Entwicklung und Qualität der Karotten-Speicherwurzel – eine pangenomische Perspektive

• Antragstellerin: Professorin Agnieszka Golicz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563531597

Strukturelle Genomumlagerungen sind eine wichtige Triebkraft für genetische Innovationen bei Pflanzen und führen zu neuen Phänotypen. Pflanzen-Pangenome bieten einen Rahmen für die systematische Annotation struktureller Umlagerungen, die anschließend funktionell validiert werden können. Wir gehen davon aus, dass strukturelle Genomumlagerungen die Hauptantriebskraft für die Domestizierung und Verbesserung der Karotte sind. Die Karotte (Daucus carota L.) ist eine der wirtschaftlich bedeutendsten Gemüsepflanzen, die in gemäßigten Klimazonen angebaut werden. Sie bildet eine fleischige, saftige, essbare Wurzel, die normalerweise reich an reduzierenden Zuckern und Pigmenten (Carotinoide und/oder Anthocyane) ist und sich stark von der dünnen, faserigen und normalerweise stark verzweigten, nicht pigmentierten, ungenießbaren Wurzel unterscheidet, die die wilden Vorfahren der Karotte bilden. Wir möchten eine Analyse der strukturellen Varianten durchführen und ein Pangenom von D. carota entwickeln, das repräsentative Zugänge der wilden und kultivierten Karotte umfasst. Mithilfe von pangenombasierten GWAS- und Expression-Quantitative-Trait-Loci-GWAS-Analysen (eQTL-GWAS) unter Verwendung der Informationen zu Strukturvarianten und in Kombination mit Gen-Koexpressionsnetzwerken werden Hub-Gene gesucht, die die Expression von Genen steuern, die Enzyme kodieren, die an den Schlüsselmerkmalen beteiligt sind: Ansammlung von Zuckern, Carotinoiden und Anthocyanen. Dies gibt Aufschluss über die Regulierung dieser Gene, die sich im beobachteten Wurzelphänotyp manifestiert. Schließlich wird das CRISPR/Cas-System verwendet, um einige dieser Kandidatengene zu bearbeiten und die Auswirkungen von Knock-out-Mutationen auf die Expression nachgelagerter Gene aufzudecken. Als Ergebnis des Projekts wird das erste Karotten-Pangenom entwickelt und zur umfassenden Identifizierung und Annotation transponierbarer Element-assoziierter Strukturvarianten verwendet, innovatives 3D-Laserscanning wird zur Erleichterung der Phänotypisierung von Karottenwurzeln eingesetzt, räumliche Transkriptomik wird durchgeführt und die Genexpression in verschiedenen Wurzelgeweben wird kartiert und Hauptregulatoren der Carotinoid-, Anthocyan- und Zuckerwege in Karottenwurzeln werden identifiziert. Das Projekt wird in den Jahren 2026-2028 gemeinsam von einem polnischen Team an der Universität für Landwirtschaft in Krakau und einem deutschen Team an der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dariusz Grzebelus