Hochdurchsatzanalytik für eine TILLING-adaptierte Stärkekartoffel-Züchtung - HATZ

Für die Ausprägung rezessiver Merkmale, wie beispielsweise die Bildung von Amylopektinstärke (HAP; high amylopectin), müssen alle 4 Kopien des gbssI-Gens in der tetraploiden Kartoffel inaktiv sein. Durch Einkreuzung weiterer wertgebender Eigenschaften gehen die rezessiven Merkmale verloren und müssen in einem weiteren Kreuzungsschritt wiederhergestellt werden. Die Kombination mit weiteren rezessiven inaktiven Allelen der Stärkebiosynthese zur Verbesserung der Amylopektinqualität erhöht den Kreuzungs- und Selektionsaufwand um ein Vielfaches. Die Selektion der rezessiven Allele erfolgte bisher durch Sequenzierung. Dies ist jedoch bei steigenden Pflanzenzahlen kaum noch möglich und zudem sehr teuer. Werden z.B. tetraploide Klone (4x), die duplex sind für ein bestimmtes Allel UND auch duplex für ein weiteres inaktives Allel, miteinander gekreuzt um die beiden Merkmale zu kombinieren, so ist nur jede 1.296 Pflanze homozygot für die beiden inaktiven Allele und prägt auch beide Merkmale aus: Von diesem Genotypen müssen allerdings viele vorhanden sein, da ca. 40 weitere wertgebende Merkmale evaluiert und selektiert werden müssen.

Daher sollte in diesem Projekt die Entwicklung kürzerer Züchtungszyklen mit einer Hochdurchsatz-Analytik zur effizienten Selektion gewünschter Genotypen kombiniert werden. Darüber hinaus sollte die Auswertung der neu entwickelten Analytik, also die Genotypisierung, durch eine automatisierte biostatistische Auswertung erfolgen.

Partner

• Böhm-Nordkartoffel Agrarproduktion GmbH & Co. OHG
• Emslandstärke

Im Rahmen des Projektes konnten deutlich verkürzte Züchtungszyklen etabliert werden. Die Analyse der Sequenzumgebung von inaktiven Allelen der Amylopektinsynthese ermöglichte die Entwicklung sensitiver SNP-Nachweisverfahren für die Hochdurchsatzanalytik. Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) sind genomische Varianten an einer einzelnen Nukleotidposition in der DNA. SNPs werden als molekulare Marker verwendet, um Genomabschnitte mit phänotypischen Merkmalen zu verknüpfen. Im Fall der per TILLING induzierten SNPs sind die SNPs selbst für den Gen-KO ursächlich.

Bereits im Keimlingsstadium können mit derartigen molekularen Markern in der in vitro-Kultur Genotypen bestimmt und für weitere Kreuzungen bzw. die Produktion von Konsumware für die Stärkeanalytik selektiert werden.

Für die automatisierte Auswertungen der SNP-Analysen nutzten wir die Statistiksoftware fitTetra (Voorrips & Gort Link) für die automatisierte Genotypisierung tetraploider Organismen mit einer Anpassung an verschiedene Genotypisierungsmethoden. Darüber hinaus haben wir die Bedienung der Software durch die Entwicklung einer benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche, der HATZApp, vereinfacht.