Das Projekt "Teilvorhaben 1: Züchtung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BIOPLANT - Biotechnologisches Forschungslabor GmbH durchgeführt. Die Kartoffel zeigt aufgrund ihrer tetrasomen Vererbung und der hohen Heterozygotie komplexe Erbgänge. Kombiniert mit der geringen vegetativen Vermehrungsrate resultieren Züchtungszyklen von 10 Jahren. Dies führt insbesondere bei der Züchtung von rezessiven/intermediären Merkmalen und bei der Auskreuzung von unerwünschten Genomanteilen (Wildarten) zu nicht akzeptablen Züchtungszeiträumen. Deshalb soll hier ein Verfahren (HATZ) entwickelt werden, das den Selektionsprozess durch die Kombination von Gewebekulturverfahren mit Marker-assistierter Selektion (MAS) drastisch verkürzt. Im Rahmen der MAS soll auf das gewünschte Gen/Allel und gegen unerwünschte Genomanteile selektiert werden. Um die molekulare Analyse im Hochdurchsatz zu ermöglichen, sind Verfahren zu entwickeln, welche die in tetraploiden Pflanzen auftretenden fünf Allelhäufigkeiten (nulliplex bis quadruplex) unterscheiden können. Als Modell für die Etablierung des HATZ-Verfahren werden Hoch-Amylopektin(HAP)-Kartoffeln verwendet. HAP ist ein hochwertiger Inhaltsstoff von solchen Kartoffeln, die homozygot sind für inaktive Allele des gbssI-Gens. Um die Eigenschaften dieses Wertstoffes weiter zu optimieren, sollen Sorten mit optimierter Amylopektinstärke (HAP-PLUS) gezüchtet werden, indem inaktive gbssI-Allele kombiniert mit inaktiven Allelen weiterer Gene der Stärkebiosynthese kombiniert werden. Als zweites Modell sollen Resistenzgene mittels HATZ-Zyklen mit dem Merkmal HAP-PLUS-Stärke kombiniert werden. Um dies zu erreichen, sind diagnostische Marker zu entwickeln, welche die gewünschten Gene/Allele bzw. die Alleldosis unabhängig vom genetischen Hintergrund nachweisen.
Das Projekt "Entwicklung von Nachweismethoden, Screening mittels ELISA sowie Anzucht und Erhaltung - Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Biologie I (Botanik, Molekulargenetik) durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, die Kartoffel als biotechnologisches Produktionssystem für neue Stärkequalitäten zu nutzen. Hier sind zu nennen Amylosestärke, Amylopektinstärke und Hochphosphatstärke. Es sollen neue Methoden bei der Erstellung solcher Pflanzen evaluiert und angewendet werden. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung von polyklonalen Antikörpern gegen das SBE I und das SBE II Protein aus Kartoffel. Die Antikörper werden enzymatisch gekoppelt und in ihren Bindeeigenschaften charakterisiert. Ein ELISA assay zur exakten Quantifizierung des Gehaltes der jeweiligen Proteine in Extrakten aus Blättern der mutagenisierten Population wird etabliert. Insgesamt werden hierfür bei einfacher Reproduktion 80000 assays durchgeführt. Weiterhin werden 15000 Pflanzen im Gewächshausangezogen, Blattmaterial für die assays geerntet und die Knollen zur weiteren Reproduktion eingelagert. Die Entwicklung von Pflanzen und die Untersuchung modifizierter Stärken kommen parallel zum Einsatz, um in möglichst kurzer Zeit die Entwicklung marktfähiger Produkte zu ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Isolierung und Testung modifizierter Stärken im Technikumsmaßstab" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Emsland-Stärke GmbH durchgeführt. Die Kartoffel soll als biotechnologisches Produktionssystem für neue Stärkequalitäten genutzt werden: Amylosestärke, Amylopektinstärke und Hochphosphatstärke. Neue Methoden bei der Erstellung solcher Pflanzen werden evaluiert und angewendet. Gentechnisch erstellte Kartoffeln werden angebaut, die modifizierte Stärke produzieren. Dies ermöglicht eine Testung der Stärke. Die Entwicklung von Pflanzen und die Untersuchung modifizierter Stärken erfolgt so parallel, um in möglichst kurzer Zeit die Entwicklung marktfähiger Produkte zu ermöglichen. Gewinnung und Untersuchung der Spezialstärken aus genmodifzierten Kartoffeln und durch chemische Trennung von Kartoffelstärke. Erzeugung von Derivaten und deren Testung. Gewinnung und Testung der Stärken aus den Mutanten, Erzeugung von Derivaten, Testung und Vergleich. Optimierung der Derivatisierungsmethoden. Die neuen Stärkekartofelsorten erzeugen als Bioreaktor neue Spezialstärken. Diese Kartoffeln werden im Auftrag der Emsland-Stärke angebaut, um daraus die Spezialstärken zu gewinnen.Teilweise neue marktfähige Produkte werden mit geringerem Einsatz von Chemikalien und Energie hergestellt und vertrieben.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Methodenentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Die Kartoffel zeigt aufgrund ihrer tetrasomen Vererbung und der hohen Heterozygotie komplexe Erbgänge. Kombiniert mit der geringen vegetativen Vermehrungsrate resultieren Züchtungszyklen von 10 Jahren. Dies führt insbesondere bei der Züchtung von rezessiven/intermediären Merkmalen und bei der Auskreuzung von unerwünschten Genomanteilen (Wildarten) zu nicht akzeptablen Züchtungszeiträumen. Deshalb soll hier ein Verfahren (HATZ) entwickelt werden, das den Selektionsprozess durch die Kombination von Gewebekulturverfahren mit Marker-assistierter Selektion (MAS) drastisch verkürzt. Im Rahmen der MAS soll auf das gewünschte Gen/Allel und gegen unerwünschte Genomanteile selektiert werden. Um die molekulare Analyse im Hochdurchsatz zu ermöglichen, sind Verfahren zu entwickeln, welche die in tetraploiden Pflanzen auftretenden fünf Allelhäufigkeiten (nulliplex bis quadruplex) unterscheiden können. Als Modell für die Etablierung des HATZ-Verfahrens werden Hoch-Amylopektin(HAP)-Kartoffeln verwendet. HAP ist ein hochwertiger Inhaltsstoff von solchen Kartoffeln, die homozygot sind für inaktive Allele des gbssI-Gens. Um die Eigenschaften dieses Wertstoffes weiter zu optimieren, sollen Sorten mit optimierter Amylopektinstärke (HAP-PLUS) gezüchtet werden, indem inaktive gbssI-Allele mit inaktiven Allelen weiterer Gene der Stärkebiosynthese kombiniert werden. Als zweites Modell sollen Resistenzgene mittels HATZ-Zyklen mit dem Merkmal HAP-PLUS-Stärke kombiniert werden. Um dies zu erreichen, sind diagnostische Marker zu entwickeln, welche die gewünschten Gene/Allele bzw. die Alleldosis unabhängig vom genetischen Hintergrund nachweisen.
Das Projekt "Etablierung eines markerfreien Transformationssystems bei Kartoffeln im Rahmen der Schaffung neuer Resistenz- (Bakterien, Pilze, Viren) und Qualitaetseigenschaften (Amylopektin-Staerke, neue Inhaltsstoffe)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Pruefung und Entwicklung neuartiger Methoden zur Herstellung transgener Kartoffelpflanzen, die keine Antibiotika-Resistenzgene tragen. Die Experimente sollen am Beispiel der stabilen Integration eines Markergen freien, anti-sense GBSS (asGBSS)-Konstrukts in bayerischen Kartoffelsorten durchgefuehrt werden. Da prinzipiell zur Herstellung von transgenen Pflanzen auf ein Selektionsverfahren verzichtet werden kann, sollen Markergen freie Genkonstrukte erstellt und in Kartoffelpflanzen uebertragen werden. Dabei werden ausschliesslich gewuenschte Merkmale eingebracht. Mit gendiagnostischen Methoden werden Pflanzenzellen, die transgene DNA-Sequenzen tragen, von nichttransformierten Zellen unterschieden. Eine weitere Moeglichkeit zum Verzicht auf Antibiotika-Resistenzgene stellt die Verwendung alternativer Markergene zur Herstellung transgener Pflanzen dar. Transformierte Zellen koennen in vivo ohne Selektion (z. B. durch Expression des gruen fluoreszierenden Proteins GFP) oder durch den Einsatz von Genen, die zur Detoxifizierung von Metabolitanaloga fuehren (z. B. das 2-Deoxyglukose-6-Phosphat Phosphatasegen, das die Selektion von transgenen Regeneraten auf 2-DOG haltigen Medien vermittelt) identifiziert werden. Es werden moderne Markergen-Konstrukte hergestellt und in alternativen Selektionsverfahren geprueft. Ein elegantes Verfahren stellt die sequenzspezifische Exzision von Markergen-Sequenzen nach erfolgter Selektion dar. Zunaechst erfolgt die konventionelle Markergen gestuetzte Selektion. Erst in einem zweiten Schritt werden definierte Markergen-Sequenzen spezifisch eliminiert. Verfuegbare genomische Werkzeuge wie das Transposonsystem Ac/Ds und die sequenzspezifischen Rekombinationssysteme Cre/lox und FLP/FRT sollen zur spezifischen Manipulation der uebertragenen DNA zum Einsatz kommen.