Leuchtturm 1, Nachwuchsgruppen

DiP-DIAMANT

Digitale Methoden für die angewandte Präzisionsgenomik, Netzwerkanalyse und Technologieentwicklung zur Förderung der pflanzenbasierten Bioökonomie.

Projektbeschreibung

Die Digitalisierung genetischer Ressourcen durch die Entwicklung innovativer, im Hochdurchsatz arbeitender Verfahren zur genomischen, metagenomischen und epigenomischen Charakterisierung ist ein zentrales Ziel des DIAMANT Vorhabens. Um dies zu erreichen, schafft das Projekt mit der Entwicklung eines Hochdurchsatz-Verfahrens zur Extraktion von HMW DNA in der Pflanzendomäne die elementare Grundlage zur Anwendung der Long-Read Sequenzierung. Im Zusammenspiel mit dieser Schlüsseltechnologie wird in DiP-DIAMANT die digitale Methode der Long-Read Genotypisierung (LRGT) entwickelt. Hiermit werden für komplexe Kulturarten (u.a. polyploider Weizen) digitale Grundlagen geschaffen, um modernste Methoden der Präzisionsgenomik anwenden zu können.
DiP-DIAMANT wird mit dem kosteneffizienten LRGT-Verfahren ein Weizen-Pangenom konstruieren, welches die Eltern der WM800 MAGIC Population sowie aktuelle Elite-Sorten integriert und damit eine hoch-aktuelle Ressource etablieren. Die entwickelten innovativen Analysemethoden erlauben es anschließend z.B. Züchtungsunternehmen ihre Sortenentwicklung, und damit den Prozess ihrer Wertschöpfung, zielgerichtet zu optimieren. Weiterhin ermöglicht der LRGT-Hybrid-Ansatz bereits existierende Genotypisierungsdaten durch die Integration in das Pangenom signifikant aufzuwerten. Darüber hinaus werden insbesondere genetisch kaum erfasste Sonderkulturen durch digitale Züchtungsmethoden für die pflanzenbasierte Bioökonomie nutzbar gemacht. Ein weiteres Ziel in der digitalen Erschließung genomischer Ressourcen ist die Etablierung der Schlüsseltechnologie Einzelzell-Transkriptom-Sequenzierung (ETS). Mit dem Verfahren wird die Expression einzelner Gene erstmals auf Ebene einzelner Zellen erfasst, um Zelltyp-spezifische Signale zu messen. Mit dieser Verfahrensgrundlage wird es möglich Biosynthesewege und Signalkaskaden gezielt zu studieren.
Die gebündelten Expertisen des Projektes werden in Lehre (akademische Ausbildung) und Weiterbildung (Wissenschaftler*innen) einfließen und damit Fachkräfte in den digitalen Expertisen bioinformatische Sequenzdatenanalysen und Pflanzengenomik fördern.

Ziele

DIAMANT hat das Ziel ein Marker-Systems zur Long-Read Genotypisierung (LRGT) zusammen mit hochmodernen, KI-basierten Methoden für die Pflanzenzüchtung und die pflanzenbasierte Bioökonomie zu entwickeln. Widerstandsfähige Sorten, die den Herausforderungen klimatischer Veränderungen besser standhalten können und aufgrund bessere Nährstoffbilanzen ressourcenschonender angebaut werden können sind die fundierte Ausgangslage für bessere Produkte entlang der Wertschöpfungskette innerhalb der pflanzenbasierten Bioökonomie (Nachhaltigkeit). Die Pflanzenzüchtung ist ein wesentlicher Stellfaktor auf diesem Weg und im DIAMANT Projekt sollen mit Hilfe von Automatisierungstechniken und digitalen Methoden zentrale Werkzeuge hierfür optimiert werden. DIAMANT wird komplettiert durch weitere biotechnologische und bioinformatische Methoden, die es ermöglichen kosteneffizient und im Hochdurchsatz Studien des Epigenoms (EpiHD) bzw. des Metagenoms (MetaPLEX) durchzuführen. Dies bildet großen Mehrwert zum Beispiel in der Charakterisierung von landwirtschaftlichen Umwelten (Standorten) indem diese durch ein epigenetisches Screening (EpiHD) und ein metagenomisches Screening (MetaPLEX) in den Umweltfaktoren Epigenetik und Mikrobiom besser charakterisiert werden. Mit der Einzelzell-Technologie (EZT) soll eine weitere Methode in der Domäne komplexer Kulturpflanzen eingeführt und etabliert werden, die es ermöglicht die Genaktivität in bestmöglicher Auflösung (Zell-Ebene statt Gewebe) zu untersuchen. Das ehemalige Mitteldeutsche Review südliches Sachsen-Anhalt wird unter Einbeziehung der Schlüsseltechnologien Long-Read Sequenzierung und Einzelzell-Technologie ein Leistungszentrum bioinformatischer Methoden zur beschleunigten Entwicklung pflanzlicher Wirkstoffe und der Pflanzenzüchtung.

Förderdauer

01.04.2024 – 31.12.2028
Verbundkoordinator:in
Dr. Thomas Schmutzer
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften
thomas.schmutzer@landw.uni-halle.de

Abonnieren Sie unseren Newsletter.

Der beste Weg, um regelmäßig exklusive Einblicke und wertvolle Informationen zur Digitalisierung in der Landwirtschaft zu erhalten. (Erscheint demnächst 4x pro Jahr)