Entwicklung von Winter-Ackerbohnen für den ökologischen Landbau - Teilprojekt 2

Vicia faba L., die Ackerbohne, ist eine Körner-Leguminose wie Erbse, Lupine, Linse, Kicher-erbse, Phaseolus-Bohne und Sojabohne. Aufgrund von BSE und wegen verbreiteter Skepsis gegenüber Soja erfahren heimische Eiweißfrüchte wie die Ackerbohne eine neue Aufmerksamkeit. Ackerbohnen werden in Deutschland und seinen Nachbarländern als Sommerform angebaut. Winterformen der Ackerbohnen sind in England im Anbau; in Deutschland sind die Winter zu kalt. Sommerbohnen werden häufig - wenn man wegen Frühjahres-Nässe nicht früher kann - zu spät gesät. Diese Schwierigkeit kann mit einer Herbstsaat vermieden werden. Winterbohnen blühen und reifen früher, sind weniger von Sommertrockenheit betroffen, werden früher geerntet; dies gibt Zeit für Bodenbearbeitung nach Ernte z.B. gegen Unkräuter und für die frühere Saat einer Nachfrucht (bessere Nutzung des residualen Stickstoffes). Am Göttinger Institut wird seit den 80er Jahren eine genetisch sehr breite Winterackerbohnen-Population bearbeitet. Diese Population sollte hier an 24 sehr diversen Standorten in Deutschland in den Händen von Öko-Landwirten auf ihre Winterfestigkeit hin geprüft werden (siehe Abschlußbericht Teil Projekt 02OE451/1). Außerdem sollten etwa 50 Familien dieser Population in Göttingen an zwei sehr verschiedenen Öko-Standorten auf Unterschiede ihrer Winterhärte geprüft werden. Der extrem kalte Winter 2002/03 (in Göttingen bis minus 19°C ohne Schnee) führte zu einer sehr harten Auslese auf Winterfestigkeit. Mit dem verbleibenden, winterharten Material wurden Kreuzungen durchgeführt, u.a. mit einem Vicin/Convicin-armen Genotyp (cv. Mélodie). Außerdem wurden 350 vorhandene Linien aus dieser Popula-tion morphologisch-agronomisch studiert, incl. Samenproteingehalt. Die Ergebnisse führen zu Material, welches den beteiligten Öko-Landwirten für ihre Zwecke vielversprechend erscheint. Durch das hier abgeschlossene Projekt wird mit dem neu gestarteten Projekt BLE-03OE438 eine gemeinsame züchterische Arbeit mit dem Ziel von profitablen, einheimischen, ökologisch adaptierten Winter-Ackerbohnen realisiert

CRISPR/Cas9‐mediated genome editing: from basic research to translational medicine

The recent development of the CRISPR/Cas9 system as an efficient and accessible programmable genome-editing tool has revolutionized basic science research. CRISPR/Cas9 system-based technologies have armed researchers with new powerful tools to unveil the impact of genetics on disease development by enabling the creation of precise cellular and animal models of human diseases. The therapeutic potential of these technologies is tremendous, particularly in gene therapy, in which a patient-specific mutation is genetically corrected in order to treat human diseases that are untreatable with conventional therapies. However, the translation of CRISPR/Cas9 into the clinics will be challenging, since we still need to improve the efficiency, specificity and delivery of this technology. In this review, we focus on several in vitro, in vivo and ex vivo applications of the CRISPR/Cas9 system in human disease-focused research, explore the potential of this technology in translational medicine and discuss some of the major challenges for its future use in patients.Portuguese Foundation for Science and Technology: UID/BIM/04773/2013 1334 Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities RTI2018-094629-B-I00 Portuguese Foundation for Science and Technology SFRH/BPD/100434/2014 European Union (EU) 748585 LPCC-NRS/Terry Fox grantsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Quantitative genetic analysis of embryo heterosis in faba bean (Vicia faba L.)

Seeds, i.e. embryos, may be genetically different from either of their parents and moreover may express their own heterosis. The objective was to genetically analyse embryo heterosis for their own weight (i.e. seed weight) in comparison with their seedlings’ heterosis, taking the large-seeded crop (Vicia faba L.) as model. A specific diallel mating scheme was used, based on four parental lines, creating 76 seed genotypes in generations P, F(1), F(2) and BC. Mature seed weight was assessed for these embryo genotypes in 3 years at one German location, and young plant biomass yield of seedlings emerging from these seeds in two greenhouse experiments. The quantitative genetic analysis showed an average of 10.6% mid-parent heterosis for mature seed weight and 14.5% mid-parent heterosis for juvenile biomass. In both traits, the embryos contributed markedly and significantly via their own genes to the genetic variation. For mature embryo weight heterosis, apparently the parental difference in seed weight was decisive, whereas for juvenile biomass heterosis, genetic unrelatedness of parents had priority

Breeding research in faba bean: Facts and potentials

Der agronomische Wert moderner Ackerbohnensorten ist höher als es die aktuellen Anbauflächen widerspiegeln. Hybrid-Ackerbohnen sind mangels geeigneter CMS-Systeme nicht in Sicht, allerdings erweist sich die Züchtung synthetischer Sorten als erfolgreiches Konzept. Der Samenproteingehalt könnte genetisch gesteigert werden, hier fehlt ein ökonomischer Anreiz. Aktuell werden die Grundlagen zu einer markergestützten Verbesserung der Resistenz gegen Brennflecken (Ascochyta) und Rost (Uromyces) gelegt, außerdem wurden Geniteure für weitere Krankheitsresistenzen und für höhere Frosttoleranz (Winterbohnen) und DNS-Marker für Tanninfreiheit und Vicinarmut identifiziert.The agronomic value of modern faba bean cultivars is higher than indicated by their current acreage. Hybrid breeding is not feasible, because the CSM systems are not applicable. Yet, breeding of synthetic cultivars turned out to be a successful concept. The seed protein content could be genetically increased, alas, economic incentives to do so are missing. Presently the path is going to be paved for a marker-assisted improvement of resistance against Ascochyta and Uromyces. Furthermore, DNA markers for absence of tannins and low levels of vicine were identified, and donors for further disease resistances and for an increased frost tolerance (winter beans) were identified

Genetische Adaption an lokale, ökologische Anbaubedingungen: Vergleich zwischen ‚bester’ reiner Linie und genetisch breiter Population am Beispiel Sommer- und Winterackerbohne

Die Fababohne (Vicia faba L.) ist als Körnerleguminose eine ‘low input’-Frucht, die gut zur ökologischen Landwirtschaft passt und die dem ökologischen Anbausystem eine Reihe von Vorteilen gibt (z.B. ‚break crop’, positive N-Bilanz, Unkraut-Unterdrückung). Der Einsatz von Chemikalien in der konventionellen Landwirtschaft mildert dort teilweise die Auswirkungen von Umweltschwankungen auf die Feldfrucht. In der ökologischen Landwirtschaft ist es sehr wichtig, genetische Variation zu nutzen als Mittel, um mit den agro-ökologischen und umweltbedingten Schwankungen umzugehen, um das Risiko eines Anbau-Misserfolges zu vermindern. Deswegen benötigt die ökologische Landwirtschaft Sorten, die besonders an die ökologischen Bedingungen angepasst sind. Die hauptsächlichen Ziele dieser Studie waren: (1) lokal angepasste Ackerbohnen-Sorten für einige ökologische Bauernhöfe in Deutschland zu entwickeln, und dazu den partizipativen Ansatz zu wählen, (2) eine lokale mit der üblichen, überregionalen Pflanzenzüchtung zu vergleichen, und Inzuchtlinien mit synthetischen Sorten als Sortentyp für die ökologische Landwirtschaft zu vergleichen, (3) die Wirkung von Heterogenität des Inzuchtstatus und der Wuchshöhe auf die Konkurrenz zwischen Fababohnen-Genotypen abzuschätzen und schließlich (4) die Konkurrenzkraft zwischen Unkraut und Ackerbohnen-Genotypen zu prüfen, wenn die Bohnen sich in ihrer Heterozygotie, Heterogenität und Wuchshöhe kontrastierend unterscheiden. Für das erste Ziel wurden 49 Sommerbohnen-Genotypen und 56 Winterbohnen-Genotypen mit unterschiedlicher genotypischer Struktur (hoch und niedrig heterozygot bzw. heterogen) in Feldversuchen über vier ökologische Standorte und einen konventionellen Standort in Deutschland über die Jahre 2004, 2005 und 2006 geprüft. Das Material umfasste sowohl bei Winterbohnen als auch bei Sommerbohnen 18 Inzuchtlinien, ihre 18 Polycross-Nachkommenschaften, Polycross-Nachkommenschafts-Mischungen, Inzuchtlinien-Mischungen, eine F1-Hybriden-Mischung (Sommerbohnen) und Kontroll-Genotypen. Der Ertrag von synthetischen Sorten wurde aus dem Ertrag von Inzuchtlinien und ihren Polycross-Nachkommenschaften vorhergesagt. Für das zweite Ziel wurden die Resultate der genotypischen Leistung von Inzuchtlinien und Polycross-Nachkommenschaften von Sommerbohnen-Genotypen über diese fünf Orte und diese drei Jahre betrachtet. Für das dritte Ziel wurde ein Experiment über drei Jahre (2004, 2005, 2006) an einem Ort durchgeführt, wo geprüft wurden: eine hochwüchsige Hybride, eine hochwüchsige Hybriden-Mischung, eine kurze Hybriden-Mischen, eine hoch- und eine kurzwüchsige Inzuchtlinie, dieses in allen möglichen Zwei-Komponenten-Kombinationen des Typs „Linie plus Hybride“ und „Linie plus Linie“. Für jede Kombination wurde eine Serie von fünf Mischungs-Anteilen der je zwei Komponenten aufgestellt. Effekte aufgrund von Konkurrenz zwischen den Komponenten wurden auf der Ebene der Parzellen und auf der Ebene der einzelnen Komponenten erfasst. Was das vierte Ziel betrifft, so wurde ein Satz von 24 Genotypen, der aus verschiedenen genotypischen Strukturen zusammengesetzt wurde (acht Inzuchtlinien, acht Polycross-Nachkommenschaften, zwei Inzuchtlinien-Mischungen, zwei F1-Hybriden-Mischungen, vier Kontroll-Genotypen) unter zwei Behandlungen geprüft: mit Unkraut und ohne Unkraut. Die Konkurrenzkraft dieser Fababohnen-Genotypen gegenüber dem Unkraut wurden mit dem Modell-Unkraut Camelina sativa in zwei Orten in den Jahren 2005 und 2006 geprüft. Die Resultate dieser Versuche zeigten, dass die Kriterien der Landwirte bei der züchterischen Auslese stark durch die biotischen und abiotischen Bedingungen beeinflusst war, denen die Ackerfrucht an dem jeweiligen Ort ausgesetzt war. Der Ertrag bildete für alle Partner ein wichtiges Merkmal für die Einschätzung der Genotypen. Unerwarteterweise wurden anscheinend eher homogene Genotypen als heterogene Genotypen von den Landwirten wertgeschätzt. Aufgrund der großen Genotyp x Orts-Interaktionen der ökologischen Anbauorte versprach eine lokale Züchtung höhere Selektionsgewinne und wäre offensichtlich effizienter als die überregionale Züchtung. Trotz der großen Varianz zwischen Inzuchtlinien, die einer lokalen Züchtung zur Verfügung steht und die einen hohen Auslesegewinn erlaubt, waren die Synthetiks mit dem höchsten Ertrag in beiden Züchtungsstrategien aufgrund ihrer partiell genutzten Heterosis den Linien mit dem höchsten Ertrag überlegen. Durch ihre Heterogenität und Heterozygotie haben synthetische Sorten den Vorteil, an einem gegebenen Anbauort über die Jahre stabiler und auch anpassungsfähig zu sein. Außerdem zeigte sich klar, dass Heterogenität für den Inzuchtstatut, eine Eigentümlichkeit von Fababohnen-Synthetiks, ein Vorteil ist und zu einer Erhöhung der Ertragsleistung führt. Heterogenität der Wuchshöhe im Fall von Inzuchtlinien wurde nicht als Vorteil für die Ertragsleistung gefunden. Mit der Heterozygotie der Genotypen stieg die Konkurrenzkraft gegenüber Unkräutern, was durch die Hybriden-Mischungen gezeigt wurde, die die höchste Konkurrenzkraft hatten, wohingegen Inzuchtlinien am konkurrenzschwächsten waren. Es wurde innerhalb einer genotypischen Struktur (z.B. innerhalb der Gruppe der Inzuchtlinien) keine Korrelation zwischen der Ertragsleistung von Genotypen und ihrer Konkurrenz-Reaktion gefunden. Die Konkurrenzkraft gegen Unkräuter wurde durch frühe Blüte, hohen Wuchs und hohe Heterozygotie verbessert, obwohl einige Inzuchtlinien gefunden wurden, die gegen den Unkrautstress ebenso konkurrenzkräftig waren wie die teilweise heterozygoten und heterogenen Polycross-Nachkommenschaften und Kontroll-Genotypen. Dennoch, über all die verschiedenen Aspekte dieser Studie erschien generell Heterozygotie und Heterogenität als notwendiges Charakteristikum einer Sorte, um zu den Bedingungen und Auflagen der ökologischen Landwirtschaft zu passen. Somit scheint die synthetische Sorte der angemessene Sortentyp zu sein, der den Erfordernissen der ökologischen Landwirtschaft entspricht

Genetic diversity among North African faba bean landraces for competitive ability against weeds

Die genetische Diversität marokkanischer Ackerbohnen (Vicia faba L.) sollte zur Verbesserung der Konkurrenzkraft von Ackerbohnen gegen Unkraut genutzt werden. Das Ziel dieser Arbeit war die detaillierte Evaluierung der Konkurrenzkraft und Produktivität einer Sammlung marokkanischer Ackerbohnen-Landrassen gegenüber dem Modell­unkraut Sinapis alba. Sechzig marokkanische Ackerbohnen-Landrassen und zwei Standards wurden 2011 und 2013 auf Kornertrag und weitere agronomische Merkmale untersucht, mit und ohne Modellunkraut, in einer Spaltanlage unter Feldbedingungen an zwei Orten im Nordwesten Marokkos. Die Landrassen zeigten signifikante genetische Variation für Produktivität und Konkurrenzkraft. Mehrere Landrassen erreichten höhere Werte als die Standards. Der Ertragsverlust durch den Unkrautstress betrug im Mittel 69%, der Unkraut-Konkurrenz-Index betrug im Mittel rund 1,28. Die Landrassen × Unkraut-Interaktion für Ertrag war eine hoch signifikante und bedeutende Variationsursache. Einige Landrassen kombinierten eine hohe Konkurrenzkraft gegen das Modell­unkraut mit überlegener Produktivität.The genetic diversity of Moroccan faba bean (Vicia faba L.) landraces should be exploited to improve the competitive ability of faba beans against weeds. The objective of this study was to in-detail evaluate competitive ability and productivity of a collection of Moroccan faba bean landraces relative to a model weed, Sinapis alba. Sixty Moroccan faba bean landraces and two checks were evaluated in 2011 and 2013 for grain yield and further agronomic traits, with and without model weed stress, under field conditions at two locations in the northwest of Morocco, using a split-plot design. The landraces showed significant genetic variation for producti­vity and competitive ability. Several landraces exhibited higher values compared to the two checks. Yield loss attributable to weed stress was, on average, about 69%; the weed competitive index was, on average, about 1.28. Land­races × weed treatment interaction for yield was a highly significant and marked source of variation. Several landraces were found to combine high levels of both, competitive ability against the model weed and productivity

Selektion auf Methioninreichtum des Samenproteins bei heimischen Leguminosen

While grain legumes can be regarded as highly valuable protein source for animal nutrition, certain drawbacks inhibit their use as sole foodstuff for livestock. The nutrient quality is reduced by low concentrations of tryptophan and sulfur amino acids. In the past substantial breeding effort has been invested in the reduction of antinutritional components and disease resistance while the protein quality has not been a focal point. To improve the protein quality the elevation of the low sulfur amino acid content is of prominent importance especially for organic production where high methionine feed components are rare. The present work tries to establish a method to select methionine enriched grain legumes for further breeding steps. Agronomical important European grain legume species were investigated (Lupinus angustifolius L., Pisum sativum L. and Vicia Faba L.). Plants grown from chemically mutagenized seeds were screened according to leaf chlorophyll content, radicle growth in a phytotoxic ethionine solution and seed S-contents. Results indicate usefulness of the screening procedure for L. angustifolius (increase of methionine content by up to 20%) and partly for P. sativum, while not for V. faba

Using multiplexed regulation of luciferase activity and GFP translocation to screen for FOXO modulators

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Independent luciferase reporter assays and fluorescent translocation assays have been successfully used in drug discovery for several molecular targets. We developed U2transLUC, an assay system in which luciferase and fluorescent read-outs can be multiplexed to provide a powerful cell-based high content screening method.</p> <p>Results</p> <p>The U2transLUC system is based on a stable cell line expressing a GFP-tagged FOXO transcription factor and a luciferase reporter gene under the control of human FOXO-responsive enhancers. The U2transLUC assay measures nuclear-cytoplasmic FOXO shuttling and FOXO-driven transcription, providing a means to analyze these two key features of FOXO regulation in the same experiment. We challenged the U2transLUC system with chemical probes with known biological activities and we were able to identify compounds with translocation and/or transactivation capacity.</p> <p>Conclusion</p> <p>Combining different biological read-outs in a single cell line offers significant advantages over conventional cell-based assays. The U2transLUC assay facilitates the maintenance and monitoring of homogeneous FOXO transcription factor expression and allows the reporter gene activity measured to be normalized with respect to cell viability. U2transLUC is suitable for high throughput screening and can identify small molecules that interfere with FOXO signaling at different levels.</p

AGRONOMIC PERFORMANCE AND THE EFFECT OF SELF-FERTILIZATION ON GERMAN WINTER FABA BEANS

Faba bean is mostly grown as spring crop in Central Europe; additionally it is grown as winter crop in few mild areas of UK and France. A genetically divers winter bean population selected for high winter hardiness and very promising as winter crop in Germany was studied here. The population was assessed for its agronomic performance as well as for the effect of inbreeding depression due selfing using an open-pollinated generation and two inbred generations developed from it. The assessment was carried out at four environments in two successive seasons (2001 and 2002) at Goettingen, Central Germany. The open-pollinated population showed better performance in overwintering ability than the UK checks but equivalent performance in yield and other agronomic traits. Winter damage, plant height and yield suffered from inbreeding depression proving heterosis in the open-pollinated generation. Overwintering ability and yield were shown to exhibit a mid parent heterosis of about 32% and of about 75%, respectively. Application of the results in breeding of synthetic cultivars is discussed

Visualisierung der genotypischen Struktur partiell allogamer Populationen und züchterische Konsequenzen

Es wird die Populationsstruktur und daraus resultierende Konsequenzen für die Züchtung partiell allogamer Kulturpflanzen dargestellt