Neue Züchtungstechniken aus der Sicht der Pflanzenzüchtung
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- Stephanie Hofer
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1 Neue Züchtungstechniken aus der Sicht der Pflanzenzüchtung DAFA Forschungsstrategisches Fachforum Akzeptanz neuer Züchtungstechniken? 02. November in Berlin Dr. Gunhild Leckband, NPZ Innovation GmbH ()
2 NPZ Innovation GmbH Hohenlieth Groß Lüsewitz Der Forschungsdienstleister Gegründet im November Mitarbeiter Dienstleistung für die NPZ-Gruppe in den Bereichen: Projektmanagement Markertechnologie PreBreeding, Phytopathologie, Saatguttechnologie Züchtungsinformatik
3 NPZ Struktur und Beteiligungen Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG 235 Mitarbeiter NPZ Gesellschafter: Persönlich haftender, geschäftsführender Gesellschafter: Dietmar Brauer Gesellschafter: Hans Joachim Lembke Barbara Brauer Dr. Martin Frauen Dr. Gunhild Leckband NPZ Deutschland NPZ Hohenlieth NPZ Malchow + NPZ Agrar Poel NPZ Semences SARL Paris, Frankreich NPZ Ukraine Kiew, Ukraine DL Seeds Inc. Morden, Manitoba, Kanada NPZ Australia Pty Ltd. Perth, Australien Niederlassung German Seed Alliance GmbH Köln, Deutschland Rapool-Ring GmbH Isernhagen, Deutschland Saaten-Union GmbH / GbR Isernhagen, Deutschland Saaten-Union Biotec GmbH Hovedissen, Deutschland W. v. Borries-Eckendorf GmbH & Co. KG Hovedissen, Deutschland LS Production SARL La Chapelle Armentieres, Frankreich LS Plant Breeding Ltd. Cambridge, Großbritannien GSA RUSS OOO Moskau, Russland Rapool Polska Sp. z o.o. Wagrowiec, Polen Rapool CZ s.r.o. Brno, Tschechien Rapool Slovakia s.r.o. Piestany, Slowakei Rapool Hungaria Kft Lepsény, Ungarn Rapool Bulgaria EOOD Pleven, Bulgarien Rapool RUS OOO Moskau, Russland Rapool KAZ OOO Kostanay, Kasachstan Rapool BEL IOOO Minsk, Belarus Rapool Ring Romania s.r.l. Bukarest, Rumänien Rapool, Baltic States Šiauliai, Lithuania
4 NPZ Struktur und Beteiligungen Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG 235 Mitarbeiter NPZ Gesellschafter: Persönlich haftender, geschäftsführender Gesellschafter: Dietmar Brauer Gesellschafter: Hans Joachim Lembke Barbara Brauer Dr. Martin Frauen Dr. Gunhild Leckband NPZ Deutschland NPZ Hohenlieth NPZ Malchow + NPZ Agrar Poel NPZ Semences SARL Paris, Frankreich NPZ Ukraine Kiew, Ukraine DL Seeds Inc. Morden, Manitoba, Kanada NPZ Australia Pty Ltd. Perth, Australien Niederlassung German Seed Alliance GmbH Köln, Deutschland Rapool-Ring GmbH Isernhagen, Deutschland Saaten-Union GmbH / GbR Isernhagen, Deutschland Saaten-Union Biotec GmbH Hovedissen, Deutschland NPZ Innovation GmbH Hohenlieth, Deutschland Geschäftsführer: Dr. Gunhild Leckband Thorsten Pommer W. v. Borries-Eckendorf GmbH & Co. KG Hovedissen, Deutschland LS Production SARL La Chapelle Armentieres, Frankreich LS Plant Breeding Ltd. Cambridge, Großbritannien GSA RUSS OOO Moskau, Russland Rapool Polska Sp. z o.o. Wagrowiec, Polen Rapool CZ s.r.o. Brno, Tschechien Rapool Slovakia s.r.o. Piestany, Slowakei Rapool Hungaria Kft Lepsény, Ungarn Rapool Bulgaria EOOD Pleven, Bulgarien Rapool RUS OOO Moskau, Russland Rapool KAZ OOO Kostanay, Kasachstan Rapool BEL IOOO Minsk, Belarus Rapool Ring Romania s.r.l. Bukarest, Rumänien Rapool, Baltic States Šiauliai, Lithuania
5 Der lange Weg zur neuen Sorte
6 Der lange Weg zur neuen Sorte Erste Kreuzungen PreBreeding, Materialentwicklung Quelle: verändert BDP
7 Der lange Weg zur neuen Sorte Erste Kreuzungen PreBreeding, Materialentwicklung Quelle: verändert BDP
8 Der lange Weg zur neuen Sorte Erweiterung der genetischen Diversität Konventionell Wildarten Introgression ungerichtete Mutagenese Erste Kreuzungen PreBreeding, Materialentwicklung Probleme Artbarriere Unerwünschter genetischer Hintergrund Linkage drag unerwünschte Eigenschaften Umfangreiche Rückkreuzungen notwendig Besonders betroffen sind Kulturarten mit langen Züchtungszyklen Zudem Insgesamt viele agronomische Merkmale zu bearbeiten Quelle: verändert BDP
9 Der lange Weg zur neuen Sorte Erweiterung der genetischen Diversität Konventionell Wildarten Introgression ungerichtete Mutagenese Nutzung von NBTs Erhöhung der Variation spezifische Mutagenese Erste Kreuzungen PreBreeding, Materialentwicklung Probleme Artbarriere Unerwünschter genetischer Hintergrund Linkage drag unerwünschte Eigenschaften Umfangreiche Rückkreuzungen notwendig Besonders betroffen sind Kulturarten mit langen Züchtungszyklen Zudem Insgesamt viele agronomische Merkmale zu bearbeiten Quelle: verändert BDP
10 Möglichkeiten der Genom-Modifikation Mutagenese Transformation NBT EMS 5 AATCGGCATTTCCAGTCCCAATATACC 3 3 TTAGCCGTAAAGGTCAGGGTTATATGG 5 Ti-Plasmid T-DNA 5 AATCGGCATTTCCAATCCCAATATACC 3 3 TTAGCCGTAAAGGTTAGGGTTATATGG 5 Ref.: Charpentier and Doudna, Nature, 2013 ungerichtet und vielfach ungerichtet gerichtet Zeit Selektion: TILLING + Phänotyp Rückkreuzung loss-of-function, Effektivität der Mutation unklar, bzw. eingeschränkt Selektion: Antibiotikum Prüfung der Abhängigkeit vom Insertionsort gain/loss-of-function, evtl. Sekundäreffekte durch Insertionsort Selektion: PCR gain/loss-of-function, spezifisch im Genom
11 Gezielte Mutagenese mit Site-directed nucleases (SDN), z.b. Resistenzgen Ausschalten von Genen spez. Modifikation von Genen Integration von Genen Bild: EFSA Journal 10(10), 2012; vereinfacht
12 Gezielte Mutagenese mit Site-directed nucleases (SDN), z.b. Resistenzgen Ausschalten von Genen spez. Modifikation von Genen Integration von Genen Bild: EFSA Journal 10(10), 2012; vereinfacht
13 Beispiel für gezielte DNA Modifikation mittels TALEN Juli 2014 TALEN Weizen infiziert mit Mehltau
14 Potential von NBT für die Raps-/Kartoffel-Züchtung Forschungsverbund: Solana Research GmbH NPZ Innovation GmbH Abteilung Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie, CAU Kiel Pflanzliche Resistenz durch Ausschalten von Anfälligkeitsfaktoren Raps + Pilz RNA Mutanten in Arabidopsis WT k.o. #1 Proof of Concept in Raps mit CRISPR/Cas9 Kandidatengene + TALEN Raps RNA Pilz-Infektion
15 Potential von NBT für die Raps-/Kartoffel-Züchtung - Transiente Nuklease Expression - Integration in Züchtungszyklus Erste Kreuzungen Selektion und Regeneration Elite- Protoplast PreBreeding, Materialentwicklung Import von CRISPR/Cas9 o. TALEN Quelle: verändert BDP
16 Projekte in der Pflanzenzüchtung (Beispiele) Pflanzenart Ziel Verfahren Wer Stand Weizen Mehltau-Resistenz TALEN Calyxt Feldversuche, in den USA nicht als GVO eigestuft Weizen Mehltau-Resistenz CRISPR Chinese Academy of Science Projekt publiziert Weizen weniger Gluten TALEN Calyxt Entwicklung Mais Trockentoleranz CRISPR DuPont Pioneer Feldversuche Wachsmais Stärke CRISPR DuPont Pioneer Markteinführung in fünf Jahren Reis Toleranz gegen Reisbrand (Rice blast) CRISPR Chinese Academy of Science Projekt publiziert Erdnuss Ausschalten von Allergenen CRISPR Aranex, UK Startup Gurken Resistenz gegen Viren CRISPR Volcani Center, Israel Projekt publiziert Citrusfrüchte Resistenz gegen Citrus Greening CRISPR Univ. of Florida Projekt publiziert Paprika (Pepper) Resistenz gegen Viren CRISPR Seminis Vegetable Seeds Entwicklung Tomate Reifeverzögerung CRISPR Univ. Nottingham, UK Studie publiziert Univ. of Minnesota, Simplot, in den USA nicht als GVO Kartoffel Lagerfähigkeit, weniger Acrylamid CRISPR, TALEN Calyxt eingestuft* Sojabohnen veränderte Fettsäuren TALEN Calyxt in den USA nicht als GVO eingestuft, Feldversuche Pappeln Genfunktionen CRISPR Univ. Umea, Schweden Forschung Quelle: transgen.de/forschung/2590.crispr-talen-genome-editing-pflanzen.html
17 Die Historie Quelle: verändert BDP
18 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
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