgenomen stellt im Maisgenom der hohe Anteil repetitiver DNA neue Anforderungen an die Sequenzierungsstrategie. Hierfür wird versucht, die Gen-tragenden Bereiche des Maisgenoms gezielt anzureichern und nur diese zu sequenzieren und zu annotieren. Die Arbeiten bauen in wesentlichen Teilen auf Erfahrungen aus der Sequenzanalyse von Arabidopsis und Reis auf; das unterstreicht die Bedeutung der Modellgenome für die Genomanalyse der Nutzpflanzen.

DNA Marker stellen die Grundlage für die Bearbeitung vielfältiger genetischer und züchterischer Fragestellung dar. Über die Entwicklung und Nutzung einer Software für die computergestützte Analyse von Genomdatenbanken (dbEST) zur Entwicklung von SNP (single nucleotide polymorphism) Markern berichtete Stephen Rudd (GSF, Neuherberg). Der von ihm geschilderte Ansatz steht stellvertretend für die vielfältigen Möglichkeiten, Ergebnisse aus der Genomforschung für angewandte Fragestellungen nutzbar zu machen. Anschließend zeigte E. Paul (Gene Flow Inc., Alexandria, USA), wie das Computerprogramm ‘Gene Flow’ in Zusammenhang mit einer entsprechenden Datenbank die Analyse und Visualisierung von Marker- und Stammbaumdaten ermöglicht. Diese Software ist ein leistungsfähiges Hilfsmittel für die Charakterisierung von Zuchtmaterial, die Kreuzungsplanung und die markergestützte Selektion.

Der zweite Vortragsblock betraf ein zentrales Thema der AG: Molekulare Marker und Array-Technologie. Hier wurde zunächst über den Einsatz von Markern in der Pflanzenzüchtung aus Sicht von Service- bzw. Dienstleistungslabors berichtet. Die Anforderungen reichen von der Entwicklung robuster Marker und der Kostenminimierung bis zur Etablierung von Hochdurchsatzanalysen und dem Aufbau von Marker-Datenbanken (W. Michalek, Planta AG, Einbeck; M. Ganal, TraitGenetics, Gatersleben). Ein Startup-Unternehmen stellte ein neuartiges, Mikroarray-basiertes Verfahren zur SNP-Analyse vor (J. Geistlinger, Array-On, Gatersleben). Über die Forschungsarbeiten im Bereich der Markertechnologien am Centre National de Genotypage in Evry, Frankreich, berichtete Ivo Gut. Dort wird eine ganze Reihe verschiedener Verfahren für mittleren und hohen Durchsatz zur Genotypisierung unterschiedlicher Organismen angewandt. Pro Tag können 60.000 SNPs mit Hilfe der MALDI-TOFF-Technologie analysiert werden. Eine weitere Steigerung des Durchsatzes könnte in Zukunft mittels Minisequenzierung über eine basenspezifische, alkalische Spaltung von DNA-Molekülen mit anschließender massenspektrometrischer Bestimmung der entstandenen DNA-Fragmente erreicht werden.

Zum dritten Programmpunkt Molekulare Diversität und ‘Allele Mining’ trug Antoni Rafalski (DuPont, Wilmington, USA) über Untersuchungen zum Kopplungsungleichgewicht (linkage disequilibrium) und zur Assoziation von SNPs mit agronomischen Merkmalen bei Mais vor. Während sich in Maispopulationen das Kopplungsungleichgewicht nur über kurze Entfernungen (wenige hundert bis tausend Basenpaare) erstreckt, reicht dieses im Zuchtmaterial über mehrere hundert Kilobasen. Das bedeutet, dass möglicherweise eine relativ beschränkte Anzahl von über das Genom verteilten SNP-Markern ausreicht, um in Zuchtmaterial Assoziationen zwischen Markern und Merkmalen zu identifizieren. Im Gegensatz hierzu kann das geringere Kopplungsungleichgewicht in Maispopulationen dazu herangezogen werden, die Assoziation zwischen ausgewählten Kandidatengenen und Merkmalen zu verifizieren. Mit einer entsprechenden Strategie konnten bei der Kartoffel durch Assoziationskartierung in Genbankmaterial bereits erste Kandidatengene für quantitativ vererbte Krankheitsresistenzen identifiziert werden (Christiane Gebhardt, MPIZ, Köln). Silke Möhring (auch MPIZ Köln) stellte die Erfahrungen und Fortschritte bei der SNP-Marker Entwicklung für die Zuckerrübe dar. Karl Schmid vom MPI-CE in Jena beschrieb die Entwicklung und Anwendung von SNP-Markern aus Stress-induzierten cDNA Bibliotheken für die Analyse der Populationsstruktur in diversen Akzessionen der Modellpflanze Arabidopsis. Eine umfangreiche Studie in einer weltweiten Gersten-Sammlung zur genetischen Diversität des Amylase-Gens zeigte, dass der mitteleuropäische Genpool arm an thermostabilen Allelen ist. Die Einkreuzung solcher Allele aus dem asiatischen oder südamerikanischen Genpool könnte zu einer weiteren Verbesserung der Brauqualität führen (L. Malysheva, IPK, Gatersleben). Im Rahmen der markergestützten Genklonierung bei Weizen berichtete Beat Keller, Zürich, über die erfolgreiche Isolierung des Braunrostresistenzgens Lr10 und die Fortschritte bei der Identifizierung des Mehltauresistenzgens Pm3b.

Die Vorträge wurden durch über 50 Posterbeiträge ergänzt, welche die gesamte Bandbreite der Anwendung molekularer Marker von der Genkartierung bis zum ‘functional genomics’ widerspiegelten. In Anknüpfung an die Tradition der vergangenen Tagungen bot auch die diesjährige Veranstaltung wieder eine hervorragende Gelegenheit, sich über die Landesgrenzen hinweg einen Überblick über neueste Entwicklungen zu verschaffen und darüber hinaus eigene Ergebnisse im Kreis von Fachkollegen vorzustellen und zu diskutieren. Wie so häufig war auch diese Tagung zu kurz, um die neuesten Trends und Entwicklungen in allen Facetten zu beleuchten. Die diesjährigen Themenschwerpunkte werden daher noch genug Gesprächsstoff für zukünftige Tagungen der AG bereithalten.

 (Die Organisatoren im IPK Gatersleben)