Afrikanische Pflanzengenomik

Afrikanische Pflanzengenomik

Patience Chatukuta

Unsere Arbeitsgruppe studiert die Genom-Diversität bisher wenig untersuchter Nutzpflanzen, die im Süden von Afrika zum Eigenbedarf angebaut werden. In Kollaboration mit Wissenschaftlern aus dem afrikanischen Kontinent arbeiten wir am Erhalt und an der Verbesserung dieser Nutzpflanzen. Untersuchungen von genomischer and phänotypischer Vielfalt können beitragen, die Grundlagen wertvoller Resistenzen festzustellen, wie zum Beispiel bei Horngurken (Cucumis metuliferus), welche nicht von Wurzelgallenälchen befallen werden.

Wir untersuchen mit Herbarienbelegen, ihrer Digitalisierung, AI-unterstützter Datenanalyse und geographischem Kontextwissen die Verbreitung von verwandten Wildarten und beurteilen, ob sie gefährdet sind.

Unsere Arbeiten erweitert sich auch auf angewandte funktionale Genomik, im Besonderen durch die Anwendung von DNA-freiem Genom-Editing und single activating RNAs zur Verbesserung der Regeneration von widerspenstigen Pflanzen über spezifische Transkriptionsfaktoren.

Unsere Interessensgebiete sind:

  • Die Diversität von Pflanzenpopulationen
  • Pflanze-Pathogen-Interaktion
  • Erhalt und Verbesserung von Nutzpflanzen

 

Unsere Hauptinteressen:

  • Räumliche Variation von Resistenzen
  • Räumlicher und zeitlicher Verweil von Resistenz-Strategien
  • Evolutionäre Dynamik und Heterogenität von Reistenz-vermittelnden Loci im Genom

Diversität in der Horngurke

Wir suchen die genomischen Regionen, welche wichtige phänotypische Ausprägungen in der Horngurke steuern - für eine agronomische Verbesserung.  Dazu planen wir, das Genom zu assemblieren und alle kodierenden Sequenzen zu annotieren. Wir haben bereits die genomische und phänotypische Diversität von Horngurken-Akzessionen aus Zimbabwe, Zambia, Botswana, Malawi, Südafrika und Mozambique untersucht, und in Kollaboration mit der University of Zimbabwe, sammeln wir regional Samen, untersuchen Felder, katalogisieren umfassend die unterschiedlichen Phänotypen und führen Erbgutuntersuchengen wie auch genomweite Assoziationsstudien durch.

Wurzelgallen

Die Horngurke ist resistent gegen Wurzelgallenälchen, welche in anderen Gurkenähnlichen Arten wie Melonen und Gurken zu großen Ernteeinbußen führen. Wir untersuchen, inwiefern uns das Wissen über die transkriptionale Antwort der Horngurke nach Kontakt mit Meloidogyne incognita Nematoden helfen kann, die genetischen Grundlagen ihrer Resistenz zu verstehen. Zusätzliche zur Stärke der Genexpression werden wir hierbei auch Veränderungen von Isoformen der Transkripte vergleichen, und untersucht werden verschiedenen Horngurken Akzessionen. Dies ist eine kollaborative Arbeit mit der University of Zimbabwe

Erhaltung der Biodiversität

Die wilden Verwandten von Nutzpflanzen sind genetisch ähnlich genug zu modernen Kultivaren, um als genetische Ressource für deren Verbesserung genutzt zu werden. Mittels Herbarienbelegen beschreiben wir die Verbreitung der wilden Verwandten in Zimbabwe, mit dem Ziel, Gefahren für ihren Erhalt aus dem Weg zu räumen. Mit unseren Kollaborateuren generieren und analysieren wir digitale Bilder der Belege im Zimbabwe National Herbarium, woraus wir dann eine nationale Prioritätenliste erstellen und alle Interessensgruppen informieren und Empfehlungen aussprechen. Hierbei kombinieren wir digitale Bildaufnahmen mit AI-unterstützter Validierung, Feld- sowie geographischen Untersuchungen. Das digitale Archivieren und Beschreiben von Beleg-Exemplaren wird uns auch dabei helfen, vergleichbare Belege aus Herbarien für spätere genomische Anwendungen heranzuziehen, um auch mögliche klimatisch-bedingte Veränderungen vorhersagen zu können.

Verbesserung von Nutzpflanzen durch DNA-freies Genom-Editing

Maniok (Manihot esculenta) ist in Afrika das drittwichtigste Grundnahrungsmittel für Kohlehydrate. Seine Verbesserung wurde aber seither dadurch eingeschränkt, dass Transformation und Regeneration nicht einfach sind. Das BABY BOOM Gen hat auch in vielen anderen Arten schon die Regenerationsfähigkeit erhöht, und daher versuchen wir nun, seine Expression im Maniok transient zu verändern, indem wir die regulatorischen Sequenzen im Genom durch dCas9 aktivieren. Wir kombinieren hierbei Gewebekultur, die transiente Transformation von Protoplasten, DNA-freies Genom-Editing mit Cas12a Ribonukleinpartikeln, saRNA-vermittelter Aktivierung und Hochdurchsatzsequenzierung um ein anwendbares Protokoll für die Regeneration von Maniok zu erstellen.

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