Institut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen
Die natürliche genetische Vielfalt des Fremdbefruchters Roggen war die Grundlage für eine Reihe von technologischen Fortschritten, die die Etablierung einer Spitzentechnologie der Pflanzenzüchtung - der Hybridzüchtung - ermöglichten. Trotz beachtlicher Errungenschaften gibt es nach wie vor große Herausforderungen im Roggenanbau, die den Roggen aus seiner derzeitigen Rolle als Nischenkultur herausführen könnten. Die Förderung der Bedeutung des Roggenanbaus für eine größere Agrobiodiversität erfordert einen Paradigmenwechsel hin zu einer systematischeren, wissensbasierten Hybridzüchtung für die Entwicklung authentischer Hochleistungssorten mit zertifizierten Kornqualitäten und einer nachhaltigen Produktion biobasierter Rohstoffe. Mit der Veröffentlichung von zwei hochwertigen Genomsequenzen hat Roggen erst kürzlich das Zeitalter der Genomik erreicht. Dies ermöglicht die Integration und weiteren Fortschritt sowohl im Bereich der Grundlagenforschung als auch auf dem Gebiet der angewandten Züchtungsforschung. Weitere Fortschritte in der Roggenphänomik, der funktionellen Genomik und der Proteomikforschung sind notwendig, um die Genomsequenzinformationen mit Phänotypen zu verknüpfen, welche mit dem Wachstum, der Entwicklung und der Leistung von Roggen in einem sich verändernden Klima zusammenhängen. Eine Strategie zur Bestimmung der biologischen Funktion fast aller Gene im Genom ist notwendig, um zu verstehen, wie die Genomvielfalt die Biologie und die Leistung des Roggens als Kulturpflanze beeinflusst.Das übergeordnete Ziel von RYE-HUB ist die Förderung der genombasierten Züchtung von Hybridroggen für eine optimale Entwicklung und für eine vorausschauende, beschleunigte Anpassung an ein sich veränderndes Klima. Zu diesem Zweck werden wir (1) genetische Ressourcen und Instrumente für die internationale Wissenschaftsgemeinschaft entwickeln, um die Agrobiodiversität und die Bodengesundheit zu erhalten und zu verbessern, (2) die natürliche Variation systematisch erforschen, um Roggen an abiotische und biotische Stressfaktoren anzupassen, (3) die Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit durch die Weiterentwicklung Gibberellin-sensitiver Halbzwerge steigern, (4) neue Eigenschaften und Funktionalitäten wie Roggen mit hohem Proteingehalt, amylosefreiem (wachsartigem), amylosereichem oder anthocyanreichem Roggen etablieren und (5) modernste Bioinformatik und prädiktiver Pflanzenzüchtung für die Entwicklung nachhaltiger, widerstandsfähiger Roggensorten mit wichtigen agronomischen Eigenschaften integrieren. Wir werden hochgradig reproduzierbare Inzuchtlinien für die Öffentlichkeit bereitstellen, um die Entdeckung der genetischen Grundlage für artspezifische Merkmale und Alleinstellungsmerkmale von Roggen zu beschleunigen. Zu diesem Zweck werden wir die erste Nested Association Mapping (NAM) Population des Roggens weiterentwickeln und auswerten, um sie zu einer leistungsfähigen Gemeinschaftsressource für die Roggenforschung und -züchtung zu machen. Bei Roggen sind die Testeinheiten heterozygot und die Populationen weisen ein geringes Maß an Kopplungsungleichgewicht (LD) auf. Im Vergleich zu Weizen, Gerste und Hafer führen diese Faktoren zu einer zusätzlichen Komplexität bei der Schätzung von Marker-Merkmals-Assoziationen und der Entwicklung geeigneter Instrumente für Roggen. Wir werden Muster Vitalitäts-beeinträchtigender Variationen zwischen Roggenpopulationen ermitteln, die die derzeitigen Züchtungsbemühungen zur Verbesserung der Roggenleistung behindern. Zur beschleunigten Suche nach wertvollen Genvarianten in genetischen Ressourcen und zur effizienten Beseitigung von leistungsmindernden oder (sub)letalen Genen wird eine neuartige Technologieplattform mit modernsten Algorithmen, chemischen Induktoren und automatisierter Zellbehandlung zur Eatblierung und Integration doppelhaploider Linien in kommerzielle Zuchtprogramme eingesetzt. Der Einsatz von Fernerkundungstechnologie, künstlicher Intelligenz und Präzisionsphänotypisierung wird unser Verständnis der Mechanismen der nicht-additiven genetischen Variation und der epistatischen Interaktionen zwischen Roggengenen verbessern. Das Pan-Genom wird somit sowohl die Züchtung als auch die Forschung zur Identifizierung und funktionellen Charakterisierung von Genen unterstützen, die für eine beschleunigte Verbesserung der Roggenproduktion und -qualität genutzt werden können. Wir werden die verschiedenen genomischen und phänomischen Daten mit der Bio- und Züchtungsinformatik integrieren, um systemische Modelle für die vorausschauende Roggenzüchtung und die Entwicklung nachhaltiger, widerstandsfähiger Sorten mit verbesserter agronomischer Leistung zu entwickeln.
Bundesministerium für Bildung und Forschung
