Federführendes Institut

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PD Dr. Matthias Fladung

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Frühe Blüte für Biosicherheit und Forstpflanzenzüchtung

Projekt

 (c)

Induktion einer frühen Blüte in Pappeln und Fichten zur Beschleunigung der Züchtung

Sicherheitsstudien bei transgenen Forstpflanzen leiden unter den langen Generationszeiten. Um eine gentechnisch induzierte Sterilität innerhalb eines überschaubaren Zeitrahmens von zwei bis drei Jahren analysieren zu können ist es wünschenswert, die vegetative Phase der Pappeln erheblich zu verkürzen.

Hintergrund und Zielsetzung

Die Förderung der Blühinduktion ist aher bei transgenen Pappeln im Rahmen der Untersuchungen zur Sterilität sowie bei der Fichte aus züchterischen Aspekten sehr wichtig. Neben physiologischen Ansätzen für die Erzeugung frühblühender Pappellinien wird auch ein gentechnischer Ansatz mit Hilfe von Genen getestet, die bereits in anderen Pflanzenarten eine frühe Blüte bewirkt haben. Bisher sind alle Versuche fehlgeschlagen, ein- bis dreijährige Pappeln mittels physiologischer Ansätze (Applikation von Wachstumshemmern, Demethylierungs-Agenzien und Hormonen) zur Blütenbildung anzuregen. Dagegen konnten frühblühende Pappellinien auf gentechnischem Weg erzeugt werden, die entweder bereits einige Monate nach der gentechnischen Veränderung oder als dreijährige Pflanzen Blüten bildeten. Verschiedene Genkonstrukte wurden für die Transformation von Pappeln verwendet.

Vorgehensweise

Das Gen BpMADS4 aus der Birke wurde zum ersten Mal in Pappeln überführt. In transgenen Birken hat dieses Gen eine beschleunigte Blühfähigkeit bewirkt. Die ersten BpMADS4-transgenen Pappeln wurden Anfang 2002 erzeugt, ins Gewächshaus überführt und molekulargenetisch untersucht. Einige Exemplare werden seit Mitte 2002 in Klimakammern kultiviert. Eine blühfördernde Wirkung dieses Genkonstrukts ist in transgenen Pappeln allerdings bisher nicht gefunden worden. Während der Kultur im Gewächshaus wurde jedoch beobachtet, dass die BpMADS4-transgenen Pappellinien über die Wintermonate ihre Blätter nicht vollständig abwerfen.

Die Expression der beiden aus Arabidopsis thaliana stammenden Gene Leafy und FT hat bisher in verschiedenen Pflanzenarten sehr effektiv die Blühfähigkeit gefördert. Frühe Blütenbildung ist für beide Gene sowohl in der in-vitro-Kultur als auch in Erde im ersten Jahr beobachtet worden. Die frühblühenden Leafy- und FT-transgenen Pappellinien sind unter Gewächshausbedingungen fertil. Die Leafy- und FT-induzierte Reduzierung der Juvenilität sowie die Aufrechterhaltung der Fertilität werden jedoch stark vom Genotyp der verwendeten Pappellinie beeinflusst. Andere blühfördernde Gene wie FRT, Soc und Ful werden ebenfalls getestet.

Vorläufige Ergebnisse

Das Gen BpMADS4 aus der Birke wurde zum ersten Mal in Pappeln überführt. In transgenen Birken hat dieses Gen eine beschleunigte Blühfähigkeit bewirkt. Die ersten BpMADS4-transgenen Pappeln wurden Anfang 2002 erzeugt, ins Gewächshaus überführt und molekulargenetisch untersucht. Einige Exemplare werden seit Mitte 2002 in Klimakammern kultiviert. Eine blühfördernde Wirkung dieses Genkonstrukts ist in transgenen Pappeln allerdings bisher nicht gefunden worden. Während der Kultur im Gewächshaus wurde

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Zeitraum

5.2007 - 12.2019

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: läuft

Publikationen zum Projekt

Anzahl der Datensätze: 9

  1. Fladung M, Hönicka H, Kersten B (2016) Baumblüte im ersten Jahr. Forschungsfelder
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 1423 KB
  2. Fladung M, Hönicka H (2016) Forstpflanzenzüchtung auf der Überholspur. AFZ Wald 71(14):21-23
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 308 KB
  3. Häggman H, Sutela S, Fladung M (2016) Genetic engineering contribution to forest tree breeding efforts. Forestry Sci 82:11-29, DOI:10.1007/978-74-017-7531-1_2
  4. Hönicka H, Lehnhardt D, Nunna S, Reinhardt R, Jeltsch A, Briones V, Fladung M (2016) Level of tissue differentiation influences the activation of a heat-inducible flower-specific system for genetic containment in poplar (Populus tremula L.). Plant Cell Rep 35(2):369-384, DOI:10.1007/s00299-015-1890-x
  5. Hönicka H, Lehnhardt D, Briones V, Nilsson O, Fladung M (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 36(5):667-677, DOI:10.1093/treephys/tpw015
  6. Bentley AR, Jensen EF, Mackey IJ, Hönicka H, Fladung M, Hori K, Yano M, Mullet JE, Armstead IP, Hayes C, Thorogood D, Lovatt A, Morris R, Pullen N, Mutasa-Göttgens ES, Cockram J (2013) Chapter 1 : Flowering time. In: Kole C (ed) Genomics and breeding for climate-resilient crops : Vol. 2 target traits . Berlin: Springer, pp 1-66
  7. Hönicka H, Lehnhardt D, Polak O, Fladung M (2012) Early flowering and genetic containment studies in transgenic poplar. iForest 5:138-146, DOI:10.3832/ifor0621-005
  8. Fladung M, Hanke MV (2012) Induktion einer frühzeitigen Blüte bei Pappel und bei Apfel zur Beschleunigung der Züchtung auf Resistenz gegenüber Krankheiten (SpeedBreed). In: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (ed) Innovationstage 2012 : Forschungs- und Entwicklungsprojekte ; Programm zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz. Bonn: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, pp 36-40
  9. Hönicka H, Lautner S, Klingberg A, Koch G, El-Sherif F, Lehnhardt D, Zhang B, Burgert I, Odermatt J, Melzer S, Fromm J, Fladung M (2012) Influence of over-expression of the FLOWERING PROMOTING FACTOR 1 gene (FPF1) from Arabidopsis on wood formation in hybrid poplar (Populus tremula L. x P. tremuloides Michx.). Planta 235(1):359-373