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HAGEMA - Haploide Maiszellen als Ziel für die Regeneration von homozygoten genom-editierten Maislinien (HAGEMA)

Projekt


Förderkennzeichen: 031B0543
Laufzeit: 01.07.2018 - 30.06.2020
Fördersumme: 237.866 Euro
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Stichworte: Haploid-Techniken, Mikrosporen, Mais, Regenerationsfähigkeit, Impedance Flow Cytometry

Haploide Zellen sind attraktive Ziele für das Einbringen von Genen oder Genome-Editing Komponenten, da dies eine Integration in eine vollständig homozygote Pflanze ermöglicht. Einzelzellsysteme, wie zum Beispiel Mikrosporen, haben den zusätzlichen Vorteil der Vermeidung einer Regeneration von Chimären. Bei Mais gab es in der Vergangenheit bereits einige Ansätze, um die Vorteile eines auf Einzelzellen basierten Mikrosporensystems zu nutzen. Es konnte gezeigt werden, dass das Einbringen von DNA sowohl in Maismikrosporen, haploide Kalluszellen als auch in daraus abgeleitete Protoplasten möglich ist. Allerdings schränkten eine ausgeprägte Abhängigkeit vom verwendeten Genotypen in Verbindung mit einer geringen Regenerationsfrequenz die umfangreiche Anwendung dieser Methode bisher deutlich ein. In dem vorliegenden HAGEMA Projekt soll die Regenerationsfähigkeit von Mais Mikrosporen gesteigert werden, indem neueste Erkenntnisse im Bereich der zellbiologischen Forschung berücksichtigt werden. In grundlegenden Studien konnte gezeigt werden, dass HDAC Proteine die Totipotenz im Verlauf der Pollenentwicklung unterdrücken kann. Bei Mikrosporen konnte gezeigt werden, dass der HDAC Inhibitor TSA die Totipotenz der Zellen aufrechterhalten kann. Dieser Erkenntnis könnte eine Schlüsselrolle bei der Überwindung der schwachen Regenerationsfähigkeit bei Mais zukommen. Die Impedance Flow Cytometry (IFC) ist eine vergleichsweise neue Methode zur Bestimmung der Vitalität von Pflanzenzellen, insbesondere von Pollen. Es konnte auch gezeigt werden, dass die elektrische Charakterisierung von Maispollen eine Visualisierung der Kernstadienentwicklung ermöglicht. Beide durch IFC generierte Informationen können es ermöglichen, die Qualität des Ausgangsmaterials für die Mikrosporenkultur zu erhöhen. Der Arbeitsplan des Projektes sieht ein Screening von mehreren Genotypen auf deren Mikrosporenqualität sowie das Reaktionsvermögen auf eine TSA Applikation vor. Aus embryogenen Mikrosporenkulturen werden Kallus Suspensionskulturen erstellt und daraus Protoplasten gewonnen. Das Projektziel ist erreicht, wenn ein stabiles auf Einzelzellen basierendes Regenerationssystem etabliert wurde, um über Genome-Editing Ansätze homozygote editierte Doppelhaploide Maispflanzen zu erstellen.

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Fachgebiete

Ausführende Einrichtung

KWS Saat AG

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