Genome Editierung durch eine Cas9-vermittelte Mutagenese konnte bereits in mehreren Kulturarten, Raps eingeschlossen, erfolgreich gezeigt werden. Im Allgemeinen werden die Gene stabil in das Kerngenom der Nutzpflanze integriert, es können aber auch alternative Techniken ohne die Insertion eines Transgens zur Editierung verwendet werden. Die meisten Transformationsprotokolle beinhalten eine lange, arbeitsintensive Gewebekulturphase, die ein hohes Maß an Know-How erfordert und keine Hochdurchsatzverfahren zulässt. Daher zielen wir in diesem Vorhaben auf die Etablierung eines vereinfachten transienten Transformationsprotokolls ab, das junge Rapskeimlinge, Agrobakterien und Ultraschall verwendet. Die resultierenden Pflanzen sind nicht transgen und können direkt im Gewächshaus weitervermehrt werden. Das neue Protokoll sollte auch weniger abhängig vom verwendeten Genotyp sein und daher in weitem Umfang in der Rapszüchtung eingesetzt werden können.

Wir sind in der glücklichen Lage, aus einem früheren Projekt sowohl EMS-mutagenisierte TILLING-Mutanten zu besitzen, als auch Cas9-editierte Mutanten im gleichen Zielgen. Mittels eines Cas9-vermittelten Genaustausches werden wir in diesem Projekt Cas9-Mutanten erstellen, die an der gleichen Position im Zielgen verändert sind wie unsere TILLING-Mutanten. Dies ermöglicht uns einen Vergleich beider Mutantentypen. Das Ergebnis wird die Vorzüge des Genome Editing beleuchten und die Risiken beider Verfahren aufzeigen.

Raps (Brassica napus, 2n = 38, AACC) ist eine polyploide Nutzpflanze, die aus der natürlichen Hybridisierung von Brassica rapa (2n = 20, AA) and Brassica oleracea (2n = 18, CC) hervorgegangen ist. Aufgrund vorangegangener Triplikationsereignisse im Genom der beiden Vorfahren, haben wir in der Praxis daher oft den Fall, dass wir für ein Gen der Modellpflanze Arabidopsis sechs homöologe Gene im Raps finden, die zumeist redundante Funktionen haben. Da dies eine züchterische Bearbeitung erschwert, könnte ein gleichzeitiges Genom-Editing mehrerer Homöologe (Multiplexing), entscheidende Veränderungen bereits in einer einzigen Generation erreichen. Wir haben bereits erfolgreich Multiplexing in Raps angewandt (Braatz et al. 2017). In diesem Projekt werden wir diese Technik unter Verwendung polycistronischer tRNA-gRNA weiterentwickeln, um durch Ausschaltung redundanter Gene Raps mit einem erhöhten Ertragspotential durch eine erhöhte Zahl von Samenkammern zu erzeugen. In einem weiteren Ansatz werden wir Gene des Glucosinolat-Stoffwechsels ausschalten um diese antinutritiven Verbindungen im Rapssamen weiter abzusenken.

Durch Kombination von innovativen Genome Editing-Methoden streben wir die Erzeugung wertvoller neuer Prototypen für die Züchtung an mit vielversprechenden Pespektiven für künftige Anwendungen.