Monheim, Germany
September 21, 2011
Scientists from Bayer CropScience and the research institute VIB-UGent, Belgium, have started a collaboration to develop crops with higher yields and improved tolerance to stresses such as drought or soil salinity. In a first project, researchers will look at epigenetic differences between different crop varieties as a basis for selection of new characteristics. In a second project, scientists will computationally analyze the genes that are involved in the response of plants to high-stress situations such as drought. Both research projects are supported financially by the IWT - the national agency for the promotion of innovation by science and technology in Flanders, Belgium. The study results will be published in leading scientific journals.
Epigenetics: no difference in DNA, but in the way it is read
Epigenetics is a natural phenomenon that is used by plants and animals to regulate how hereditary material is read and used, for example as a response to drought. Depending on external factors, such as long periods of drought, genes causing the plant response are activated to a greater or lesser extent from the DNA. These changes are passed on to progeny, even though they are not stored in the DNA sequence. "With the new joint-research project, we aim to develop epigenetic control as a new molecular tool for the improvement of agricultural crops", said Dr Johan Botterman, head of BioScience Product Research at Bayer CropScience.
Increased yield stability
The researchers are also using computer applications in the study of plant stress tolerance. This project will focus on systems biology, the science that studies biological systems as the interactions between many components such as genes, proteins and metabolites. This approach is necessary in the study of stress tolerance because the plant’s reaction to drought or salinity is often controlled by complex networks of genes. "The aim is to identify the genes and their networks involved in stress tolerance and to validate them experimentally. This should lead to plants with increased yield stability", said Frank Van Breusegem, Project Leader at VIB-UGent.
The study will initially be conducted on the model crop Arabidopsis thaliana, mouse-ear cress, to accelerate the effects of individual genes and networks of genes. In a later phase, promising genes will be tested in different crops including oilseeds and cereals.
Wissenschaftler von Bayer CropScience und VIB-UGent starten Kooperation zur schnelleren Verbesserung von Nutzpflanzen
Wissenschaftler von Bayer CropScience und dem Forschungsinstitut VIB an der Universität Gent (VIB-UGent) in Belgien haben eine Forschungskooperation gestartet. Ziel ist die Entwicklung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen mit höheren Erträgen und verbesserter Resistenz gegen Stressfaktoren wie Trockenheit oder Bodenversalzung. In einem Projekt sollen mit Hilfe der Epigenetik neue Merkmale für die Pflanzenzucht gefunden werden. In einem zweiten Projekt werden Gene, die an der Reaktion der Pflanzen auf Stressbelastungen wie Trockenheit beteiligt sind, am Computer identifiziert und analysiert. Beide Forschungsprojekte werden vom IWT unterstützt, der staatlichen Agentur zur Förderung von Wissenschaft und Technologie in Flandern. Die Forschungsergebnisse sollen auch in führenden Fachzeitschriften veröffentlicht werden.
Epigenetik: kein Unterschied in der DNA, sondern in der Art, wie sie abgelesen wird
Die Epigenetik ist ein natürliches Phänomen, das bei allen Lebewesen vorkommt. Durch epigenetische Mechanismen wird die primäre genetische Information in der DNA nicht verändert, sondern die Ausprägung einzelner Gene flexibel geregelt, zum Beispiel als Reaktion auf Trockenheit. In Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, wie langen Dürreperioden, werden die Gene mehr oder weniger von der DNA abgelesen und in Proteine übersetzt. Diese Anpassungen der Pflanzen an ihre Umwelt können vererbt werden, obwohl sie nicht in der primären DNA-Sequenz gespeichert werden. "Mit dem neuen Forschungsprojekt wollen wir die Epigenetik als neues molekulares Werkzeug für die Züchtung verbesserter Nutzpflanzen einsetzen", erläuterte Dr. Johan Botterman, Leiter Product Research des Geschäftsbereichs BioScience von Bayer CropScience.
Stabilere Erträge
Die Forscher nutzen auch IT-basierte Systeme zur Erforschung der Stressresistenz von Pflanzen. Bei diesem Projekt geht es um Systembiologie - die Wissenschaft, die biologische Systeme als Wechselbeziehung vieler Komponenten wie Gene, Proteine und Metaboliten untersucht. Systembiologie ist für die Erforschung der Stressresistenz unerlässlich, da die Reaktion der Pflanze auf Trockenheit oder Versalzung häufig von komplexen biologischen Netzwerken gesteuert wird. "Das Ziel besteht darin, die an der Stressresistenz beteiligten Gene und Netzwerke zu identifizieren und experimentell zu bestätigen, um später zielgerichtet Kulturpflanzen züchten zu können, die stabilere Erträge bringen", erklärte Frank Van Breusegem vom VIB-UGent.
Die Studie wird zunächst an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durchgeführt. Diese schnellwachsende Pflanze mit sehr kurzer Vegetationszeit dient den Forschern schon viele Jahre in den Laboren und Gewächshäusern als Modell für landwirtschaftliche Nutzpflanzen, da die Wirkungen einzelner Gene und Gen-Netzwerke bei ihr quasi im Zeitraffer untersucht werden können. Zu einem späteren Zeitpunkt sollen spezifische Gene, die in der Modellpflanze positive Effekte gezeigt haben, in verschiedenen Nutzpflanzen, darunter Raps und Getreide, getestet werden.
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