HAPPAN : Haplotype und pan-genomische Erschließung der multiparentalen Wildgerste Population HEB-25 zur vollständigen Nutzbarmachung der Ressource für die Züchtung neuer Gerstesorten mit verbesserter Anpassung an sich verändernden Umweltbedingungen.

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Pillen; Dr. Thomas Schmutzer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433162815

Die ursprünglichen Vorfahren unserer Nutzpflanzen stellen eine wichtige Quelle genetischer Vielfalt mit einem hohen Potenzial zur Verbesserung von Elitekulturen im Hinblick auf Nahrungsmittelsicherheit dar. Jedoch ist deren Genrepertoire noch weitgehend unerforscht.Gerste stellt eine der bedeutendsten Kulturarten in Deutschland und Europa dar und die zukünftige züchterische Anpassung an sich verändernden Umweltbedingungen kann nur durch einen beschleunigten Zuchtfortschritt realisiert werden. Die genetische Diversität von Wildgerste ist das Kernstück der multiparentalen Wildgerstenpopulation HEB-25 („Halle Exotic Barley“), die aus Kreuzungen von 25 verschiedenen Wildgersten mit der Elitesorte „Barke“ erstellt wurde. Hierdurch trägt jede Nachkomme-Linie Anteile aus dem Genom der Wildgerste und Anteile aus dem Genom der Sorte Barke.Unser Ziel ist es diese 25 verschiedenen Wildgerstenakzessionen zu sequenzieren, um erstmalig ein Wildgersten-Pan-Genom zu definieren. Diese Daten werden anschließend dazu genutzt das Genom aller 1.420 Linien der HEB-25-Popualtion zu entschlüsseln. Um das volle Potenzial der HEB-25 auszuschöpfen, wird zunächst eine Referenz für das komplexe Genom der Wildgerste (Größe 5.1 Gb und >80% Repeatanteil) erstellt, sowie Genmodelle und deren funktioneller Annotation vollständig erschlossen. Anschließend werden die 25 Eltern der HEB-25 genomweit sequenziert, um das erste Pan-Genom der Wildgersten in vergleichenden Analysen zu konstruieren. Dadurch wird es erstmals in der HEB-25 möglich Variationen in kodierenden und regulatorischen Sequenzregionen zu erfassen und größeren strukturellen Variationen zu finden, die in den Kulturgerstensorten nicht vorkommen oder deutliche Sequenzunterschiede aufweisen. Diese Unterschiede können auch Gene umfassen, die höchstwahrscheinlich aus Duplikation und Subfunktionalisierung hervorgegangen sind. Schlussendlich wird mit der Etablierung der hochdichten, genetischen Karte und der Formulierung von Haplotypen der Wildgersten ein Ziel definiert, mit dem eine neue Ära der haplotypbasierten Analyse für Gerstenzucht und -forschung beginnen soll.Seit 2014 werden die 1.420 Linien der HEB-25-Population in regionalen und globalen Feldversuchen kontinuierlich auf Variationen wichtiger agronomischer Merkmale wie Pflanzenentwicklung, Ertragsbildung, Pathogenresistenz und Stresstoleranz analysiert. Basierend auf den Pan-Genomdaten wird diese große phänotypische Datengrundlage genutzt, um die ursächlichen Gene zu kartieren und schließlich zu klonieren, welche die untersuchten Merkmale kontrollieren. Es ist zu erwarten, dass mit dieser neuartigen Ressource die Genauigkeit und Präzision erhöht und damit ein schneller Züchtungsfortschritt erreicht wird. Die Arbeiten in der HEB-25 haben das Ziel verbesserter Gerstensorten zu etablieren, die besser an sich ändernde Umweltbedingungen angepasst sind, und HAPPAN soll dafür die genomische Datengrundlage schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen