www.npz-innovation.de

Neue Züchtungstechniken aus der Sicht der Pflanzenzüchtung

DAFA Forschungsstrategisches Fachforum

„Akzeptanz neuer Züchtungstechniken?“

02. November in Berlin

Dr. Gunhild Leckband, NPZ Innovation GmbH (www.npz-innovation.de)

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NPZ Innovation GmbHHohenlieth – Groß Lüsewitz

Der Forschungsdienstleister

• Gegründet im November 2013

• 28 Mitarbeiter

• Dienstleistung für die NPZ-Gruppe in den Bereichen:

Projektmanagement

Markertechnologie

PreBreeding, Phytopathologie, Saatguttechnologie

Züchtungsinformatik

Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG

235 Mitarbeiter

NPZ – Gesellschafter:

Persönlich haftender, geschäftsführender Gesellschafter: Dietmar Brauer

Gesellschafter: Hans Joachim LembkeBarbara BrauerDr. Martin FrauenDr. Gunhild Leckband

NPZ – Deutschland

NPZ Hohenlieth

NPZ Malchow + NPZ Agrar Poel

NPZ – Semences SARLParis, Frankreich W. v. Borries-Eckendorf GmbH & Co.

KG Hovedissen, Deutschland

LS Production SARLLa Chapelle Armentieres, Frankreich

LS Plant Breeding Ltd.Cambridge, Großbritannien

Rapool-Ring GmbHIsernhagen, Deutschland

Saaten-Union GmbH / GbRIsernhagen, Deutschland

NPZ Australia Pty Ltd.Perth, Australien

Saaten-Union Biotec GmbHHovedissen, Deutschland

NPZ – Ukraine Kiew, Ukraine

NPZ – Struktur und Beteiligungen

DL Seeds Inc.Morden, Manitoba, Kanada

Niederlassung

German Seed Alliance GmbHKöln, Deutschland

GSA RUSS OOO Moskau, Russland

Rapool Polska Sp. z o.o.Wagrowiec, Polen

Rapool CZ s.r.o.Brno, Tschechien

Rapool Slovakia s.r.o.Piestany, Slowakei

Rapool Hungaria KftLepsény, Ungarn

Rapool Bulgaria EOODPleven, Bulgarien

Rapool RUS OOOMoskau, Russland

Rapool KAZ OOOKostanay, Kasachstan

Rapool BEL IOOOMinsk, Belarus

Rapool Ring Romania s.r.l. Bukarest , Rumänien

Rapool, Baltic StatesŠiauliai, Lithuania

Norddeutsche Pflanzenzucht Hans-Georg Lembke KG

235 Mitarbeiter

NPZ – Gesellschafter:

Persönlich haftender, geschäftsführender Gesellschafter: Dietmar Brauer

Gesellschafter: Hans Joachim LembkeBarbara BrauerDr. Martin FrauenDr. Gunhild Leckband

NPZ – Deutschland

NPZ Hohenlieth

NPZ Malchow + NPZ Agrar Poel

NPZ – Semences SARLParis, Frankreich W. v. Borries-Eckendorf GmbH & Co.

KG Hovedissen, Deutschland

LS Production SARLLa Chapelle Armentieres, Frankreich

LS Plant Breeding Ltd.Cambridge, Großbritannien

Rapool-Ring GmbHIsernhagen, Deutschland

Saaten-Union GmbH / GbRIsernhagen, Deutschland

NPZ Australia Pty Ltd.Perth, Australien

Saaten-Union Biotec GmbHHovedissen, Deutschland

NPZ – Ukraine Kiew, Ukraine

NPZ – Struktur und Beteiligungen

DL Seeds Inc.Morden, Manitoba, Kanada

Niederlassung

German Seed Alliance GmbHKöln, Deutschland

GSA RUSS OOO Moskau, Russland

Rapool Polska Sp. z o.o.Wagrowiec, Polen

Rapool CZ s.r.o.Brno, Tschechien

Rapool Slovakia s.r.o.Piestany, Slowakei

Rapool Hungaria KftLepsény, Ungarn

Rapool Bulgaria EOODPleven, Bulgarien

Rapool RUS OOOMoskau, Russland

Rapool KAZ OOOKostanay, Kasachstan

Rapool BEL IOOOMinsk, Belarus

Rapool Ring Romania s.r.l. Bukarest , Rumänien

Rapool, Baltic StatesŠiauliai, Lithuania

NPZ Innovation GmbHHohenlieth, DeutschlandGeschäftsführer: Dr. Gunhild Leckband

Thorsten Pommer

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Der lange Weg zur neuen Sorte

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Der lange Weg zur neuen Sorte

Erste Kreuzungen

PreBreeding, Materialentwicklung

Quelle: verändert BDP

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Der lange Weg zur neuen Sorte

Erste Kreuzungen

PreBreeding, Materialentwicklung

Quelle: verändert BDP

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Der lange Weg zur neuen SorteErweiterung der genetischen Diversität

Konventionell

• Wildarten Introgression

• ungerichtete Mutagenese

Probleme

• Artbarriere

• Unerwünschter genetischer Hintergrund

Linkage drag unerwünschte Eigenschaften

Umfangreiche Rückkreuzungen notwendig

• Besonders betroffen sind Kulturarten mit langen Züchtungszyklen

Zudem

• Insgesamt viele agronomische Merkmale zu bearbeiten

Erste Kreuzungen

PreBreeding, Materialent-

wicklung

Quelle: verändert BDP

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Konventionell

• Wildarten Introgression

• ungerichtete Mutagenese

Probleme

• Artbarriere

• Unerwünschter genetischer Hintergrund

Linkage drag unerwünschte Eigenschaften

Umfangreiche Rückkreuzungen notwendig

• Besonders betroffen sind Kulturarten mit langen Züchtungszyklen

Zudem

• Insgesamt viele agronomische Merkmale zu bearbeiten

Erste Kreuzungen

PreBreeding, Materialent-

wicklung

Nutzung von NBTs

• Erhöhung der Variation

• spezifische Mutagenese

Quelle: verändert BDP

Der lange Weg zur neuen SorteErweiterung der genetischen Diversität

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Möglichkeiten der Genom-Modifikation

Mutagenese Transformation NBT

Zeit

AATCGGCATTTCCAGTCCCAATATACCTTAGCCGTAAAGGTCAGGGTTATATGG

5´ 3´

5´3´

AATCGGCATTTCCAATCCCAATATACCTTAGCCGTAAAGGTTAGGGTTATATGG

5´ 3´

5´3´

EMS

ungerichtet und vielfach

Selektion:TILLING + Phänotyp

Ti-Plasmid

T-DNA

ungerichtet

Prüfung der Abhängigkeit vom Insertionsort

Rückkreuzung

loss-of-function,

Effektivität der Mutation unklar,

bzw. eingeschränkt

gain/loss-of-function,

evtl. Sekundäreffekte durch

Insertionsort

Selektion:Antibiotikum

Ref.: Charpentier and Doudna, Nature, 2013

gerichtet

Selektion:PCR

gain/loss-of-function,

spezifisch im Genom

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Gezielte Mutagenese mit Site-directed nucleases (SDN)

Bild: EFSA Journal 10(10), 2012; vereinfacht

Ausschalten von Genen

spez. Modifikation von Genen

Integration von Genen

, z.B. Resistenzgen

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Gezielte Mutagenese mit Site-directed nucleases (SDN)

Bild: EFSA Journal 10(10), 2012; vereinfacht

Ausschalten von Genen

spez. Modifikation von Genen

Integration von Genen

, z.B. Resistenzgen

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Juli 2014

Beispiel für gezielte DNA Modifikation mittels TALEN

Weizen infiziert mit Mehltau

TALEN

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Potential von NBT für die Raps-/Kartoffel-Züchtung

Forschungsverbund:

• Solana Research GmbH

• NPZ Innovation GmbH

• Abteilung Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie, CAU Kiel

Pflanzliche Resistenz durch Ausschalten von Anfälligkeitsfaktoren

Raps+

Pilz

Kandidaten-gene

Raps

Mutanten in Arabidopsis

Pilz-Infektion

- - ++

WT k.o. #1

Proof of Concept in Raps mit

RNA

RNA

CRISPR/Cas9

+

TALEN

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Import von CRISPR/Cas9 o. TALEN

Potential von NBT für die Raps-/Kartoffel-Züchtung

- Transiente Nuklease Expression -

Elite-Protoplast

Selektion und Regeneration

Erste Kreuzungen

Integration in Züchtungszyklus

PreBreeding, Materialent-

wicklung

Quelle: verändert BDP

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Pflanzenart Ziel Verfahren Wer Stand

Weizen Mehltau-Resistenz TALEN CalyxtFeldversuche, in den USA

nicht als GVO eigestuft

Weizen Mehltau-Resistenz CRISPR Chinese Academy of Science Projekt publiziert

Weizen weniger Gluten TALEN Calyxt Entwicklung

Mais Trockentoleranz CRISPR DuPont Pioneer Feldversuche

Wachsmais Stärke CRISPR DuPont PioneerMarkteinführung in fünf

Jahren

Reis Toleranz gegen Reisbrand (Rice blast) CRISPR Chinese Academy of Science Projekt publiziert

Erdnuss Ausschalten von Allergenen CRISPR Aranex, UK Startup

Gurken Resistenz gegen Viren CRISPR Volcani Center, Israel Projekt publiziert

Citrusfrüchte Resistenz gegen Citrus Greening CRISPR Univ. of Florida Projekt publiziert

Paprika (Pepper) Resistenz gegen Viren CRISPR Seminis Vegetable Seeds Entwicklung

Tomate Reifeverzögerung CRISPR Univ. Nottingham, UK Studie publiziert

Kartoffel Lagerfähigkeit, weniger Acrylamid CRISPR, TALENUniv. of Minnesota, Simplot,

Calyxt

in den USA nicht als GVO

eingestuft*

Sojabohnen veränderte Fettsäuren TALEN Calyxtin den USA nicht als GVO

eingestuft, Feldversuche

Pappeln Genfunktionen CRISPR Univ. Umea, Schweden Forschung

Projekte in der Pflanzenzüchtung (Beispiele)

Quelle: transgen.de/forschung/2590.crispr-talen-genome-editing-pflanzen.html

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Die Historie

Quelle: verändert BDP

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!