Institut für

Forstgenetik

Genomforschung

MinION Sequenzierung (© Niels A. Müller)
Regeneration von Pappeln aus Kallusgewebe (© Matthias Fladung)
Pappel-Gewebekultur (© Tobias Brügmann)
Gewebekulturraum (© Tobias Brügmann)
Programmierter Zelltod durch Transformation (© Matthias Fladung)
Expression des rolC Gens in Kartoffel und Pappel (© Matthias Fladung)
Männliche Blüte einer frühblühenden Pappel (© Niels A. Müller)
Chloroplastengenom von Fagus sylvatica (© Birgit Kersten)

Im Arbeitsbereich Genomforschung verwenden wir molekularbiologische, biotechnologische und bioinformatische Methoden, um Zusammenhänge zwischen der in den Genomen gespeicherten Information und den Merkmalsausprägungen zu identifizieren. Dabei werden insbesondere anpassungsrelevante und wirtschaftlich wichtige Merkmale analysiert. Daneben werden molekulare Marker für die Evaluierung forstlicher Genressourcen sowie zur genetischen Artbestimmung und Klonidentifizierung entwickelt. Dem Schutz heimischer Waldökosysteme dienen Arbeiten zur biologischen Sicherheitsforschung. Hierbei werden Nutzen, Potentiale und Risiken biotechnologischer Methoden untersucht. Dies beinhaltet auch gentechnisch veränderte Bäume. Zur Verbesserung des Verbraucherschutzes werden Methoden erarbeitet, um gentechnische Veränderungen im Erbgut von Bäumen sowie im Holz nachweisen zu können. Auch arbeiten wir daran, moderne Ansätze und Methoden, wie z.B. die DNA-freie Genomeditierung oder die Sequenzierung der „dritten Generation“, auf Bäume zu übertragen und weiterzuentwickeln. Zusammenfassend soll unsere Arbeit zum Aufbau und Erhalt stabiler und nachhaltig bewirtschafteter Wälder beitragen.

ARBEITSSCHWERPUNKTE

Biotechnologie

Während die Biotechnologie bis zu den Anfängen der Geschichte des modernen Menschen zurückreicht, begann die moderne Pflanzenbiotechnologie vor etwa 60 Jahren mit der Zell- und Gewebekultur und wird heute hauptsächlich mit der Übertragung von fremden Genen in Pflanzen, auch als „grüne Gentechnik“ bezeichnet, und mit der Genomeditierung, dem zielgenauen Einfügen oder Umschreiben der DNA, assoziiert. Die erste Generation von gentechnisch veränderten (transgenen) Pflanzen zielte auf die Optimierung der Integration und Expression von wirtschaftlich wichtigen Merkmalen wie Herbizid- und Insektenresistenz, sowie Wuchseigenschaften ab. Mit der zweiten und dritten Generation werden aktuelle ökologische und umweltpolitische Themen, wie Ressourcenverfügbarkeit, Klimawandel und Rohölsubstitution, aufgegriffen. Neue Entwicklungen wie die Molekulare Biotechnologie und Genomeditierung bieten Perspektiven für eine effizientere Züchtung von Nutzgehölzen („Next Generation“ Pflanzenbiotechnologie).

Ausgewählte Projekte:

Bioinformatik

Moderne Hochdurchsatzsequenzierungen liefern eine außerordentlich große Menge an Genom- und Transkriptomdaten, die bioinformatisch ausgewertet werden müssen. Diese Auswertungen tragen dazu bei, verschiedene Fragestellungen innerhalb der funktionellen Genomforschung zu beantworten und diagnostische Marker zu entwickeln. Ein wichtiges Instrument hierbei ist die genomweite Detektion und der Vergleich genetischer Varianten, insbesondere von SNPs in phänotypisierten Individuen. Für die Entwicklung genetischer Marker zur Artdifferenzierung werden komplette Chloroplasten- und Mitochondriengenome verglichen, die für einige Baumarten neu assembliert und annotiert werden. Zur Unterstützung der Forschung im Institut werden wissenschaftliche Datenbanken und bioinformatische Tools entwickelt.

Ausgewählte Projekte:

Natürliche genetische Variation

Mutationen und die daraus resultierende natürliche genetische Variation sind die Grundlage der Evolution, der Domestizierung und der Züchtung. Natürliche Genvarianten bergen ein enormes Potential für die Land- und Forstwirtschaft. Beispielsweise können natürliche Resistenzen zum Erhalt von Baumarten beitragen, die von eingeschleppten Schädlingen oder Pathogenen bedroht sind, so wie die Esche vom Eschentriebsterben. Dafür benötigen wir allerdings ein genaues Verständnis der zugrundeliegenden Genetik. Die molekulargenetische Untersuchung von evolutionär wichtigen Merkmalen (z.B. Zweihäusigkeit) kann außerdem grundlegende biologische Prozesse aufklären und damit ebenfalls wertvolle Informationen für die forstliche Praxis zur Verfügung stellen.

Ausgewählte Projekte:

MITARBEITER

Wissenschaftliches Personal:

Technisches Personal:

AUSGEWÄHLTE PUBLIKATIONEN

Wissenschaftlich – „Peer-reviewed”

  • Müller NA et al. (2019) RNA-seq of eight different poplar clones reveals conserved up-regulation of gene expression in response to insect herbivory. BMC Genomics. link
  • Fladung M et al. (2019) Selfing of a single monoecious Populus tremula tree produces vital males, females and “supermales”. Trees. link
  • Bruegmann T et al. (2019) Knockdown of PCBER1, a gene of neolignan biosynthesis, resulted in increased poplar growth. Planta. link
  • Brenner WG et al. (2019) High level of conservation of mitochondrial RNA editing sites among four Populus species. G3 (Bethesda). link
  • Hoenicka H et al. (2016) Low temperatures are required to induce the development of fertile flowers in transgenic male and female early flowering poplar (Populus tremula L.). Tree Physiol. link
  • Kersten B et al. (2016) Genome sequences of Populus tremula chloroplast and mitochondrion: implications for holistic poplar breeding. PLoS One. link

Vollständige Publikationsliste (2015-2019)

Zielgruppenorientiert – Wissenschaftskommunikation

  • Brügmann T. & Fladung M. (2019) Genom-Editierung in Bäumen. AFZ-DerWald. link
  • Hönicka H. & Fladung M. (2019) „Prägung“: alternative Resistenzen für Baumarten. AFZ-DerWald. link
  • Fladung M & Ewald D. (2018) Biotechnologie schnellwachsender Baumarten. In: Veste M, Böhm C (eds) Agrarholz - Schnellwachsende Bäume in der Landwirtschaft : Biologie - Ökologie - Management. Wiesbaden: Springer Spektrum. link
  • Fladung M et al. (2016) Baumblüte im ersten Jahr. Forschungsfelder. link
  • Fladung M & Hönicka H. (2016) Forstpflanzenzüchtung auf der Überholspur. AFZ-DerWald. link