Munich, Germany
April 27, 2017
Barley. Source: Florian Gerlach (Nawaro), Wikipedia (CC BY SA 3.0)An international consortium, with the participation of the Helmholtz Zentrum München, Plant Genome and Systems Biology Department (PGSB), has published methodologically significant data on the barley genome. Their findings are contributing to the development of resistant varieties. The publication appeared in Nature.
Malted barley is used in brewing, and in the unmalted form the grain is processed into pearl barley or flour. A large portion of the world's production is processed into animal food. The objective of barley cultivation is to develop varieties that are resistant to pathogens and that tolerate climate fluctuations.
“The barley genome, which is almost twice as large as the human genome with a very high portion of repetitive elements (transposons), presents a challenge for complete sequencing,” says first author Heidrun Gundlach, PGSB. “This is why there was previously only a preliminary, incomplete and incorrect genome sequence.”
Now Gundlach, together with colleagues in an international consortium, has succeeded in creating a new, high quality reference genome sequence for barley, decoding the chromosomal architecture of such large genomes, and getting to the heart of the interaction between genes and transposons.
“Our data allow the first detailed analysis of agronomically and industrially important gene families such as alpha-amylase, an enzyme with special importance in the brewing process,” adds Dr. Manuel Spannagl, also PGSB. With their new reference, researchers also want to examine the natural diversity of barley at the genomic level. Their findings could significantly accelerate the process to cultivate new varieties, for example, in light of the climate change.
The next step calls for the sequencing, analysis, and genomic comparison of further types of barley. Scientists want to determine important characteristics, such as resistances of individual varieties, and apply them to other types.
Further information
Some of the partners who participated in the work were the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) Gatersleben, the German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, and the Helmholtz Zentrum München, Plant Genome and Systems Biology Department (PGSB).
Original publication: Martin Mascher, Heidrun Gundlach et al. (2017): A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome. Nature, doi:10.1038/nature22043. Abstract...
Präzise Einblicke in das Gerstengenom
Unter Beteiligung des Helmholtz Zentrums München, Abteilung Genomik und Systembiologie pflanzlicher Genome (PGSB), hat ein internationales Konsortium methodisch wertvolle Daten zum Gerstengenom veröffentlicht. Die in Nature publizierten Erkenntnisse sollen dazu beitragen, Gerstensorten zu züchten, die gegen Pathogene resistent sind und Klimaschwankungen besser tolerieren können.
Gerste kommt als Braugerste zum Einsatz. In nicht gemälzter Form wird das Getreide zu Graupen oder Mehl verarbeitet. Ein Großteil der weltweiten Produktion wird zu Tierfutter verarbeitet. Ziel der Züchtung ist, Sorten zu entwickeln, die gegen Pathogene resistent sind und Klimaschwankungen tolerieren.
„Mit fast der doppelten Größe des humanen Genoms und dem sehr hohen Anteil an repetitiven Elementen (Transposons)* stellt das Gerstengenom eine Herausforderung für eine vollständige Sequenzierung dar“, sagt Erstautorin Heidrun Gundlach, PGSB. „Aus diesem Grund existierte bisher lediglich eine vorläufige, unvollständige und fehlerhafte Genomsequenz.“
Jetzt ist es Gundlach zusammen mit Kollegen eines internationalen Konsortiums gelungen, eine neue, qualitativ hochwertige Referenzgenom-Sequenz für Gerste zu erstellen, die chromosomale Architektur sowie die Chromatinorganisation solch großer Genome aufzuschlüsseln und das Wechselspiel zwischen Genen und Transposons zu ergründen.
„Unsere Daten erlauben erstmals die detaillierte Analyse von agronomisch und industriell wichtigen Genfamilien wie der alpha-Amylase, einem Enzym mit besonderer Bedeutung im Brauprozess“, ergänzt Dr. Manuel Spannagl, ebenfalls PGSB. Forscher wollen mit ihrer neuen Referenz außerdem die natürliche Diversität von Gerste auf genomischer Ebene untersuchen. Ihre Erkenntnisse könnten die Züchtung neuer Sorten entscheidend beschleunigen, etwa vor dem Hintergrund des Klimawandels.
Im nächsten Schritt ist die Sequenzierung, Analyse und den genomischen Vergleich weiterer Gerstensorten geplant. Wissenschaftler wollen wichtige Eigenschaften wie Resistenzen einzelner Sorten bestimmen und für andere Sorten nutzbar machen.
Weitere Informationen
An den Arbeiten waren neben weiteren Partnern das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben, das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig und das Helmholtz Zentrum München, Abteilung Genomik und Systembiologie pflanzlicher Genome (PGSB), beteiligt.
Originalpublikation: Martin Mascher, Heidrun Gundlach et al. (2017): A chromosome conformation capture ordered sequence of the barley genome. Nature, doi:10.1038/nature22043. Link zum Abstract...
* Ein Transposon ist ein DNA-Abschnitt im Genom, der seine Position im Genom verändern kann (Transposition).
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