AG Alexander Kaier

Ernäherungssicherung, Verbrauchervorlieben und die unmittelbare Bedrohung durch den globalen Klimawandel stellen große Ansprüche an Züchter, schnelle und effiziente Wege zu finden für die Entwicklung neuer Nutzpflanzensorten. Dementsprechend sind ein tiefes Verständnis der Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren von unschätzbarem Wert für die Idetifizierung neuer Ansäte für die gezielte Anpassung von Nutzpflanzen.

Der Fokus unserer Forschung liegt auf der Analyse diverser Nutzpflanzen, von denen manche nur lokal angebaut werden, andere hingegen zur Sicherung der weltweiten Narhrungsversorgung beitragen. Das Ziel ist dabei die Identifizierung genomischer und transkriptioneller Variationen, deren Nutzung zu einer erhöhten Toleranz gegenüber verschiedenen abiotischen Stressoren führen können. Dabei bedienen wir uns biostatistischer und bioinformatischer Methoden aus den Bereichen der quantitativen Genetik und Populationsgenetik. Ebenso benutzen wir modernste Techniken aus dem Bereich des maschinellen Lernens. Gemeinsam helfen uns diese Methoden dabei, komplexe Datensätze aus den Bereichen der Genomik, Transkriptomik, Methylomik, Metabolomik und Phenomik zu analysieren und zu integrieren. Die Interpretation der Ergebnisse helfen dabei, das vielschichtige Interaktionsnetz biologischer Systeme sowie die genetische Grundlage komplexer Merkmale besser zu verstehen. Das gewonnene Wissen trägt ebenso dazu bei neue Ziele für die molekulare Züchtung zu identifizieren.

Derzeit beschäftigen wir uns überwiegend mit die Analyse von Multi-Omik Datensätzen aus der Kartoffel (Solanum tuberosum). Nach Reis und Weizen stellt sie die wichtigste Nutzpflanze zur Erhaltung der Nahrungsversorgung dar. Die modernen Zuchtsorten haben ihren Urpsrung in den Hochlagen der Anden zwischenBolivien und Peru. Ihre Domestizierug liegt ca. 8.000 Jahre zurück. Die kultivierte Kartoffel wurde in den 70er Jahren des 16. Jahrhunderts in Europa eingeführt. Heutzutage wird die Kartoffel weltweit in Breitengraden zwischen 65°N und 50°S und bis auf 4.000 m Höhe angebaut. Dies demonstriert die erstaunliche Anpassungsfähigkeit der Kartoffel and unterschiedliche Umweltbedingungen. Trotz ihrer Anpassungsfähigkeit zeigt die Pflanze eine hohe Sensititvät gegenüber manchen abiotischen Stressoren, unter ihnen Trockenheit und Hitze. Vor allem hohe Temperaturen (über 20°C) haben einen erheblichen negativen Einfluss auf die Knollenproduktion.

Auf Grund des sich rasch verändernden Klimas, einer wachsenden Weltbevölkerung und der Notwendigkeit der Nahrungsproduktion unter suboptimalen Bedingungen, arbeiten wir mit nationalen und internationalen Partnern im derzeitigen Hauptprojekt. Für Details zum Hauptprojekt kann der Doktorand/die Doktorandin oder der Arbeitsgruppenleiter (Alexander Kaier) kontaktiert werden.

• Epigenetik der Hitzetoleranz in Kartoffel (Darren Yeo)

Im Laufe des vergangenen Jahrzehnts hat sich zunehmend abgezeichnet, dass agronomisch wichtige Merkmale in Nutzpflanzen durch einwirkende Umwelteinflüsse untrennbar mit ihrer epigenetischen Regulation verbunden sind. Als epigenetische Regulation wird die Steuerung der Genexpression durch Genommodifikation bezeichnet, die nicht die Genomsequenz verändern.  Eine solche epigenetische Modifikation ist die Methylierung und Demethylierung des Cytosins. Methylierungsmuster können unterschiedlich Ausprägungen aufweisen zwischen Genotypen, einzelnen Pflanzen oder sogar zwischen verschiedenen Gewebetypen. Auch Umwelteinflüsse wie Hitzestress können zu differenzieller Methylierung führen, möglicherweise auch in der Kartoffelpflanze. Um diese Prozesse besser zu verstehen, untersuchen wir die genomweiten Methylierungsmuster von Kartoffelsorten, die ein kontrastierenden Verhalten im Bezug auf ihre Hitzetoleranz aufweisen. Unterschiede in der Methylierung des Genoms könnten Aufschluss geben über Mechanismen, die die Hitzetoleranz dieser wichtigen Nutzpflanze beeinflussen.