QTL analyses of a testcross design for revealing the genetic and molecular basis of heterosis for biomass-related traits in Arabidopsis

Heterosis ist für die Pflanzenzüchtung von fundamentaler Bedeutung, dennoch sind die ihr zugrunde liegenden Ursachen weitgehend unbekannt. Wir prüften mehrere Hybriden der in der pflanzlichen Genomik führenden Modellpflanze Arabidopsis und fanden deutliche Heterosiseffekte für Biomasse. Mit anderen Arbeitsgruppen einigten wir uns auf die Kreuzung Col-0 x C24 als ein Modell für Heterosisforschung auf verschiedenen biologischen Ebenen im DFG-Schwerpunktprogramm SPP 1149 "Heterosis bei Pflanzen". Ziel unserer Arbeitsgruppe in den ersten zwei Jahren ist es, heterosis-relevante QTLs zu kartieren und charakterisieren. Insgesamt werden 1 200 Testkreuzungsnachkommenschaften und ihre 400 elterlichen RIL Linien in einem Gewächshausexperiment mit mehr als 80 000 Pflanzen hinsichtlich Biomasseertrag und Wachstumsraten ausgewertet. Parallel werden die quantitativ-genetische Theorie, statistischen Analysen und Software für QTL-Kartierungen entwickelt und anhand simulierter und experimenteller Daten überprüft. Interessante QTL Regionen werden in einem zweiten Experiment einer Feinkartierung unterzogen. Dazu wird ein weiteres Versuchsdesign mit NIL-Linien, die einen oder zwei "epistatische" QTL tragen, eingesetzt. Die Daten aus verschiedenen biologischen Ebenen (z.B. Expressions- und Metabolitdaten) werden gemeinsam mit anderen Arbeitsgruppen einer integrierten bioinformatischen Analyse unterzogen. Insgesamt verspricht dieses Projekt einen substanziellen Beitrag zur Aufklärung der genetischen und molekularen Ursachen der Heterosis zu leisten.