Entschlüsselung von großen, komplexen Nutzpflanzengenomen mit Pangenom-Graphen am Beispiel der Ackerbohne

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Agnieszka Golicz, Ph.D.; Professor Dr. Björn Usadel
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497667402

Die Ackerbohne (Vicia faba) ist eine nährstoffreiche Hülsenfrucht, die auch als Futter- und Deckfrucht verwendet wird. Da die Ackerbohne nicht frostempfindlich und an gemäßigte bis kühle Umgebungen angepasst ist, eignet sie sich eigentlich ideal für einen nachhaltigen Anbau in Deutschland. Allerdings ist die Ertragsstabilität der Ackerbohne momentan, aufgrund ihrer Anfälligkeit für abiotischen und biotischen Stress, als noch nicht optimal zu bezeichnen. Bei diesen (und anderen) komplexen Merkmalen wurde der Züchtungsfortschritt allerdings bisher durch einen fast vollständigen Mangel an genomischen Ressourcen behindert. Die Ackerbohne weist aber eine enorme phänotypische Vielfalt auf und es sind ca 38.000 Akzessionen verfügbar. Allerdings ist die zugrundeliegende genetische und genomische Vielfalt aufgrund eines fehlenden Referenz(pan)genomes bisher nur unzureichend erforscht worden. Daher werden wir hier ein Pangenom der Ackerbohne konstruieren, indem wir acht qualitativ hochwertige Genomassemblies verschiedener Ackerbohnen-Akzessionen erstellen und vergleichen. Weiterhin werden wir die genomische Vielfalt der Spezies durch umfangreiche Charakterisierung weiterer zwanzig Genotypen untersuchen. Der Aufbau des Pangenoms für die Ackerbohne wird es ermöglichen, eine noch nie dagewesene Ressource für die genombasierte Verbesserung der Ackerbohne zu schaffen. In Anbetracht der enormen Größe des V. faba-Genoms von über 13 Milliarden Basenpaaren erfordert die Analyse und funktionelle Annotation des entsprechenden Pangenoms die (Neu)Entwicklung innovativer analytischer Ansätze, die sich auch für andere sehr große und repetitive Nutzpflanzengenome eignen. Hierbei werden wir vor allen Dingen einen Pangenom-Graphen entwickeln, der zur Darstellung der Sequenzen und der entsprechenden funktionellen Annotation einer gesamten Population verwendet werden kann. Im Vorhaben werden Methoden zur Erstellung von Pangenom-Graphen, zur funktionellen Annotation und zur Visualisierung großer, repetitiver Pflanzengenome entwickelt. Somit werden nicht nur wichtige Datenressourcen für die Ackerbohnenzüchtung geschaffen, sondern auch neue, breit anwendbare Werkzeuge für die Pangenomanalyse in Nutzpflanzen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen