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Aktuelle Forschungsprojekte am INRES - Pflanzenzüchtung 

Allohexaploide Brassicaceen

Obwohl die Gattung Brassica sowohl diploide (2n = 2x; ein Chromosomensatz/Genom) als auch allotetraploide (2n = 4x; zwei Chromosomensätze/Genome) Arten enthält, existiert kein natürlich vorkommendes Drei-Genom-Allohexaploid. Unser Ziel ist es, neue allohexaploide Brassica-Genotypen zu synthetisieren und die Genomstabilität und Fruchtbarkeit in diesen Linien zu untersuchen. Eine neue allohexaploide Brassica-Pflanze wird hoffentlich eine verbesserte Vitalität und Anpassungsfähigkeit aufweisen, die es erlaubt, nützliche Eigenschaften von allen sechs kultivierten diploiden und allotetraploiden Brassica-Arten einzubringen.

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Hybride Artbildung

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Das Vorhandensein oder Fehlen von zusätzlichen Chromosomen (Aneuploidie) ist ein Phänomen, das in der Natur immer häufiger vorkommt. Wir sind daran interessiert, ob Aneuploidie zur Artbildung oder zumindest zur Bildung neuer, stabiler Karyotypen bei Brassicaceen führen kann. Die Chromosomen- und Allelvererbung in verschiedenen Populationen neuartiger interspezifischer Hybridtypen wird über Generationen hinweg verfolgt, um festzustellen, welche Rolle Aneuploidie bei der Hybrid-Artbildung in Brassicaceen spielen kann, oder ob sich im Laufe der Zeit neue, stabile Genome etablieren können.

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Neuerschaffung von genomisch stabilem Raps

Um die genetische Vielfalt in der hoch ingezüchteten Kulturpflanze Raps (Brassica napus) zu erhöhen, besteht eine gängige Methode darin, diese Art "neu zu erschaffen", indem neue Hybride zwischen den Rapsvorläuferarten B. rapa und B. oleracea hergestellt werden. Allerdings haben auch diese Hybriden aufgrund einer schlechten Kontrolle der Meiose instabile Genome und verlieren von Generation zu Generation Chromosomen und damit essentielle genetische Informationen für Pflanzenwachstum und Fruchtbarkeit. Der Grund für diese Genominstabilität ist unbekannt, zumal der "natürliche" B. napus genomisch stabil ist. Unser Ziel ist es, die genomische Stabilität in einem großen Satz von vom Menschen geschaffenen Hybrid-Rapsgenotypen mit Hilfe von Hochdurchsatz-Marker-Genotypisierung, Fertilitätsphänotypisierung und Zytogenetik zu untersuchen. Die Identifizierung des Mechanismus der genomischen Stabilität in B. napus wird nicht nur faszinierende Einblicke in die Evolutionsgeschichte dieser Spezies liefern, sondern auch unmittelbar für die Information und Unterstützung des Transfers von nützlicher genetischer Vielfalt in Raps nützlich sein.

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Auf dem Weg zu autopolyploiden Brassica-Pflanzen

Polyploide haben oft größere Zellen und Organe als Diploide. Daher hat die induzierte Polyploidie, bei der die Chromosomenzahl innerhalb einer Art künstlich verdoppelt wird, ein großes Potenzial für die Pflanzenzüchtung, insbesondere bei Wurzel- und Gemüsekulturen. Bei Rüben (diploide Brassica rapa) und verwandten Gemüsearten führten gezielte Züchtungsanstrengungen in den 1970er und 1980er Jahren zur erfolgreichen Generierung einer Reihe tetraploider Pflanzentypen. Diese polyploiden Induktionszüchtungsstrategien wurden jedoch durch Probleme wie mangelnde Fruchtbarkeit und Wuchsstärke behindert und anschließend aufgegeben. Wir schlagen vor, moderne Genotypisierungs-, Sequenzierungs- und Zytogenetik-Technologien einzusetzen, um die Faktoren zu identifizieren, die für den Erfolg und Misserfolg der induzierten Polyploidenzucht bei diesen Nutzpflanzen verantwortlich sind. Solche Hybriden haben ein immenses Potenzial für Ertragsverbesserungen durch erhöhte Heterosis, wenn stabile tetraploide Pflanzentypen nach Bedarf erzeugt werden können.

Introgression der Schwarzbeinigkeitsresistenz von Schwarzem Senf in Raps

Es ist bekannt, dass der Schwarze Senf (B. nigra), ein wilder Verwandter der Kulturpflanze, mehrere neuartige Resistenzquellen gegen die Schwarzbeinigkeit (Leptosphaeria maculans, convar Phoma lingam), den wichtigsten Krankheitserreger des Rapses (B. napus), trägt. Unser Ziel ist es, diese neuartigen Resistenzquellen zu identifizieren und die verantwortlichen genetischen Loci in einen Rapshintergrund einzubringen (Introgression), um nützliches Keimplasma mit Resistenz gegen die Schwarzbeinigkeit für weitere Züchtungsbemühungen bereitzustellen.

Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
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Identifizierung von genetischen Faktoren, die mit der Kontrolle der homöologen Rekombination in Allopolyploiden zusammenhängen

Wie bilden sich stabile allopolyploide Arten? Eine Frage von allgemeinem Interesse für viele unserer Projekte. Wir möchten genetische Faktoren (Gene, allelische Varianten, Chromosomenumlagerungen) identifizieren, die zu einer erhöhten oder verringerten homöologen Rekombination und Kreuzungshäufigkeit in interspezifischen Hybriden und Polyploiden beitragen, insbesondere in der Gattung Brassica.

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