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MEIOREC_Meiotische Rekombination in Pflanzen: Der Übergang von DNA Doppelstrangbrüchen zu genetischen Crossovern und dessen Beeinflussung

Fachliche Zuordnung Genetik und Genomik der Pflanzen
Bioverfahrenstechnik
Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Förderung Förderung von 2018 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 354617974
 
Die Versorgung der wachsenden Bevölkerung mit Nahrungsmitteln stellt eine der größten Herausforderungen der modernen Pflanzenzüchtung dar. Die angestrebte Verbesserung von Kulturarten basiert auf genetischen Variationen, generiert durch homologe Rekombination (HR) in der Meiose. HR wird durch die vom SPO11-Komplex initiierte Bildung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) eingeleitet. Diese werden anschließend von HR-Komponenten prozessiert und entweder als crossover (COs) oder als non-crossover (NCOs) repariert. Nur bei COs kommt es zur Rekombination der homologen parentalen Chromosomen. In Pflanzen werden die meisten DSBs als NCOs repariert und die Verteilung der COs entlang der Chromosomen beschränkt sich, insbesondere in Getreidepflanzen, auf wenige chromosomale Regionen. Diese Limitierungen verringern die potenziell möglichen genetischen Variationen. Studien der MEIOREC-Forscher haben gezeigt wie diese Einschränkungen möglicherweise umgangen werden können. Dennoch ist der DSB zu CO Übergang und wie dieser gezielt optimiert werden kann noch nicht vollständig verstanden. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab diese Verständnislücken zu schließen. Ausgehend von Modellpflanzen werden die vielversprechendsten Ansätzen danach auf Kulturpflanzen übertragen. Unsere Forschung konzentriert sich auf drei verschiedene Ebenen der CO-Bildung in Pflanzen:(i) Faktoren, die die DSB-Bildung kontrollieren: Zunächst sollen die minimalen Anforderungen für die DSB-Bildung ermitteln werden. Darüber hinaus soll das Potenzial eines MTOPVIB-CRISPR-Systems als Grundlage für eine gezielte Steuerung von DSB-Komplexen in rekombinationsarmen Regionen ermitteln werden. Ebenso werden wir die Möglichkeit des Einsatzes einer suppression cassette (dCas9) und multipler short guide RNAs der CO-Suppressor-Gene zur Erhöhung der CO-Häufigkeit untersuchen.(ii) DSB-Prozessierung, stabile joint molecule formation und CO-Auflösung: Hierbei soll ermittelt werden, wie frühe Schritte der DSB-Prozessierung und der Beladung von Rekombinasen miteinander verknüpft sind und wie sich diese auf die CO/NCO-Entscheidung auswirken. Dabei werden die Rolle des MRN-Komplexes und COM1 für die effiziente SPO11-Entfernung von DSB-Enden, welches für das Beladen der DMC1- und RAD51-Rekombinasen essenziell ist, untersucht. Weiters wird auch getestet, ob die Effizienz der CO-Bildung durch Cas9-vermittelte gezielte Steuerung der MUS81/GEN1-Resolvasen beeinflusst werden kann.(iii) Zusammenspiel von chromosome remodelling und CO-Bildung: Es soll der Einfluss von post-translationalen Modifikationen der Chromosomenachsen auf die Bildung und Verteilung von COs analysiert werden. Die Wechselbeziehung zwischen Strukturveränderungen der Chromosomenachse und des synaptonemalen Komplexes und der Reifung von COs wird ebenfalls analysiert. Im Speziellen soll die Verbindung zwischen chromosome remodelling und der CO-Verteilung in Gerste und Mais untersucht werden.
DFG-Verfahren Sachbeihilfen
Internationaler Bezug Frankreich, Großbritannien, Österreich, USA
 
 

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