BEP - Barley Epigenome Project

Pflanzen entwickeln sich in einer sich ständig ändernden Umwelt. In dem Kampf ums Überleben auch bei widrigen Umweltbedingungen sind einige Pflanzen viel besser gewappnet als andere. Die Fähigkeit von Nutzpflanzen, Abwehr- und Schutzmechanismen gegen Stressbedingungen auszubilden, bestimmt im Endeffekt den Ertrag. Bei einer rasant wachsenden Weltbevölkerung, die ernährt werden muss, und bei sich gleichzeitig z.B. durch den Klimawandel verschlechternden Umweltbedingung, gewinnen Ansätze zur gezielten Züchtung toleranter Sorten, die auch bei Stressbedingungen hohe Erträge gewährleisten, eine immense ökonomische Bedeutung. Wir müssen deswegen von der Natur lernen, wie manche Pflanzen eine effiziente Toleranz gegen Stressbedingungen aufbauen können, um dann diese neuen Erkenntnisse in der Züchtung nutzen zu können. Da die pflanzlichen Stressantworten im Wesentlichen von der koordinierten und hoch regulierten Expression der richtigen Gene zur richtigen Zeit abhängig sind, ist das Verständnis der regulatorischen Mechanismen eine Grundvoraussetzung für solche gezielten Züchtungsansätze. Aufregende, neuere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die Regulation der Genexpression gerade auch unter Stressbedingungen einer übergeordneten, sogenannten epigenetischen Kontrollebene unterliegt, die über die dreidimensionale Umstrukturierung der Verpackung der DNA-basierten Gene im Chromatin der Zellkerne funktioniert. Diese epigenetischen Faktoren scheinen eine höhere Kontrollebene bei der pflanzlichen Entwicklung auch unter Stressbedingungen zu bilden und sind somit hochinteressante Forschungsziele bei der Pflanzenzüchtung.

Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, bei Nutzpflanzen solche epigenetischen Kontrollfaktoren zu identifizieren, die die pflanzliche Leistungsfähigkeit auch bei Stressbedingungen absichern. Wir wollen in Sachsen-Anhalt eine Epigenom-Plattform für Getreidepflanzen etablieren, die die genomweite und räumliche Identifizierung von epigenetischen Markierungen (hauptsächlich Histon- und DNA-Modifizierungen) in den Zellkernen der Nutzpflanzen ermöglicht. Dazu kombinieren wir die Expertise der beteiligten Labore bei molekularbiologischen, pflanzenphysiologischen, biochemischen, epigenetischen und bioinformatischen Ansätzen. In unserem ersten Ansatz konzentrieren wir uns auf die Prozesse der durch Trockenstress ausgelösten Blattseneszenz, was weltweit die Ursache für enorme Ertragseinbußen ist. Unser längerfristiges Ziel ist aber, diese Epigenom-Plattform für ganz unterschiedliche agronomisch relevante Fragestellungen einzusetzen, um so im Verbund mit Züchtern die Leistungsfähigkeit der Nutzpflanzen-Epigenom-Plattform universell bei der Züchtung leistungsstarker und umwelttoleranter Sorten einsetzen zu können.