Das Genom-Analysezentrum gibt einen wichtigen Meilenstein bei der Weizenforschung bekannt

Eine komplexere und genauere Weizengenomzusammensetzung wurde von
den Forschern des Genome Analysis Centre (TGAC) am 12. November 2015
vorgestellt. Diese bahnbrechende Ressource baut auf internationalen
Bemühungen in diesem Bereich auf und kann Weizenzüchtern bei der
Beschleunigung ihrer Erntehilfsprogramme helfen und Forschern die
Entdeckung von Genen für Schlüsseleigenschaften wie Ertrag,
Nährstoffgehalt und Brotbackeigenschaften ermöglichen. Da Weizen eine
der wichtigsten Feldfrüchte der Welt ist, können die neuen
Genomressourcen zur Absicherung der zukünftigen
Nahrungsmittelversorgung beitragen.

Das Weizengenom ist jetzt in wenigere und größere DNA-Blöcke
aufgeteilt und deckt Bereiche ab, die von früheren Zusammensetzungen
nicht erreicht wurden, wie komplizierte, stark repetitive Bereiche,
die über 80 Prozent der DNA-Sequenzen bilden. „Des Weiteren“, so Matt
Clark, Gruppenleiter beim TGAC (Co-Hauptprüfer bei diesem Projekt),
der die Sequenzierungsarbeiten leitete, „hat Weizen ein sehr breites
und komplexes Genom, das aus der Hybridisierung von drei eng
verwandten Gräsern entstammt, von denen jedes selbst ein breites
Genom aufweist. Dies war ein komplexes Problem, das die
Wissenschaftler für etliche Jahre beschäftigte.“

Das Erreichen dieses Meilensteins ist intensiven Bemühungen in
Großbritannien zu verdanken, Weizengene zu identifizieren und
Einsichten in die Verbindungen zwischen ihnen zu gewinnen, um
Zuchtprogramme zu fördern.

Bei dieser neuesten Entwicklung mussten Milliarden von Basen
sequenziert werden, und die Zusammensetzung, ein gigantisches Puzzle
mit Milliarden von Teilen, die alle ziemlich gleichartig sind,
benötigte drei Wochen auf einem der größten Supercomputer im UK, der
speziell für die Arbeit mit Weizen konfiguriert war

Zum Aufbau der Zusammensetzung des Weizengenoms nahm Bernardo
Clavijo, Teamleiter für Algorithmen-Forschung und -Entwicklung beim
TGAC, weitreichende Änderungen an einer Software mit der Bezeichnung
DISCOVAR vor, die vom Broad Institute, Cambridge USA entwickelt und
vorher für spezielle Anwendungen bei der Zusammensetzung des
menschlichen Genoms verwendet wurde, in Zusammenarbeit mit Federica
Di Palma, Director of Science des TGAC and Visiting Scientist am
Broad Institute. Um bei der Zusammensetzung die gesamte Komplexität
der DNA-Sequenz beizubehalten, nahm er eine Reihe von wesentlichen
Veränderungen an der Software vor: „Wir konzentrierten unseren Ansatz
auf eine maximale Abdeckung des Genoms durch die Abgrenzung von
Wiederholungen. Wir achteten sehr darauf, neu generierte qualitativ
hochwertige Eingabedaten zu verwenden.“

Diese Fortschritte bedeuten, dass die Software jetzt mit hoher
Geschwindigkeit und Präzision verschiedene Weizengenome
zusammensetzen kann. Das bereitet den Weg zur raschen Generierung
brauchbarer Zusammensetzungen zahlreicher Weizensorten – ein
wesentlicher Schritt für Zucht und Forschung. Mike Bevan vom John
Innes Centre (JIC) (Co-Hauptprüfer), sagte: „Die Fähigkeit zur
Sequenzierung und Zusammensetzung zahlreicher Weizengenome überwindet
effizient größere Hindernisse bei der Verbesserung von Weizenernten.
Wir sind jetzt in der Lage, genetische Variationen von angestammten
Weizensorten für neuartige Ernteverbesserungen zu verwenden.“

Ksenia Krasileva, Gruppenleiterin beim TGAC und TSL, die eine
erste Beurteilung der Zusammensetzungen vorgenommen hatte, sagte:
„Eine der komplexesten und größten Gruppen von Genen bei Weizen sind
diejenigen, die zum Nährstoffgehalt und zur Eignung des Getreides zum
Backen beitragen. Diese sind alle in vollständigen Kopien des Genoms
vorhanden und weisen darauf hin, dass andere, schwierig
zusammenstellende Gene ebenfalls akkurat vertreten sind.“

Steve Visscher, Deputy Chief Executive des Biotechnologischen und
biowissenschaftlichen Forschungsrates (BBSRC), der das Projekt
finanzierte, erläuterte: „Der BBSRC ist hocherfreut, einen wichtigen
Beitrag zu dieser G20-gesponserten international Wheat Initiative zu
leisten. Zahlreiche Forschungsgruppen tragen zu den weltweiten
Forschungsunternehmungen bei, eine vollständig und ausgerichtete
Weizengenomsequenz zu entwickeln, den Reichtum der genetischen
Diversität von Weizen zugänglich und verständlich zu machen, um die
Weizenerträge zu steigern, die Toleranz von Weizen gegenüber
Belastungen, Pathogenen und Schädlingen zu erhöhen und die
Nachhaltigkeit der Weizenproduktion zu steigern. Es ist
kennzeichnend, dass für diesen bedeutenden Schritt bei der
Entschlüsselung des komplexen Weizengenoms, das fünfmal so groß ist
wie das Humangenom, spezielle Software angepasst wurde, die
ursprünglich für die Zusammensetzung des Humangenoms entwickelt
wurde.“

Die frühzeitige Veröffentlichung der Daten als neue Ressource für
die weltweiten Weizen forscher und -züchter spiegelt die
Gründungsprinzipien der Weizeninitiative des gemeinsamen Nutzens von
Daten und die Suche nach Synergien durch Kooperation wider, um die
große globale Herausforderung der Ernährung einer Weltbevölkerung von
10 Milliarden Menschen (so die Schätzungen für 2050) zu bewältigen.
Die Daten stehen für Sequenzrecherche (BLAST) auf der Grassroot
Genomics (http://www.tgac.ac.uk/grassroots-genomics/) Plattform des
TGAC ab dem 12. November 2015 zur Verfügung. Der vollständige
Datensatz mit den identifizierten Genen wird Ende 2015 in der
European Bioinformatics Institute–s (EBI) Ensemble Database
veröffentlicht. Das ist in wesentlicher Meilenstein bei dem vom BBSRC
finanzierten Forschungsprojekt „Triticeae Genomik für nachhaltige
Landwirtschaft“ in Kooperation mit dem TGAC, JIC, dem Europäischen
Bioinformatik-Institut und Rothamsted Research.

Das TGAC wird strategisch vom BBSRC finanziert und arbeitet an den
nationalen Fähigkeiten zur Förderung der Anwendung von Genomik und
Bioinformatik zur Weiterentwicklung der biowissenschaftlichen
Forschung und Innovation.

Die BLAST-Sequenzrecherchen stehen ab dem 12. November 2015
unterhttp://www.tgac.ac.uk/grassroots-genomics/ zur Verfügung.

Redaktionelle Hinweise

Ãœber das TGAC

Das Genom-Analysezentrum (TGAC) ist ein weltweites
Spitzenforschungsinstitut; das sich auf die Entwicklung von Genomik
und Bioinformatik konzentriert. Das TGAC hat seinen Sitz im Norwich
Research Park und erhält strategische Finanzierung vom biotechnischen
und biowissenschaftlichen Forschungsrat (BBSRC) – 7,4 Mio. £ für
2013/14 – sowie Unterstützung von anderen Forschungssponsoren. Das
TGAC ist eines von acht Instituten, die strategische Finanzierung vom
BBSRC erhalten. Das TGAC arbeitet an den nationalen Fähigkeiten zur
Förderung der Anwendung von Genomik und Bioinformatik zur
Weiterentwicklung der biowissenschaftlichen Forschung und Innovation.

Das TGAC verfügt über die neuesten DNA-Sequencing-Anlagen, die
einzigartig bei ihrem Betrieb von vielfachen komplementären
Technologien zur Datengenerierung sind. Das Institut ist eine
UK-Drehscheibe für innovative Bioinformatik durch Forschung, Analyse
und Auswertung von multiplen, komplexen Datensätzen. Es beherbergt
eine der größten Computer-Hardware-Anlagen, zur Forschung im Bereich
Life Science in Europa. Es ist zudem aktiv beteiligt an der
Entwicklung von neuen Plattformen zur Gewährung von Zugriff auf
Informatiktools und Verarbeitungskapazitäten für zahlreiche
akademische und industrielle Nutzer und zur Förderung von Anwendungen
in der Bioinformatik. Zusätzlich dazu bietet das Institut ein
Schulungsprogramm über Kurse und Workshops, und ein
Öffentlichkeitsarbeits-Programm für Schulen, Lehrer und die
allgemeine Öffentlichkeit über Dialog und wissenschaftliche
Kommunikation. http://www.tgac.ac.uk

Ãœber BBSRC

Der Rat für Biotechnologie und Biowissenschaften (BBSRC) investiert
in biowissenschaftliche Forschung und Weiterbildung auf allerhöchstem
Niveau im Auftrag der britischen Öffentlichkeit. Unsere Ziele sind
die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Kenntnisse, die
Förderung von Wirtschaftswachstum und Wohlstand, die Schaffung von
Arbeitsplätzen und die Verbesserung der Lebensqualität im UK und
darüber hinaus.

Der von der Regierung finanzierte, BBSRC investierte 2014-15 über
509 Mio. £ in Biowissenschaft auf Weltklasseniveau, und ist der
führende Sponsor im Bereich Weizenforschung im UK (über 100 Mio. £
Investitionen in die britische Weizenforschung in den letzten 10
Jahren). Wir unterstützen Forschung und Weiterbildung in
Universitäten und strategisch finanzierten Instituten. Die Forschung
des BBSRC und die Menschen, die wir finanzieren, helfen der
Gesellschaft bei der Meisterung schwieriger Herausforderungen,
darunter Nahrungsmittelsicherheit, umweltfreundliche Energie und eine
längere Lebenserwartung bei besseren gesundheitlichen Bedingungen.
Unsere Investitionen untermauern wichtige wirtschaftliche Sektoren im
UK, wie Landwirtschaft, Ernährung, industrielle Biotechnologie und
Pharmazeutik.

Weitere Informationen über den BBSRC, unsere Wissenschaft und
unsere Auswirkungen finden Sie auf: http://www.bbsrc.ac.uk. Weitere
Informationen über vom BBSRC strategisch finanzierte Institute siehe:
http://www.bbsrc.ac.uk/institutes

Ãœber das John Innes Centre

Unsere Mission ist es, durch innovative Forschung Kenntnisse über
Pflanzen und Mikroorganismen zu erlangen, Wissenschaftler für die
Zukunft auszubilden, unsere Kenntnisse über die Diversität der Natur
zum Nutzen von Landwirtschaft, Umwelt, Gesundheit und Wohlbefinden
der Menschen einzusetzen und uns mit politisch Verantwortlichen sowie
der Öffentlichkeit zu engagieren.

Um diese Ziele zu erreichen, setzen wir uns bahnbrechende
langfristige Forschungsziele in der Mikrobiologie und Pflanzenkunde,
schwerpunktmäßig im Bereich der Genetik. Zu diesen Zielen gehören die
Förderung der Umsetzung der Forschung durch Partnerschaften zur
Entwicklung verbesserter Nutzpflanzen und zur Herstellung neuer
Produkte aus Mikroorganismen und Pflanzen für die menschliche
Gesundheit und weitere Anwendungen. Wir schaffen zudem neue Ansätze,
Technologien und Ressourcen, die die Forschung weiterentwickeln und
der Industrie bei der Herstellung neuer Produkte helfen. Die
Kenntnisse, Ressourcen und vielseitig ausgebildeten Forscher, die wir
schaffen, helfen der Gesellschaft weltweit, wichtige
Herausforderungen anzunehmen, darunter die Bereitstellung
ausreichender und erschwinglicher Nahrungsmittel sowie neuer Produkte
für die menschliche Gesundheit und industrielle Anwendungen und die
Entwicklung einer nachhaltigen Produktion auf Biobasis.

Das stellt einen fruchtbaren Nährboden für die Ausbildung von
Pflanzenkundlern und Mikrobiologen der nächsten Generation bereit,
von denen viele industrielle und akademische Karrieren auf der ganze
Welt einschlagen.

Das John Innes Centre wird strategisch vom Rat für
biotechnologische und biowissenschaftliche Forschung (BBSRC)
(http://www.bbsrc.ac.uk/) finanziert. In den Jahren 2014-2015 erhielt
das John Innes Centre insgesamt 36,9 Mio. £ vom BBSRC.

Ãœber das Sainsbury Laboratory

Das Sainsbury Laboratory (TSL) ist ein weltweit führendes
Forschungszentrum, das sich auf fundamentale Erkenntnisse über
Pflanzen und deren Interaktionen mit Mikroben konzentriert. Das TSL
bietet nicht nur grundlegende biologische Einblicke in Interaktionen
zwischen Pflanzen und Pathogenen, sondern bietet auch neue Lösungen
auf Genombasis, die Verluste durch Krankheiten bei Nahrungspflanzen
erheblich reduzieren. TSL ist ein unabhängiges gemeinnütziges
Unternehmen, das von der Gatsby Charitable Foundation strategisch
finanziert wird, wobei die Gelder aus Zuschüssen und Wettbewerbsfonds
von einigen öffentlichen und privaten Körperschaften stammen,
darunter die Europäische Union (EU), der Rat für biotechnologische
und biowissenschaftliche Forschung (BBSRC) sowie kommerzielle und
gemeinnützige Organisationen http://www.tsl.ac.uk

Pressekontakt:
Hayley London
Marketing & Communications Officer, The Genome Analysis Centre (TGAC)
T: +44(0)1603-450107
E: Hayley.London@tgac.ac.uk

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