Investigating Triticeae Epigenomes for Domestication

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Bevan; Professor Anthony Hall, Ph.D.; Professor Dr. Klaus F.X. Mayer; Professor W. Richard McCombie, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263029120

Die Herstellung von Hybriden ist von zentraler Bedeutung zur Verbesserung von Nutzpflanzen, da sie von den Eltern unterschiedliche, vorteilhafte Eigenschaften zeigen. Hinweise deuten auf epigenetische Ursachen der beobachteten Phänotypen hin. Unsere kürzlich publizierte, genomweite Methylierungskarte für Mais (Regulski et al 2013) zeigte extensive Cytosin-Methylierungs-Variationen, die Genfunktionen verändern, erblich sind und sich ähnlich zu Paramutationen verhalten. Für die Züchtung ist es notwendig, Umfang und Heritabilität epigentischer Modifikationen zu ermitteln und mit möglichen Änderungen in Gen und chromosomaler Funktion (z.B. Rekombination) zu korrelieren.In diesem Projekt werden wir unser Wissen und gesammelte Expertise in pflanzlicher Epigenetik und Genomik bündeln, um das Epigenom von Brotweizen, eine wesentliche Nahrungsgrundlage des Menschen, zu entschlüsseln. Die Ergebnisse dieses Projektes erlauben Ausmaß und Einfluss epiallelischer Variationen auf Phänotypen zu verstehen und parentale epiallelische Variation für die Herstellung neuer Hybride in der Züchtung zu berücksichtigen. Das Projekt wird experimentelle Vorteile des Weizens nutzen um zu verstehen wie epigenetische Marker in neu gebildeten Hybriden reprogrammiert werden und wie die (Sub)Genome des hexaploiden Weizens sich während der Stabilisierung neuer Hybride gegenseitig beeinflussen. Wir haben wesentliche Grundlagen für die Kartierung und das Verständnis des Epigenoms geschaffen: (I) die Sequenzassemblierung des Weizengenoms (Brenchley et al 2012), (II) eine effiziente Methode für die Sequenzierung des Genraums verschiedener Weizenkultivare und die Bestimmung des genomweiten DNA Methylierungsmusters (Gardiner et al 2014), (III) ein vertieftes mechanistisches Verständnis epigenetischer Vererbung (Calarco et al 2012), und (IV) Evidenz für modifizierte Genexpression in Weizenhybriden (Pfeifer et al 2014).Das Projekt bündelt weltweit führende Expertise in Nutzpflanzensequenzierung, Bioinformatik und Genomanalyse, die in vier umfangreich vernetzten Forschungszielen zusammenarbeiten werden: Ermittlung des kompletten Epigenoms der genomischen Weizenreferenz CS42 inklusive repetitiver Regionen; Untersuchung des Epigenoms von 8 verschiedenen Weizen Elitelinien; die Analyse wie epigenetische Signaturen während der Bildung neuer Weizenhybride adaptiert und stabilisiert werden und deren Einfluß auf die Genexpression; die Untersuchung inwieweit Umwelteinflüsse die Stabilisierung epigenetischer Signaturen beeinflussen.Das Projekt wird neue Einblicke in die Bildung und Propagierung von Epiallelen, den Einfluss auf Genfunktionen sowie Wechselwirkungen zwischen den Weizen-Subgenomen liefern. Die Ergebnisse haben grundsätzliche Bedeutung für die Weizenzüchtung. Informationen über den Umfang epigenetischer Variation und deren Einfluss auf die Genfunktion wird Hinweise für Auswahl geeigneter Eltern für die Hybridzüchtung geben und Hinweise zu fehlender Heritabiltät geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA