GenomeEditing. Neues Potential in der konvenpotenzial Landwirtschaft. KWS SAAT SE Dr. Jürgen Schweden KWS SAAT Einbeck, Oktober 2017

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1 Genome GenomeEditing Editing Neues Potential in der konvenpotenzial für eine nachhaltige tionellen Pflanzenzüchtung Landwirtschaft KWS SAAT SE Dr. Jürgen Schweden KWS SAAT SE 2017 Einbeck, 20. April Einbeck, Oktober Genome Editing V. Name

2 Innovation in der modernen Pflanzenzüchtung Kreuzung und Selektion Kombinieren und Auswählen konventionelle Züchtung auf Grundlage der Mendelschen Regeln Hybridzüchtung Konventionelle Züchtungsmethode, bei der Züchter reinerbige Elternlinien kreuzen. Zell- und Gewebekultur Regeneration von vollständigen Pflanzen aus einzelnen oder mehreren Pflanzenzellen. DNA Diagnostik Analyse der Erbinformation zur zuverlässigen Diagnose von Pflanzeneigenschaften. Gentechnik Gentechnische Methoden, bei der Züchter Gene derselben oder einer anderen Art in die Kulturpflanzen übertragen. Genomik Entschlüsselung der DNA-Sequenz liefert wertvolle Erkenntnisse für Pflanzenzüchtung. Neue Züchtungsmethoden Züchtungsziele werden schneller erreicht und präziser umgesetzt. 2 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

3 Der nächste Schritt in der Entwicklung das Genome Editing. Modern züchten. DNA verändern. Genetische Vielfalt Effizienz Präzision Neue Züchtungsmethoden Zusätzlich zu Genome Editing Methoden müssen: relevante Ziel-Gene bekannt sein RdDM CRISPR/ Cas Cisgenese deren biologische Funktion verstanden sein die genaue Gensequenz bekannt sein TALEN Reverse Breeding Agroinfiltration die optimale Mutationsstelle identifiziert werden Ausführliche Forschung zur Zellbiologie und Propfung Zinc Finger ODM Gen-Identifikation ist notwendig: Nicht nur in Unternehmen, sondern auch im universitären Forschungsumfeld. = Genome Editing 3 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

4 Wie funktionieren die neuen Methoden? Genome Editing am Beispiel CRISPR/Cas. Suchen Im ersten Schritt lenken Züchter ein Enzym (Nuklease) zur gewünschten Stelle im Genom. Schneiden Die Nuklease zerteilt die DNA präzise und bewirkt einen Doppelstrangbruch. Reparieren Das zelleigene Reparatursystem fügt die DNA wieder zusammen. Dabei können Bausteine entfernt, hinzugefügt oder ausgetauscht werden das ist der entscheidende Moment der DNA-Veränderung. 4 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

5 Wie funktionieren die neuen Methoden? Genome Editing am Beispiel CRISPR/Cas. Variante 1 Gerichtete, zufällige Veränderung kleiner DNA-Bausteine (z. B. Punktmutationen oder Deletionen) Variante 2 Gerichtete, gezielte Übertragung arteigener DNA- Abschnitte Variante 3 Gerichtete, gezielte Übertragung von artfremden Genen oder Genbestandteilen ODER Pflanzen, die so entstehen, könnten auch von selbst in der Natur oder durch klassische Kreuzungs- und Kombinationszüchtung entstehen und sind somit naturidentisch. Eine gesonderte Regulierung ist nicht notwendig. Pflanzen, die so entstehen, sind gentechnisch verändert und fallen in der EU unter das Gentechnikgesetz. 5 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

6 Das Ergebnis ist identisch. Der entscheidende Vorteil: Genome Editing ist schneller und präziser. Traditionell züchten. DNA verändern. - Schon in der Jungsteinzeit wurden Pflanzen mit speziellen Eigenschaften ausgewählt und vermehrt - Mitte des 19. Jh. Mendelsche Regeln - Vererbungslehre und Erkenntnisse, wie genetische Merkmale über Kreuzung und Kombination weitergegeben wurden, vereinfachen die Züchtung - Wissenschaftlicher Fortschritt führt dazu, Pflanzen schneller und effektiver zu züchten - Züchtungsziele sind gleich geblieben: genetische Eigenschaften von Pflanzen verbessern - Traditionelle Züchtung erfüllt diesen Zweck. Die neuen Methoden beschleunigen den Züchtungsprozess jedoch erheblich und das bei höherer Präzision. 6 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

7 Das Ergebnis ist identisch. Der entscheidende Vorteil: Genome Editing ist schneller und präziser. 7 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

8 Wozu brauchen wir neue Züchtungsmethoden? Züchtungsziele Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten Abiotische Toleranzen Herbizid-Toleranz Optimierte Zusammensetzung von Pflanzenkomponenten Innovation zugunsten der nachhaltigen Landwirtschaft beschleunigen Ertragsfortschritt und Ertragsstabilität sichern Verringerter Verbrauch von Betriebsmitteln, wie Wasser, Dünger, Chemikalien Erhöhter Energie- und Nährstoffgehalt Auch Nischenkulturen oder Kulturen, die nur mit sehr hohem Aufwand gezüchtet werden könnten, können von Genome Editing profitieren 8 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

9 Genome Editing: Präzise im Prozess. Naturidentisch im Ergebnis. Neue Methoden ermöglichen schnellere und präzisere Pflanzenzüchtung Genome-Editing-Methoden sind differenziert zu bewerten Methoden, die ohne Transfer von artfremden Genen und Gensequenzen auskommen, sind regulatorisch wie traditionelle Züchtungsverfahren einzustufen Entsprechend gezüchtete Pflanzen sind identisch mit konventionell gezüchteten oder solchen, die auf natürliche Weise entstehen könnten Anwendbar auch für kleine und mittelständische Unternehmen 9 Genome Editing: Potenzial für eine nachhaltige Landwirtschaft

10 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!