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Entwicklung einer sequenzindizierten Kollektion transposoninduzierter Maismutanten und deren Anwendung in der Wurzelentwicklungsbiologie

Antragstellerin Dr. Caroline Marcon
Fachliche Zuordnung Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
Förderung Förderung von 2019 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415165461
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die genomweite Insertionsmutagenese ist eine Methode zur Erzeugung von Funktionsverlustmutationen für praktisch alle Gene in einem Genom. Bei diesem Verfahren werden Mutationen auf natürliche Weise durch zufällige Integration mobiler DNA-Elemente, wie Mutator- (Mu)-Transposons, in das Genom erzeugt. Die BonnMu Ressource ist eine für Europa einzigartige Transposon-markierte Mutantensammlung, die für funktionelle Genomikstudien in Mais (Zea mays L.) entwickelt wurde. In dem vorliegenden Projekt wurde die Mutantensammlung durch Kreuzung einer aktiven Mu-Linie mit nordamerikanischen Dent (B73, Co125) und europäischen Flint (DK105, EP1 und F7) Inzuchtlinien erweitert. Durch die Sequenzierung von insgesamt 8064 mutagenisierten BonnMu Familien wurden 425.924 vererbbare Mu-Insertionen in insgesamt 36.612 (83 %) der 44.303 Genmodelle identifiziert. Die anschließende Untersuchung der Keimbahninsertionen erfolgte mit Hilfe des automatisierten Mutant-seq Workflow-Tools (MuWU). Die meisten Insertionen (94 %) befanden sich in kodierenden Abschnitten des Genoms, vor allem in den genreichen Chromosomenarmen, wobei 42 % in der 5'-untranslatierten Region (UTR) lagen. Alle Mu-Insertionen und Fotos von Keimlingsphänotypen der segregierenden BonnMu F2-Familien sind über die Mais Genetik und Genomik Datenbank (MaizeGDB) zugänglich. Zusammenfassend archiviert die öffentlich zugängliche BonnMu Ressource Insertionen für Dent- und Flintlinien und wird bereits weltweit für vorwärts- und rückwärtsgenetische Studien genutzt. Dabei ermöglicht die genetische Vielfalt, die durch die verschiedenen genetischen Hintergründe in der BonnMu Ressource repräsentiert wird, die Identifizierung genotypspezifischer Mutationen. Im zweiten Teil dieses Projekts wurde die Mutante magenta root dwarf 1 (mrd1) aus der BonnMu Kollektion funktionell charakterisiert. Im Vergleich zum Wildtyp akkumuliert die mrd1 Mutante Anthocyane in verschiedenen Wurzeltypen und zeigt reduziertes Sprosswachstum unter Licht- und Dunkelbedingungen. Die Identifizierung des ursächlichen Kandidatengens wurde durch die Kombination einer bulked segregant RNA-seq (BSR-seq) Analyse und der zur Verfügung stehenden sequenzierten BonnMu F2-Familien ermöglicht, die eine begrenzte Anzahl an Mu-getaggten Genen im BSR-seq Mapping-Intervall liefert. Dieser Kombinationssansatz identifizierte eine konstitutive photomorphogenese 9 (cop9) signalosomkomplex-untereinheit 4 (csn4) als ursächliches Kandidatengen, das dem mrd1-Phänotyp zugrunde liegt. Das COP9-Signalosom (CSN) ist ein Multiproteinkomplex, der ursprünglich in Arabidopsis thaliana als Repressor der Photomorphogenese identifiziert wurde. Die mrd1 Mutanten weisen, beispielsweise mit ihrer konstitutiven Photomorphogenese, Ähnlichkeiten mit csn Mutanten in Arabidopsis auf, zeigen aber unterschiedliche Muster der Anthocyananreicherung. Eine PCR-Analyse zeigte, dass mrd1 Mutanten homozygot für eine Mu-Insertion im mrd1 Gen sind. In einem zukünftigen Projekt könnte das mrd1 Gen durch eine Gen-Silencing-Strategie unter Verwendung von RNAi oder durch ein neues Allel aus öffentlich zugänglichen Mutantenressourcen, wie der ständig wachsenden BonnMu Kollektion, validiert werden.

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