SNP Identifizierung für eine gezielte Genotypisierung von Jatropha curcas

Die Fähigkeit der Arten, sich unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen beruht auf ihrer genetischen Vielfalt. Diese Vielfalt, meist als Single Nucleotide Polymorphismus (SNPs) erkennen kann, Hinweise auf die adaptiven Prozesse und populations- geschichte liefern, die in der Evolution der Art eine Rolle gespielt haben. Eine Reihe von verschiedenen Techniken zur Identifizierung von SNPs wurden entwickelt, aber alle haben ihre Einschränkungen. TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes) ist eine Technik für Reverses-Genetik die Polymorphismen in einem Zielgen durch Heteroduplexanalyse identifizieren kann. Eine Variation dieser Technik (EcoTILLING) bietet die Möglichkeit das Ausmaß der natürlichen Variation in ausgewählten Genen bestimmen. EcoTILLING und TILLING stellen kostengünstige Ansätze für Haplotypisierung und SNPs Entdeckung dar. Die Ziele dieses Projekts sind: i) die Bestimmung der genetischen Variation von J. curcas Herkünfte und von nahe verwandten Arten. ii) die Beurteilung von EcoTILLING und TILLING als zuverlässige kostengünstige Methoden, um SNPs in einer großen Anzahl von Pflanzen J. curcas Herkünfte, von verwandten Arten und von induzierten Mutanten zu erkennen. iii) die Verwendung von EcoTILLING und TILLING als Reverse genetische Methode für die funktionelle Analyse von angewählten Genen von J. curcas. Die geplanten Aktivitäten für dieses Projekt sind: Auswahl von 12 Kandidaten-Gene (Gene die in die Produktion von Öl, Toxinen und die Anpassung beteiligten Abwehrreaktion Stress) von J. curcas. Bewertung der Haplotypen Vielfalt, die mittels EcoTILLING und TILLING in einer großen Anzahl von Jatropha Pflanzen unterschiedlicher geogrphischer Herkunft und von EMS induzierten Mutanten, gefunden werden. Suche nach der Allelevielfalt und Bewertung von EcoTILING und TILLING als Methoden, um neue Allele entdecken.

Jatropha curcas L. ist eine mehrjährige Pflanze, die in tropischen und subtropischen Gebieten weit verbreitet ist und in Mittelamerika ausstammt. Es wachst auf fast jedem Boden und ist daher in der Lage, Bodenerosion zu verhindern. Dieser Baum produziert ölreiche Samen (27-40%), die für die Produktion von Biodiesel geeignet sind. Darüber hinaus wurde mehrere pharmazeutische wichtige Komponenten in J. curcas gefunden, die die Grundlage für die wirtschaftliche und soziale Entwicklung der Regionen sein könnten, in denen sie wächst. Allerdings wird eine effiziente industrielle Nutzung der Pflanze durch mangelndes Wissen über den genetischen Hintergrund von J. curcas behindert, und daher sind weitere Untersuchungen erforderlich, um genetische Unterschiede zwischen toxischen und nicht-toxischen Genotypen zu finden.Um eine nachhaltige Bewirtschaftungsstrategie für J. curcas zu schaffen, wurde genetische Variationen innerhalb einer umfangreiche Sammlung von 907 J. curcas- aus 53 geografischen Regionen, die 15 Länder und 3 Kontinente durchgeführt. Die vorliegende Studie bestätigt, dass menschliche Aktivitäten einen großen Einfluss auf die genetische Vielfalt von J. curcas hatten, nicht nur wegen der Domestikation, sondern auch wegen der vorgenommenen Selektion.Ein wichtiges Ziel bei der genetischen Verbesserung von Jatropha ist die Entwicklung von Sorten mit hohem Ertrag, hohem Öl-Gehalt und geringer Toxin-Menge. Um diesen Prozess zu beschleunigen, ist die Identifizierung der natürlichen genetischen Variation wichtig. Da der größte Teil der funktionellen Variation in den kodierenden Regionen des Genoms liegt, war es der logische erste Schritt, kodierende Regionen von interessanten Merkmalen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde Eco-TILLING (Targeting Induced Local Lesions in Genomes) durchgeführt, um die Funktion von Kandidatengenen durch die Entdeckung neuer SNPs zu untersuchen. Die gewählte Strategie konnte mexikanische (Zentrum des Ursprungs) von anderen Herkünften, und toxische von ungiftigen Genotypen unterscheiden.Um neue genetische Variationen zu schaffen, bietet die Anwendung von Mutagenese zuverlässige Strategien, vor allem in Kulturpflanzen mit einer engen genetischen Variabilität, wie Jatropha. Obwohl Mutationen spontan in der Natur auftreten, ist ihre Häufigkeit so selten, dass sich die Pflanzenzüchtung nicht allein auf sie verlassen kann. Daher wurden allgemeine Methoden zur Mutationsinduktion (chemische und physikalische Mutagenese), durch Behandlung mit Ethylmethansulfonat (EMS) und Gammabestrahlung verwendet, um eine große Anzahl von Mutanten in verschiedenen Geweben von J. curcas unter in vitro und in vivo Bedingungen zu erzeugen. Dies erfordert rasche und effektive Strategien, um die besten Genotypen in einer großen Population auszuwählen. Daher wurden TILLING durch Sequenzierung, Genotypisierung durch Sequenzierung (GBS) sowie doppelte Digest-GBS-Sequenzierung (ddGBS) angewendet, um neue Mutanten zu identifizieren und deren Gen-Funktion zu analysieren.Da diese nicht essbare Pflanze auf einem nicht-domestiziertem Niveau ist, erfordert ihre Selektion die Entwicklung von neuen Werkzeugen. In der Tat, ein Mangel an Wissen über die quantitativen genetischen Variationen macht es schwierig, Öl und Toxingehalte vorherzusagen und die Unterschiede in der Genexpression unter verschiedenen Umweltbedingungen zu verstehen. Mit dem Ziel, die Entwicklung von Jatropha-Samen besser zu verstehen und ihre agronomische Leistung zu verbessern, wurde ein zweistufiger Ansatz durchgeführt: 1) Erzeugen des gesamten Transkriptoms von sechs verschiedenen Entwicklungsstadien von J. curcas-Samen, 2) Vergleich des transkriptionellen Expressionsniveaus In sechs verschiedenen Entwicklungsstadien von Samen und Blättern von verschiedenen Genotypen (toxisch und nicht-toxisch). Diese Datensätze bieten umfassende Expressionsprofile für die Saatgutreifung und die Toxinproduktion in verschiedenen Genotypen von J. curcas, die letztendlich unser Verständnis der Jatropha-Biologie verbessern und nützliche Ressourcen und Hinweise für andere verwandte Arten oder ölhaltige Samen darstellen.Da die Entdeckung von viruskodierten miRNAs eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese, Wirt-Pathogen-Interaktion und der Regulation der endogenen Genexpression spielt, konnten wir zum ersten Mal virale microRNAs von Begomoviren und Wirtspflanzen (Jatropha und Maniok) voraussagen, die eine entscheidende Rolle in Genexpression spielen. Dies ist die erste Bewertung der voraussagten viralen miRs/miRs*und Wirtspflanzen-miRNAs, die einen Bezugspunkt für die miRNA-Identifizierung in Pathogenen und ihren Wirten bilden. Diese Erkenntnisse werden das Verständnis von Wirt-Pathogen-Interaktionswegen und der Funktion von viralen miRNAs in Euphorbiaceen-Kulturpflanzen verbessern.